陸爭光

摘 要：近10多年來，我國油氣管道輸送技術(shù)不斷發(fā)展，技術(shù)水平逐漸提高。較系統(tǒng)地總結(jié)了我國油氣管道輸送相關(guān)技術(shù)的進(jìn)展。對于易凝高粘原油管道輸送，介紹了冷熱油交替輸送、多品種原油加劑改性長距離順序輸送、長距離含蠟原油管道間歇輸送技術(shù)及其應(yīng)用；對于天然氣管道輸送，介紹了管道輸送、液化天然氣輸送技術(shù)的進(jìn)展及其應(yīng)用；對于成品油管道輸送，介紹了順序輸送混油控制、成品油管道批輸計劃制定技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用。最后，對我國長輸油氣管道輸送技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān) 鍵 詞：油氣管道輸送；易凝高粘原油；天然氣；成品油；展望

中圖分類號：TE 832 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）07-1544-04

Progress and Prospect of the Oil and Gas Pipeline

Engineering Relevant Technology in China

LU Zheng-guang

（National Laboratory for Pipeline Safety/ Beijing Key Laboratory of Urban Oil and Gas Distribution Technology，

China University of Petroleum， Beijing 102249， China）

Abstract： In the past 10 years， oil and gas pipeline engineering relevant technology in China obtained rapid development. In this paper， new progress in relevant technology research of oil and gas pipeline engineering in China was systematically categorized. In pipeline transportation of waxy crude oils， technologies and applications， including batch transportation of cool and hot oil， long distance pipelining transportation of crude in batch with pour-point-depressant beneficiation and long distance pipelining intermittent transportation of waxy crudes， were introduced. In pipeline transportation of natural gas， new process and application of pipeline transportation of natural gas and LNG were discussed. In the aspect of pipeline transportation of products oil， controlling contaminated volume of products oil and batch planning of batch transportation were summarized. Finally， future development trend of oil and gas pipeline engineering technology in China was prospected.

Key words： Oil and gas pipeline engineering； Waxy crude oil； Natural gas； Product oil； Prospect

自20世紀(jì)末以來，隨著我國能源需求的不斷擴(kuò)大以及能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，作為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要支柱，我國長輸油氣管道的發(fā)展步伐越來越快。

截止至2014年初，我國已建油氣管道總里程約11萬km，其中原油管道2.6萬km，成品油管道2萬km，天然氣管道6.4萬km[1]。目前，我國已初步形成了“西油東送、北油南運(yùn)、西氣東輸、北氣南下、海氣登陸”的油氣管網(wǎng)布局，以保障國家能源安全。

基于我國多年的油氣管道輸送技術(shù)研究以及建設(shè)實(shí)踐，易凝高粘原油管道輸送、天然氣管道輸送及成品油管道輸送等方面技術(shù)均得到了很大的發(fā)展。在此，本文主要對這些成果進(jìn)行了總結(jié)，并展望了我國油氣管道輸送技術(shù)的發(fā)展趨勢與前景。

1 易凝高粘原油管道輸送技術(shù)

60多年來，隨著對易凝高粘原油流變性規(guī)律與機(jī)理研究的不斷深入，我國的原油管道輸送技術(shù)發(fā)展較快，取得了很大的成果。目前，冷熱油交替輸送、多品種原油加劑改性長距離順序輸送、長距離含蠟原油管道間歇輸送等技術(shù)[2]，已成功應(yīng)用于我國原油管道建設(shè)與運(yùn)行，提高了我國的原油管道輸送技術(shù)水平。

1.1 冷熱油交替輸送技術(shù)

國產(chǎn)原油與多數(shù)進(jìn)口原油存在較大的物性差異，進(jìn)口原油的流動性較好，可實(shí)現(xiàn)常溫輸送，國產(chǎn)的易凝高粘原油通常需要采用加熱輸送。因此，國產(chǎn)原油和進(jìn)口原油的順序輸送工藝屬于冷熱原油交替輸送。冷熱原油交替輸送過程中遇到了許多問題亟待解決，如混油、交變溫度場及應(yīng)力分析等[3]。

我國于2005年開始冷熱油交替輸送技術(shù)研究[4，5]，重點(diǎn)方向是冷熱油交替輸送過程中的熱力計算、水力-熱力耦合方法?；诖扌銍萚6，7]對于冷熱原油交替輸送過程中水力、熱力變化的基本規(guī)律研究，李傳憲等[8]利用有限差分法和有限元法得到管外非穩(wěn)態(tài)溫度場，建立了冷熱原油交替輸送的數(shù)學(xué)模型。王凱等[9-11]則采用移位網(wǎng)格下的虛擬邊界條件法，編制了精度較高的非穩(wěn)態(tài)水力-熱力耦合程序，建立了冷熱原油交替輸送的數(shù)學(xué)模型，并以加熱能耗最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立了加熱方案經(jīng)濟(jì)比選模型，為確定經(jīng)濟(jì)加熱方案提供了指導(dǎo)。相比之下，前者提出的模型將水力系統(tǒng)視為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，并不是嚴(yán)格意義上的非穩(wěn)態(tài)水力-熱力耦合，而后者則是以油品種類、批次、批次量等運(yùn)行參數(shù)為研究對象，建立的耦合模型適用性更加廣泛，可用于隨時調(diào)整出站溫度、壓力和流量。

1.2 多品種原油加劑改性長距離順序輸送技術(shù)

我國于70年代末開始研究含蠟原油加劑改性輸送工藝，目前，我國在含蠟原油加劑改性輸送工藝、降凝劑的研發(fā)方面均處于國際領(lǐng)先地位。基于含蠟原油加劑改性的機(jī)理與規(guī)律的深入研究，建立了加劑改性原油粘度、凝點(diǎn)與剪切過程中粘性流動熵產(chǎn)之間的數(shù)學(xué)模型[12-14]，提出了加劑改性含蠟原油粘度與加熱溫度關(guān)系的預(yù)測模型[15]。以上技術(shù)成果填充了加劑改性含蠟原油的流動性與剪切歷史、熱歷史關(guān)系的定量描述空白，此外，有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合降凝劑等新型降凝劑[16]也已被研發(fā)制備，均為工程應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

國內(nèi)第一條采用降凝劑改性常溫輸送的長輸管道是庫爾勒-鄯善輸油管道，全長476 km。原油在首站經(jīng)過加劑處理后可實(shí)現(xiàn)全線常溫輸送，節(jié)省了4座加熱站的建設(shè)投資與運(yùn)行費(fèi)用[17]。為滿足西部原油管道同管輸送多種物性差異較大的原油的工藝需要，成功研發(fā)了多品種原油加劑改性長距離順序輸送技術(shù)[18]，對以后的原油加劑改性順序輸送管道設(shè)計具有重要的意義。

1.3 長距離含蠟原油管道間歇輸送技術(shù)

原油管道間歇輸送技術(shù)主要包括兩部分，一方面是停輸再啟動，另一方面是間歇輸送方案優(yōu)化。在停輸再啟動方面，結(jié)合室內(nèi)環(huán)道實(shí)驗(yàn)，提出膠凝原油再啟動過程中存在三個階段屈服過程，建立了熱油管道停輸再啟動的水力及熱力數(shù)學(xué)模型[19，20]，利用管道模型數(shù)據(jù)計算管道的啟動壓力、達(dá)到最大啟動壓力的時間；提出了管線停輸過程中的水力、熱力、安全停輸時間及啟動壓力的計算方法，并開發(fā)了熱油管道停輸再啟動模擬計算軟件[21]；提出了根據(jù)凝管概率確定停輸時間的新方法，以初凝概率為指標(biāo)的新的間歇輸送流動安全性評價方法[22，23]。

在間歇輸送方案優(yōu)化方面，基于對工藝過程中目標(biāo)函數(shù)、約束條件的分析，建立了埋地?zé)嵊凸艿赖牧鲃?、傳熱物理?shù)學(xué)模型；分析發(fā)現(xiàn)站間摩阻和進(jìn)站油溫均呈周期性變化，周期運(yùn)行時間和輸停比對間歇輸送管道熱力特性的影響較為重要[24，25]。

國內(nèi)采用間歇輸送的輸油管線較多，如中洛管線、中國-朝鮮輸油管線以及西部原油管道。研發(fā)采用長距離含蠟原油管道間歇輸送技術(shù)，西部原油管道所輸吐哈原油在玉門站全分輸，實(shí)現(xiàn)了常態(tài)化間歇輸送[26]，使我國的含蠟原油間歇輸送技術(shù)再上一個新的臺階。

2 天然氣管道輸送技術(shù)

2.1 天然氣管網(wǎng)輸送

天然氣管道輸送是一種比較方便、傳統(tǒng)的天然氣儲運(yùn)方式，是陸上天然氣運(yùn)輸及貿(mào)易的主要方式。隨著西氣東輸?shù)忍烊粴夤艿拦こ痰拈_展，國內(nèi)針對天然氣輸氣系統(tǒng)規(guī)劃和優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了許多研究。

以輸氣管線設(shè)計壽命期內(nèi)總費(fèi)用現(xiàn)值最小為目標(biāo)函數(shù)，以穩(wěn)定性約束、能量平衡約束及管道強(qiáng)度約束等為約束條件，建立了利用不同的智能算法優(yōu)化輸氣管道系統(tǒng)設(shè)計的模型[27-29]；根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐可操作性，提出以可靠性、經(jīng)濟(jì)性、平穩(wěn)性、便利性為瞬態(tài)優(yōu)化目標(biāo)原則，建立了針對輸氣管網(wǎng)短期供氣調(diào)峰的多目標(biāo)模糊優(yōu)化算法[30，31]。

2.2 天然氣-凝析液混輸

天然氣-凝析液混輸實(shí)質(zhì)上是氣液混輸，其工藝計算及模型包括穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)模擬兩方面?；跉庖夯旌衔锪鲃幽芰糠匠蹋⒘擞糜谔烊粴?凝析液穩(wěn)態(tài)計算的顯式溫降計算式，提出了基于有限差分法的水力-熱力耦合算法，從而實(shí)現(xiàn)混輸管道穩(wěn)態(tài)、停輸再啟動的數(shù)值模擬；提出流體組分及其比例變化對天然氣-凝析液混輸上岸壓降的影響較大；開發(fā)了適用于天然氣-凝析液混輸管道的計算模擬軟件[32-35]，具有重要的工程意義。

2.3 液化天然氣輸送

基于對天然氣不同輸送方式輸送成本的對比，分析了實(shí)現(xiàn)LNG長距離管道輸送的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性，驗(yàn)證了液化天然氣在“過冷”狀態(tài)下輸送的可行性。針對海上LNG液化的工藝流程，提出了相應(yīng)的液化流程，并實(shí)現(xiàn)液化過程的動態(tài)模擬[36]。在儲存設(shè)施方面，建立了室內(nèi)小型撬裝液化實(shí)驗(yàn)裝置，研發(fā)了大型低溫LNG儲罐材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝及絕熱分析等方面的技術(shù)，向我國大型低溫LNG儲罐國產(chǎn)化又邁進(jìn)了實(shí)質(zhì)性的一步。

3 成品油管道輸送技術(shù)

3.1 順序輸送混油控制技術(shù)

對成品油順序輸送進(jìn)行數(shù)值模擬研究，得到了油品流速、管道形狀及輸送順序?qū)Τ善酚晚樞蜉斔突煊投蔚挠绊?；首次提出有效擴(kuò)散系數(shù)，建立了管道順序輸送混油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一維模型；對管道混油工況進(jìn)行了離線模擬，從而及時有效地控制沿線混油，對混油量的控制、混油切割具有一定的指導(dǎo)意義[37，38]；結(jié)合國內(nèi)外混油界面跟蹤所考慮的主要因素，研發(fā)了成品油管道順序輸送混油界面在線跟蹤軟件[39]，現(xiàn)場應(yīng)用效果較為良好。

3.2 成品油管道批輸計劃制定

國內(nèi)開發(fā)了若干成品油管道調(diào)度軟件，并已成功應(yīng)用于大型成品油管道。蘭成渝成品油管道應(yīng)用的分輸調(diào)度軟件，由原始數(shù)據(jù)的輸入、分輸計劃制定及輸出三個模塊組成，為管道日常運(yùn)行提供準(zhǔn)確的油品批輸計劃；克-烏成品油管道批輸控制軟件是國內(nèi)的SCADA系統(tǒng)應(yīng)用軟件，其預(yù)測混油到達(dá)末站的時間和儀表實(shí)際檢測的時間相差可控制在5 min內(nèi)；針對西南成品油管道長距離、多站場及復(fù)雜工藝技術(shù)等特點(diǎn)，研發(fā)了西南成品油輸送模擬軟件，可用于優(yōu)化運(yùn)行模擬、檢驗(yàn)和校核管道運(yùn)營者制定的分輸方案、動態(tài)跟蹤顯示、瞬態(tài)模擬、人工設(shè)定泵機(jī)組運(yùn)行模擬及提供模擬歷史數(shù)據(jù)[40，41]。

總體來看，雖然國內(nèi)自主研發(fā)的順序輸送軟件在局部管道上得到了成功的應(yīng)用，但是軟件還不具有商業(yè)化的能力，也沒有自主品牌。

4 未來與展望

4.1 新材料、新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用

（1）基于納米材料的特殊效應(yīng)及原油流動改性輸送技術(shù)的成熟，加入納米材料改性的原油輸送技術(shù)，將會成為原油管道輸送技術(shù)的重點(diǎn)研究方向；

（2）在天然氣管道輸送中，新型減阻劑的研發(fā)將會促進(jìn)天然氣管道減阻技術(shù)的發(fā)展，簡化減阻技術(shù)操作工藝；

（3）對于吸附天然氣（ANG）技術(shù)、天然氣水合物（NGH）儲運(yùn)技術(shù)的研究是目前乃至將來需要重要發(fā)展的天然氣儲運(yùn)技術(shù)；

（4）國內(nèi)天然氣管網(wǎng)可靠性的研究目前正處于起步階段，形成一套系統(tǒng)的理論來評價輸氣管網(wǎng)的可靠性水平是未來研究的重要方向之一。

4.2 管網(wǎng)仿真軟件優(yōu)化

（1）開發(fā)通用型的成品油管道調(diào)度軟件，打造國內(nèi)成品油管道調(diào)度軟件自主品牌。實(shí)現(xiàn)分輸計劃方案可隨時變、生成速度較快，便捷、高效、實(shí)用性強(qiáng)，進(jìn)而提供準(zhǔn)確的油品批輸計劃、信息；

（2）開發(fā)通用型的天然氣管網(wǎng)優(yōu)化模型、應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化計算，并實(shí)際應(yīng)用于大型天然氣管網(wǎng)中；

（3）針對國內(nèi)較為嚴(yán)峻的供氣調(diào)峰現(xiàn)狀，系統(tǒng)地提出實(shí)用的輸氣管道系統(tǒng)調(diào)峰仿真、分析、評價及優(yōu)化的方法，對于輸氣管道調(diào)峰具有重要的指導(dǎo)意義。

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（上接第1543頁）

弄清楚煉化企業(yè)VOCs的來源并對其來源進(jìn)行解析就是解決問題的首要任務(wù)，但是現(xiàn)在我們能掌握的只是簡單的煉化企業(yè)VOCs來源，沒有具體的排放源清單，沒有系統(tǒng)的有針對性的政策，沒有專用的針對性治理技術(shù)……正因?yàn)檫@方面相關(guān)研究的匱乏，使得進(jìn)一步開展研究工作變得更為有意義和價值。

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