基于仿真软件SPS的凝析油管道运行优化分析

第51卷第8期 辽 宁 化 工 Vol.51，No. 8 2022年8月 Liaoning Chemical Industry August，2022
收稿日期： 2021-11-22
基于仿真软件SPS 的凝析油管道运行优化分析
左江伟，李汉成，郑锐，许红明，田一波，徐思莹，杨子航
（中国石油塔里木油田分公司油气运销部，新疆 库尔勒 841000）
摘 要： 对于高黏高含蜡凝析油的输送，采用加热输送方式能有效降低输送摩阻，避免管道因析蜡严重而造成凝管停输，而合理地设置凝析油出站温度，确保油品全线温度始终高于析蜡点，能极大降低天然气用量，对于管线平稳安全运行具有重要意义。

以英买凝析油和英牙凝析油管线为研究对象，基于SPS 仿真软件模拟了凝析油在不同地温和进站温度在析蜡点的出站温度，并根据现场天然气能耗结果进行了分析。

结果表明：在夏季运行时，管道全线最少可节约用气2万m 3，冬季运行时可节约天然气8万m 3，这对于热油管线的优化运行提供了一定参考。

关 键 词：凝析油；管道；天然气；SPS；析蜡点；能耗
中图分类号：TE832 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2022）08-1111-04
含蜡凝析油在管道长距离输送过程中蜡晶分子的析出及蜡沉积层的逐步形成，会造成管道输送能力下降和运行成本增加[1-2]，严重时在清管作业时会引发凝管现象，造成管道清管器卡阻及蜡堵事故，而采用加热输送能有效缓解这一情况。

另一方面，当中间加热站油品出站温度设置较高时，势必造成大量天然气的浪费。

因此，平衡凝析油出站温度和管线清管周期是含蜡凝析油管道输送过程中必须面对的问题[3-5]。

目前，塔里木油田应对高含蜡凝析油蜡沉积问题的解决方法主要有添加化学防蜡剂、提高含蜡凝析油出站温度以、管线设置保护层、长输管线设置加热站、定期清管等。

而对于凝析油出站温度设置问题，一般采用稳态热力计算苏霍夫公式进行调整[6-7]。

美国Stoner 公司开发的SPS 软件能够实现长输管道的离线实时模拟计算，在液体管网的稳态和瞬态计算方面具有应用广、精度高的特点。

本文采用SPS 模拟了英牙凝析油管道在不同加热站之间的运行情况，并通过改变地温和不同加热站的出口温度得到管线运行的温降及压力变化情况，并将模拟运行结果与实际结果对比，为中间加热站加热炉温度的调整提供指导，研究结论有助于降低管道运行成本，达到降本增效的目的。

1 英牙凝析油管道和油品物性概况
1.1 管道概况
英牙凝析油管线是英买油气开发部凝析油外输
主要管线[8]，起点为英买首站，终点为牙哈装车站，全长149.67 km。

管线直径219.1 mm，壁厚5.2 mm，
设计压力6.3 MPa，设计输量5.1×105 t ·a -1
，管道净
容积34.208 m 3·km -1
，采用聚氨酯泡沫保温，厚度50 mm。

管道全线当前共设4
座加热站，如图1
所示。

图1 英牙凝析油管道全线加热站情况
1.2 英买凝析油基础物性
凝析油物性分析主要由塔里木油田实验检测研究院测定提供，分析所用的主要设备有SVM3000 自动密度黏度测定仪，DZY -038A 多功能低温测定仪，恒温水浴，DSC1差示扫描量热仪，MK -6s 棒状薄层色谱分析仪，HFP370 克利夫兰开口闪点仪，HAAKE RS600 流变仪，101A -2ET 电热鼓风干燥箱，SRJX -4-13 高温箱式电炉，JSR3402 电炉残炭测定器，梅特勒T70自动电位滴定仪，Agilent7890A
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气相色谱仪等。

英牙凝析油主要物性参数见表1，其蜡质量分数和析蜡点较油田其他作业区油品高，平均含蜡量在20%~28%之间，按照原油工业分类标准（按照含蜡量分类），属于高含蜡凝析油。

表1 英买凝析油基础物性参数
分析项目 数值 20℃密度/(g·cm -3
) 0.798 5 50℃密度/(g·cm -3) 0.775 9 开口闪点/℃ ＜19 胶质质量分数/% 0.7 沥青质质量分数/% 1.6 残炭质量分数/% 1.7 水质量分数/% 0.450 凝点/℃ 18.0 析蜡点/℃ 40.2 蜡质量分数/%
26.9
1.3 英牙管道运行基本情况
通过塔里木油田远程数据采集监控系统（SCADE）采集英牙凝析油管线运行关键参数，计算了1年内英牙凝析油管线重点阀室冬季/夏季运行时的平均运行参数，详见图2、图
3。

图2
英牙凝析油管线平均运行参数（冬季运行）
图3 英牙凝析油管线平均运行参数（夏季运行） 由图2和图3可以看出，英牙凝析油管线在冬季运行和夏季运行的加热炉运行情况并不相同，冬季运行时管道全线4台加热炉同时工作，每个加热站加热温度在12~15 ℃之间，终点进站温度基本维持在40 ℃（析蜡点）；而夏季基本保持首站和英3两个加热站运行即可满足要求。

此外，夏季管线地温基本保持在20 ℃左右，各热站间地温变化不大。

管道不同轴向位置处的温度可以通过苏霍夫轴向温降公式计算[9-10]：
()⎛⎫=+- ⎪⎝
⎭
m 00πexp -。

R P
k DL
T T T T GC （1） 式中：T m —沿管道轴向位置处的温度，℃；
T 0—地温，℃；
T R —出站油温，℃；
K —总传热系数，W ·m -2·h -1·K -1
； D —管道外径，m；
G —质量流量，kg ·h -1；C p —原油比热容，kJ ·(kg ·K) -1
； L —出站口与管道轴向位置间的距离，m。

2 基于仿真软件SPS 的出站油温模拟
2.1 模拟步骤
使用SPS 软件时，首先通过MODEL BUILDER 建立图形化的管道模型并输入数据，再使用PREPR 预处理器设置管道及流体的相关参数，经TRANS 瞬态模拟器完成以时间为变量的模拟计算，最后经SimPlot 可以查看变量变化趋势图。

图4为SPS Model Builder
建立的英牙凝析油管道模型。

图4 SPS Model Builder 建立的英牙凝析油管道模型
2.2 各管段之间的模拟值
以各段管线进站温度为40 ℃（析蜡点）进行模拟，得到不同管段间及环境温度下的出站温度，并与理论计算值进行了对比，如图5所示（高风险段英5至终点段）。

由图5可以直观看出，由苏霍夫轴降公式计算
第51卷第8期 左江伟，等：基于仿真软件SPS 的凝析油管道运行优化分析 1113
所得到的加热炉出口油温总是高于由SPS 软件模拟得到的出口油温，此外，还可以看出，随着环境地温的增加，两种方式下得到的出口油温越来越接近。

出现这种情况的主要原因是由于SPS 软件在模拟加热炉出口温度时，需要设置管线平均蜡沉积厚度，而根据理论研究，蜡沉积的形成虽然会导致管道输送能力有所下降，严重时导致清管器卡阻现象，但另一方面，蜡沉积的存在相当于在油品在传热过程中增加了一层热阻，使得管道温降略有减小。

因此，考虑软件模拟值作为加热炉出口温度调节标准，可以节约大量天然气，降低管道全线的运
行成本。

图5 英5至终点段出站油温计算值与模拟值对比
3 能耗测试与分析
表2为在英牙凝析油管线起点英买首站加热炉实测的外输出站油温与日用气量情况。

表2 英买首站出站油温与日用气量情况
输量/t 出站温度/℃
日用气量/m 3
1 861.318 66.3 3 291 1 862.68
2 65.
3 3 22
4 1 874.304 62.8 2 881 1 835.41 60.4 2 467 1 879.78 59.8 2 602 1 854.78 59.
5 2 565 1 865.204
59.2
2 690
由表2可知，当平均外输量在1 860 t 左右时，出站油温每降低1 ℃，每台加热炉每日能降低天然
气量约110 m 3，全年每台可节约用气约4万m 3
天 然气。

结合英牙凝析油管线不同管段地温下的模拟情况对比，采用SPS 模拟值进行设置出站油温时，即夏季运行时（启首站和英3两台加热炉，日平均输量1 800 t、地温按20 ℃，模拟值与当前设定值相差最大2.12 ℃、最小0.56 ℃计算，进站温度为
40 ℃），可每日节约天然气101~ 460 m 3。

冬季运行时（启首站、英2、英3、英5四台加热炉，日平均输量1 800 t、地温按8 ℃计，模拟值与当前设定值相差最大4.24 ℃、最小1.05 ℃计算、进站温度为40 ℃），可每日节约加热炉燃料用气
460~1 850 m 3。

4 结 论
1）当前英牙凝析油全线进站油温均高于油品析蜡点40 ℃，可以适当降低油品出站温度，节约天然气用量。

2）根据析蜡点变化情况，应综合考虑析蜡和清管情况，及时调整管道全线各加热站的出站油温。

3）基于SPS 模拟结果表明，冬季运行输量稳定时使用仿真软件模拟值作为加热炉出站油温设定
时，可最少节约天然气约8万m 3
，夏季运行时使用SPS 软件模拟值作为加热炉出站油温设定时，可最
少节约天然气约2万m 3。

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Research Progress in Synthesis Technology of Polycarbonate CHU Jun-yu1,2, WANG Wei-wei2, WANG Heng2, LI Zheng-kai2, ZHANG Qin-qin1*, XV Fei2*
（1. Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang Liaoning 110142, China;
2. Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China）
Abstract: Polycarbonate (PC) is an important engineering plastic, which is currently divided into two main types，bisphenol A-based and isosorbide-based polycarbonate. In this paper, the research progress of these two polycarbonate synthesis processes was systematically reviewed, the research progress of non-phosgene melt transesterification catalysts was also introduced. Traditional melt transesterification catalysts have problems such as low catalytic activity and metal pollution. Therefore, the development of highly active and green ionic liquid catalysts is of great significance for the development of melt transesterification processes.
Key words: Polycarbonate; Synthesis process; Melt transesterification; Ionic liquid
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Optimization Analysis of Condensate Oil Pipeline
Operation Based on SPS Simulation Software
ZUO Jiang-wei, LI Han-cheng, ZHENG Rui, XV Hong-ming, TIAN Yi-bo, XV Si-ying, YANG Zi-hang （PetroChina Tarim Oilfield Company Oil and Gas Transportation and Sales Department, Korla Xinjiang 841000, China） Abstract: For the transportation of high-viscosity and high-wax condensate oil, the heating transportation method can effectively reduce the friction of the transportation, avoid the pipeline shutdown due to serious wax precipitation, and set the temperature of the condensate oil station reasonably to ensure the oil product temperature of the whole line to be higher than the waxing point, which can greatly reduce the consumption of natural gas, which is of great significance for the smooth and safe operation of the pipeline. In this paper, taking Yingmai condensate oil and Yingya condensate pipelines as the research objects, based on the SPS simulation software, the exit temperature of the condensate at different geotemperatures and entry temperatures at the wax-out point were simulated, and the calculation was carried out based on the results of on-site natural gas energy consumption. The analysis results showed that the pipeline could save at least 20 000 m3 gas during summer operation and 80 000 m3 natural gas during winter operation, which could provide a certain reference for the optimized operation of hot oil pipelines.
Key words: Condensate oil; Pipeline; Natural gas; SPS; Wax-off point; Energy consumption。