集输管道效率监测及分析

集输管道效率监测及分析
梁光川;文雯;周雪;何慧娟;左果
【摘要】为了更好地采用节能技术以不断降低管道能耗,提高管道效率,文中以集输管道为研究对象,根据集输管道效率计算模型,对11条输油管线进行了效率与能耗监测.监测结果表明:影响输油管道效率的主要因素是管道温降,其次为管道压降.对影响管道温降和压降的相关因素进行分析,提出了合理选择保温材料和保温结构、增加保温层厚度、添加减阻剂及采用管道内涂减阻技术等改进措施,对于集输管道的节能降耗具有借鉴意义.
【期刊名称】《管道技术与设备》
【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】3页(P21-23)
【关键词】管道;效率计算;效率监测;温降;压降
【作者】梁光川;文雯;周雪;何慧娟;左果
【作者单位】西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都610500
【正文语种】中文
【中图分类】TE973
随着对原油集输系统的要求日益增加，如何采取措施，保证原油集输系统在安全、高效、低耗的情况下运行，已经成为国内外学者研究重点。

集输管道的效率是影响整个集输系统运行的重要因素，因此，对集输管道效率进行监测，采取措施提高集输管道系统的效率意义重大。

1.1 管道效率计算模型
管道效率表征流体沿管线能量损失的程度，包括散热损失和压力能损失两部分，其计算模型如下[1]：
式中：Gi为输送介质流量，m3/d；ci为介质定压比热容，kJ/(m3·℃)；ρi为介质密度，kg/m3； ti、ti′分别为管道始、末端温度，℃；、pi 、pi′分别为管道始、
末端压力，MPa.
1.2 监测方法及结果
通过对管道效率计算模型的分析可知，要进行集输管线效率计算,需要测试介质温度、压力、流量、密度等参数。

文中采用以下设备进行测量：
(1) 进、出管道原油流量在进、出站原油管道上用TDS-100H型超声波液体流量计来测量。

(2) 进、出管道原油压力在进、出站原油管道上用在线压力表测量。

(3) 进、出管道原油温度在进、出站原油管线上用TESTO445型多功能测温仪测量。

(4) 进、出管段原油密度数据通过取样化验取得。

文中选取某油田11条在役输油管线进行效率测试，各输油管道监测结果对比见表1。

根据测试结果：在被测试的11条管段中，效率最高的为7号管线，最低的为1号管线，所监测的11条管道平均管道效率为52.56%，具有较大的提升空间。

1.3 监测结果分析
1.3.1 管道效率与温差的关系
根据测试结果绘制管道效率与温差关系对比曲线如图1所示。

根据测试结果：管道两端温差最小的是8号管道，其次为7号管道；1号管道两
端温差最大，其次为2号管道。

由图1可知：管道效率与其两端的温差呈现明显
的反比关系，即管道两端温差越大，其管道效率越低。

1.3.2 管道效率与压差的关系
根据测试结果绘制管道效率与压差关系对比曲线如图2所示。

根据测试结果：管道两端压差最小的是3号管道，其次为6号管道；2号管道两
端压差最大，其次为11号管道。

理论上认为：管道两端的压差对管道效率也有一定的影响，即管道两端的压差越大，其能量损失也就越大，从而导致管道效率下降。

1.3.3 能量消耗结构
被测11条在役输油管线的能量消耗构成见表2。

由表2可知，管道的能量消耗由热能和压力能构成，其中热能消耗远远大于压力
能消耗，平均消耗比例高达97.89%。

由于消耗的压力能占其消耗总能量的比例很小，因此压降对管道效率的影响远小于温降。

2.1 管道温降影响因素及相应措施
影响管道两端的温降大小的因素有管道长度、保温结构、保温材料及保温层厚度等，采取相应措施，降低管道沿线热量损失，提高热能利用率，才能提高管道的输送效率。

2.1.1 管道长度
管道效率与管道长度成反比关系，这是因为管道越长，介质散热损耗越大，管道温降就越大，管道的效率也就越低。

因此，对于新建管道要选择最佳方案，合理布置管道走向，尽量缩短管道长度，避免不必要的散热损失，从而提高管道的效率。

对于已建管道，要重点改造管道布局不合理的部分。

2.1.2 保温材料和保温结构
选择合适的保温材料和保温结构，可以减少热损失、降低管道外表面温度，从而降低管道沿线温降，提高输油管道的输送效率。

保温材料种类繁多[2]，目前常用的有无机纤维类保温材料、有机泡沫型保温材料、复合硅酸盐保温材料、硅酸钙绝热制品保温材料、无石棉轻质硅酸镁铝绝热材料等。

选用的保温材料应具有导热系数小、质量轻、有一定的机械强度、吸水率小、腐蚀性小的特点。

此外还要考虑安装、造价、使用期等因素。

除了合理利用天然的保温材料外，还可以增加材料的孔隙，以提高材料的保温能力。

保温结构也对管道的散热损失有一定的影响，国内管道保温结构主要采用涂抹式、灌筑式、填充式、绑扎式和预制式，其中绑扎式和预制式结构使用最广泛[3]。

在
实际操作中，应根据保温材料的特性、形状的差异采用不同的保温结构。

2.1.3 保温层厚度
管道保温效果是由保温材料的导热热阻与外侧空气对流换热热阻之和决定的。

导热热阻随着保温厚度的增加而增大，而对流换热热阻却随着保温厚度的增加而减小。

因此，合理增加保温层厚度至关重要，目前保温层厚度的确定主要有2种方法[4]。

(1)基于热力学第一定律，在满足工艺要求基础上进行保温厚度经济性比较，分析
综合导热系数与保温结构的各类材料厚度的关系，计算其散热损失及动力损失，确定最佳保温层厚度。

(2)基于热力学第二定律，考虑保温工程造价、管道工程造价、散热损失以及耗散
效应产生的流动损失，建立完整的优化模型，同时得出经济流速、最佳管径和经济保温层厚度。

2.2 管道压降影响因素及相应措施
管道的水力摩阻损失是影响管道沿线压降的主要因素，由于流体的内摩擦及管道内表面的作用，流体在管内流动时会产生摩擦阻力，引起能量损耗。

目前集输管道的减阻主要采用以下方法。

2.2.1 添加减阻剂
减阻剂是一种超高分子量的聚合物，在管输过程中，长直链的减阻剂自然延伸引导管壁湍流流体沿轴向运动，从而减缓湍流脉动，达到减阻效果[5]。

目前，常用的
减阻剂有高聚物减阻剂、聚α-烯烃减阻剂、聚合物+分散剂减阻剂、缔合性高分
子减阻剂、微囊减阻剂等。

减阻剂具有针对性的特点，一般一种减阻剂只能适用于一种特定的油品，若改变输送介质，减阻效果将会降低。

2.2.2 采用管道内涂减阻技术
目前比较成熟的涂层减阻机理为光滑减阻，即通过在管道内壁涂覆涂层减小粗糙度，降低沿程摩阻系数来达到减阻的效果。

管道减阻内涂层所用涂料应具备涂层表面光滑平整、较好的耐磨性和硬度、良好的附着力、能承受气压和液压的反复变化、易于涂装等特点[6]。

总的来说，可用作管道内减阻涂料的种类很多，主要包括环氧
树脂涂料、环氧酚醛涂料、环氧聚氨酯涂料及煤焦油环氧涂料等，由于各种涂料的性能差异，应针对管道不同的要求筛选出最适合的类型。

2.3 应用分析
选择合适的保温材料和结构、增加保温层厚度，可以减少散热损失，但会增加初期投资。

实际应用时以经济性为原则，通过对“年热损失费用”和“年工作费用”对比做出判断，确认采取措施后达到的节能效果[4]。

减阻剂在实际应用中具有良好的增输节能效果，例如聚异丁烯用量为60 mg/kg 时，就可以使原油在管道中的输送能力明显提高[7]。

但减阻剂价格昂贵，并且持
续注入还会对输送油品的质量产生影响，因此添加减阻剂只能作为一种应对市场和季节变化而采取的暂时减阻增输手段。

内涂层减阻在管道的使用经验表明：它具有良好的经济性，耐磨耐机械破坏并降低清洗、过滤、清管的成本以及其他清管设备的费用，确保油品纯度，防止污染，极大地降低了维护费用，使管道内壁不会造成沉积物的聚集，增加输量。

(1) 通过对11条在运管线的监测结果表明：影响管道效率的因素主要有管道沿线温降和压降，其中温降是关键的影响因素。

(2) 采取优化管网布局，选择经济管道厚度，根据输送特点选用良好的保温材料和保温结构等措施，可以最大限度地减少管道的热量损失，提高管道效率。

(3) 采取添加减阻剂及管道内涂减阻涂料等措施可以降低管道摩阻损失，提高管道效率。

【相关文献】
[1] 梁光川,程圆晶,马培红,等. 集输管道效率分析方法及节能研究. 天然气与石油,2011(5):6-8.
[2] 黄一东. 高温管道保温材料的选择及应用. 冶金能源,2013(4):57-60.
[3] 陈丰民. 采油五厂埋地集输管道保温技术研究：[学位论文]. 大庆: 大庆石油学院,2003.
[4] 艾振宙. 管道保温结构的优化设计研究：[学位论文]. 长沙: 长沙理工大学,2012.
[5] 刘飞,赵云峰,李秋萍. 油气长输管道节能技术研究. 管道技术与设备,2012(5)：57-59.
[6] 任远. 成品油管道内涂层减阻性能研究与应用：[学位论文].上海：华东理工大学,2011.
[7] 米红宇. 输油管道减阻剂的合成及性能评价：[学位论文].乌鲁木齐：新疆大学,2004.。