中国原油管道输送工艺介绍及降凝减阻剂的使用现状

中国原油管道输送工艺介绍及 降凝减阻剂的使用现状,中国石油大学,我国原油管网分布概况,原油管道输送存在的问题,原油管道输送工艺及国内外现状,原油降凝剂的作用机理及发展历程,原油降凝剂的种类及应用情况,我国原油管网现状,原油管网是石油储存和运输的基础设施，是保证国家能源和战略安全的有效手段。目前的五大运输体系：,一、 我国原油管网分布概况,在铁路、公路、水运、航空运输以外的五大运输体系五大运输行业中，管道运输具有输送能力大、劳动生产率高、能耗少、成本低、运输安全可靠、输送产品损失少、易于实现自动化控制等优点。因此原油、成品油 天然气及各种具有常温状态下呈现流体性质的各类化工产品的运输主要采用管道运输的方式来实现。 截至2008年年底，我国已建油气管道的总长度约为6.4万千米，其中天然气管道3.2万千米，原油管道1.9万千米，成品油管道1.3万千米。目前，我国已逐步形成了覆盖东北、西北、华东、中部等跨区域的油气管网输送格局。,1.东北原油管网概况,东北地区是原油生产的主要基地，有大庆油田、辽河油田和吉林油田，原油产量大约占全国总产量的53.5%，原油管道达3399.6公里。 1970年8月3日，东北管道建设领导小组开会正式筹备，命名为东北“八三工程”。东北“八三工程”的起步，是从抢建大庆至抚顺的庆抚线开始的 。1970年9月开工，1971年8月试运行，10月31日正式输油。工程总投资2.93亿元，年输油能力2000万吨。建设长距离、大口径、输送“三高”原油的管道，这在中国是第一次。 1975年9月，5年中建设输油管道8条，共2471公里，其中主要干线2181公里，形成了以铁岭站为枢纽，联接大庆至抚顺、大庆至秦皇岛和大庆至大连的3条输油大动脉，东北管网逐步形成。,东北原油输送管道分布图,总长约3000千米 年输油能力4500万吨,2.西北原油管网概况,西北地区是50年代初全国石油勘探的重点地区。分布有克拉玛依油田 、吐哈油田 、塔里木油田 等大型油田。 1958年12月建成的克拉玛依至独山子原油管道，这是建国后铺设的第一条长输原油管道，标志了中国长输管道建设史的起点。 其中花格线（起于青海省西州境内的花土沟油砂山 ，终于青海省格尔木市南郊 ）是在高原地区敷设的第一条原油管道，管线最高点大乌斯山，海拔高度342米。塔轮线（塔中至轮南）是我国的第一条流动性沙漠管线 。,西北原油输送管道分布图,总长约6600千米 年输油能力5000万吨,3.华东原油管网概况,华东地区主要油田为山东胜利油田，是继大庆油田之后建成的第二大油田 。华东原油管网是从修建临邑至南京的鲁宁线时开始筹划的。 胜利油田投入开发后，陆续建成了东营至辛店，临邑至济南两条管道，直接向齐鲁和济南的两个炼厂输油。1974年，东营至黄岛管道建成后，原油开始从黄岛油港下海转运。 其中临邑至济南（临济线）穿越大型河流3处（黄河、徒骇河、小清河），黄河穿越采用顶管方式施工。但是临邑复线黄河穿越采用冲砂沉降法施工 。东黄复线，1985年开工，1986年7月17日投产。这是中国建设的第一条自动化输油管道 ，由管道勘察设计院设计 。,华东原油输送管道分布图,总长约4500千米 年输油能力12000万吨,4.华中原油管网概况,中部地区油田，分布在湖北和河南两省境内，有江汉油田、河南油田和中原油田，主要炼油企业有湖北荆门炼油厂和河南洛阳炼油厂。 江汉原油管道有潜荆线 ( 潜江至荆门 ) ， 1970 年建成，全长 90 公里，年输能力 170 万吨。河南原油管道有魏荆线 ( 魏岗至荆门 ) 和魏荆复线。中原原油管道有濮临线 ( 濮阳至临邑 ) 、中洛线 ( 濮阳至洛阳 ) 及中洛复线。,华中原油输送管道分布图,总长约2500千米 年输油能力为1500万吨,5.华北原油管网概况,华北地区有大港油田、华北油田，都敷设有外输原油管道，华北地区的炼化企业，有地处北京燕山的东方红炼油厂和大港炼油厂、天津炼油厂、沧州炼油厂、石家庄炼油厂、保定炼油厂、内蒙古呼和浩特炼油厂。 华北地区最早修建的原油主干线是秦皇岛至北京的秦京线，为北京东方红炼厂供应原料油。大港至周李庄输油管线1968年建设，这条管道是大港油田惟一的一条原油外输线。,华北原油输送管道分布图,总长约2000千米 年输油能力为1700万吨,二、原油管道输送存在的问题,原油管道输送虽然能取得很好的经济效益，但是对于含蜡量高，凝点高的原油，当温度低于凝点时，原油管道会结蜡，影响原油在管道中的输送。 所谓的结蜡是指在管道内壁上逐渐沉积了某一厚度的石蜡、 胶质 、凝油、 砂额其他机械杂质的混合物。,管道结蜡机理,研究表明长距离管道结蜡的关键影响因素是温度，油管道横截面存在径向温度梯度，靠近内壁温度最低，当温度低于石蜡的的溶解温度时，石蜡就会在管壁上结晶析出，这就会造成蜡分子的径向浓度梯度，内壁面处的浓度最低，蜡分子从管中心向管壁的径向扩散，形成不流动的结蜡层，并进一步吸附液相中是蜡晶，形成网络结构，把部分液态原油包围其中。如下图。,石蜡结晶,管道径向温度梯度,T,结蜡的分布规律,光管段,一般情况下，在管道的起始段，因热油管道油温高于析蜡点的区域，管壁无结蜡现象。,喇叭口段,油温下降，在析蜡点到析蜡高峰点之间，结蜡层逐渐增加，结蜡厚度逐渐增加形成喇叭口状的结蜡区。,结蜡后裙段,析蜡高峰点后，结蜡层又逐渐减薄，最后结蜡厚度逐渐趋于固定,对于不同成分的原油和处在不同温度段的管道，管壁结蜡的形状会有差别，但都可以抽象成以上模型 不论输油温度如何变化和持续输油时间如何不同，这种分布规律不会改变，但积蜡高峰区会有偏移，输油温度提高积蜡高峰区会向终点方向偏移，反之，则向起点方向偏移 原油加热温度的高低不会影响原油的析蜡量，只会影响到结蜡时间的早晚。,三、原油管道输送技术及国内外现状,由于管道输运中普遍存在析蜡，结垢，凝管，及堵塞现象，严重影响管道输送能力和效率。目前所运用的物理和化学输送工艺，都是从宏观效果上改善原油的流动特性，尤其是低温状况下的流变性，从而达到降低能耗安全输油，提高社会与经济效益。当前，含蜡粘性原油输送工艺研究与实施情况分述如下：,加热输送,热处理输送,低粘液环输送,乳化输送,稀释输送,添加降凝剂、减阻剂输送,压力处理输送,剪切处理输送,浆料输送,天然气饱和输送,水悬浮输送,伴热保温输送,原油输送 工艺,3.1国外原油管道输送技术现状,密闭输送工艺 冷热原油顺序输送 原油/成品油顺序输送工艺 对高凝、高黏原油采用热处理和加剂处理工艺 采用环保、高效、节能型管道设备，泵效达 85%以上 多采用直接式加热炉，炉效超过 90% 运用高度自动化的计算机仿真系统模拟管道运行和事故工况， 进行泄漏检测，优化管道的调度管理 对现役管道进行完整性评价及管理。,效果好，节能 应用普遍,3.2 我国原油管道输送技术现状,改造及新建管道采用密闭输油工艺 大落差地段输油成功 降凝剂、减阻剂性能达到国外同类产品水平 管输综合能耗逐年下降，从 1995年的 556 kJ（tkm）降到目前的 437 kJ/（tkm） 高凝高黏含蜡原油输送、低输量运行的加热及加剂综合处理工艺达到世界领先水平 90 年代后新建的管道，均采用 SCADA 系统，管道自动化控制系统与管道同步投产。 自行设计、制造的长输管道输油用高效泵效率可达84% 原油直接式加热炉效率达 91%,3.3 原油管道输送技术发展趋势,目前，世界各国尤其是盛产含蜡黏性原油的大国，都在大力进行长距离管道常温输送工艺的试验研究。随着含蜡高黏原油开采量的增加以及原油开采向深海发展，各国都特别重视含蜡高黏原油输送及流动保障技术研究。 管道输送高含蜡、高黏易凝原油的发展趋势是逐步降低输油温度，进而实现常温输送。利用化学方法，辅之以物理方法，从原油流变性的微观机理以及原油凝结的微观机理入手，研究高效降黏剂的分子结构特点和要求，进行分子结构设计，开发适用于多种类原油的降黏剂、降凝剂，实现高含蜡高黏易凝原油常温输送。,未来几年仍将是我国油气管道建设的高峰期，管道在技术水平不断提升的同时，将继续向以下几个方向发展：,大规模,高压力,高钢级,大口径,管道技术 发展,一项管道运输新技术展望,液体弹性波输送工艺技术研究，流体的振荡效应所具有的剪切处理的特性，结合流体管道中可以产生的独有的水锤效应，当两种效应的迭加在工业管道中应用时，将能够产生高速远距离传播的振荡压力波。这种压力波不但能够作用于整条管道，而且它还具有强力剪切的特点，从而可以达到使流体管道自身清洗防蜡垢 进而防止原油凝管和堵塞等问题的产生与出现，有望实现在线自动清洗自动疏通， 最终达到提高输油效率，安全输油之目的。 液体弹性波输送工艺技术的研发，充分利用了这一跨学科相关技术应用的成果和经验，该工艺属于物理处理输送工艺，它同时具有剪切处理压力处理的工艺技术特点。,四、原油降凝剂的作用机理及发展历程,目前，国内主要干线以加热输送为主，每年我国仅用于加热输送而烧掉的原油就 达 70万吨左右，这是一个相当可观的数目，在我国原油资源十 分紧张的情况下，必须尽快寻找出含蜡原油不加热输送方法。,原油降凝剂通过与原油中的石蜡相互作用，可以阻止蜡晶形成三维网状结构，改善了原油的低温流动性，原油实现常温输送。如澳大利亚的杰克逊布里斯班输油管道（长1100千米），全年实现添加降凝剂输送。在美国，纵贯阿拉斯加管道添加降凝剂后，实现全年常温输送。这也是第一次大规模商业性使用降凝剂，取得很好的经济效益。我国已在多条管线上使用降凝剂，如独山子乌鲁木齐输油管道，添加降凝剂后实现了常温输送，还有东黄线，魏荆线等，每年能节约上千万的损耗成本。,4.1 原油降凝剂的降凝作用机理,晶核理论,共晶理论,吸附理论,改善蜡的溶解 性理论,降凝剂在高于油品浊点温度下结晶析出，成为晶核发育的中心。,在油品的浊点温度下，降凝剂与蜡共同析出结晶，对蜡晶形成了定向作用。,降凝剂在略低于油品浊点的温度下析出吸附在已析出的蜡晶核的活性中心上。,降凝剂如同表面活剂，增加了蜡在油品中的溶解度，使析蜡量减少，不易形成三维网状结构,4.2 原油降凝剂的发展历程,降凝剂从应用于馏分油发展到原油以及高蜡、薪稠原油，依据时间顺序可将其发展过程分成4 个时期：,20世纪30年代至50年代,20世纪50年代至60年代,20世纪60年代到80年代,80年代后期至今,主要针对馏分油，产物主要是均聚物，如聚异丁烯,采用共聚或混聚对降凝剂进行改性，研究范围从馏分油到原油,随着高蜡原油的不断开采，采用多元聚合，开发了一些新型聚合物，并应用于输油管线。,不再注重新型降凝剂的开发，而是对某些原有的产品进行了改性或复配，以扩大对原油的适应面。,*US 美国专利，FR 法国专利，NL 荷兰专利，DE 德国专利，GB 英国专利，ZA 南非专利，SU 原苏联专利，Ind 印度专利，JP 日本专利，EP 欧洲专利，WO 国际专利；,五、原油降凝剂的种类及应用情况,产品型号：Paradyne 70：乙烯醋酸乙烯共聚物。 Paradyne 80：醋酸乙烯酯反丁烯二酸二十二醇酯共聚物。 ECA 5217: 乙烯共聚物。 ECA 4242：乙烯共聚物。 ECA 7388： 反丁烯二酸牛油酯醋酸乙烯酯共聚物。,ExxonMobil（美国埃克森美孚公司）,Shell（壳牌公司）,产品型号：SWIM-5：聚丙烯酸高碳醇酯。 SWIM-11：丙烯酸高碳醇酯烷基苯乙烯共聚物,BASF（巴斯夫）,产品型号：Keroflux M：醋酸乙烯酯富马酸二烷基酯。,Sanyo（日本三洋化成）,产品型号：Carryol R 101：聚丙烯酸高碳醇酯。 Carryol CF-201X：乙烯醋酸乙烯酯共聚物。,Dupont（杜邦公司）,产品型号：Elvax 250 ：乙烯醋酸乙烯酯共聚物。,国外原油降凝剂的应用概况,自从1979年美国纵贯阿拉斯加管道第一次大规模商业性使用降凝减阻剂以来，世界上不少国家和地区的陆地和海底管道先后都实现了添加降凝剂输送。 （1）鹿特丹莱茵管线。ESSO 公司在欧洲的鹿特丹管线上对利比亚原油进行了试验。加入0.12% 的降凝剂，原油凝点从24 降至0 。 （2）澳大利亚杰克逊布里期班管线 。1984-1991期间， 澳大利亚杰克逊布里期班管线采用加剂输送工艺，降凝剂加量为0.0125%0.1% 。 （3）印度孟买海底管线 。降凝剂加入量为0.04% ，加剂温度 6070 ，原油凝点从30 降至 39 。 （4）荷兰北海海底管线 。1985 年， 荷兰北海海底管线采用添加降凝剂技术， 加入量为0.2% ，原油凝点从24 降至0 。,我国原油降凝剂的种类及应用情况,CE系列,由成都科技大学、石油管道研究院和中国石油物资公司昆山公司 共同合作开发成功，它的主要成分是聚不饱和羧酸高级酯。这种降凝剂对含蜡高和含胶质沥青质高的原油都具有良好的降凝、降粘效果 ,其适用范围较广,在很多条输油管线上应用都获得了成功。,国内主要厂家： 昆山化工厂. CE系列 湖北中楚化工有限公司 ZC-3180 . 上海高桥石化公司 T814,1991年首次在花格线使用,就取得了成功,管输原油的凝点由 33降至23。 1992年10月中洛复线投产时,使用CE降凝剂,原油凝点由 32降至22,实现了该线在低输量下的安全越冬,年节约 8000t燃料油。 1994年在濮临线应用,原油凝点由32降至8,进站温度由35降至22,由七站加热减至二站加热运行。9个月节约燃料油6000t。此外在华北多条管线上应用取得成功。,GY系列,GY系列降凝剂是由管道科学研究院开发生产的一种原油降凝剂 ,这种降凝剂对高含蜡原油具有明显改性效果。它的主要成分是 丙烯酸高级酯及多种表面活性剂的混合物。,厂家：管道科学院化工厂,1993年至 1995 年在中洛线使用 GY系列降凝剂 ,在加剂量 50mg/ L