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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1234我国原油管网分布概况原油管道输送存在的问题5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公路铁路航空管道运输水运在铁路、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3420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556kJ（t·km）降到目前的437kJ/（t·km）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。原油管道的发展趋势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。年代主要化学成分发表文献1931硬脂酸铝盐US18202951936蔗糖硬脂酸盐硬脂酸钛盐US2002990US20554171938四氯乙烷，多氯苯，氯萘FR8349921967乙烯-醋酸乙烯酯共聚物US33091811968烯基琥珀酸酰胺FR15096711969酰化苯乙烯乙烯-马来酸酯共聚物甲基丙烯酸长链烷基酯共聚物苯乙烯-马来酸酐共聚物的酯化物环氧酯US3485756US3574575NL6812167DE1800712GB11653031970吡啶烷酮接枝共聚物马来酸酐-醋酸乙烯酯共聚物季戊四醇，烯基琥珀酸酐和脂肪酸共聚物马来酸酐-烯烃共聚物多糖US3506574DE1941581FR2008163DE1940944DE1963567年代主要化学成分发表文献1971乙烯-甲乙酮共聚物乙烯-丙烯-双环戊二烯多聚物乙烯-醋酸乙烯酯-甲基丙烯酸共聚物聚酰胺酯GB1235836US3608231GB1242535GB12586501972乙烯-醋酸乙烯酯共聚物多糖衍生物丙烯酸烷基酯和4-乙烯基吡啶共聚物DE2048308US3679582ZA72018621973醋酸乙烯酯-富马酸十二酯共聚物US37658491974乙烯-单烯不饱和酯共聚物与单羟基酚构成的混合物乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水解乙烯-醋酸乙烯酯共聚物US3840352DE2327059US38460921975多糖酯1，3丁二烯共聚物乙烯-醋酸乙烯酯-二甲基乙烯基甲醇三元共聚物FR2257061DE2453778US39156681976丙烯酸高碳酯和4-乙烯基吡啶共聚物US3957659年代主要化学成分发表文献1977乙烯-乙烯酯与二烷基甲醇聚合物US40150631978乙烯-