秦京地區(qū)最低輸油管道流動安全性分析

秦京地區(qū)最低輸油管道流動安全性分析

秦京輸油管道（秦皇島-北京）承擔(dān)著大慶原油通過北京出口的任務(wù)。管道全長349.19公里，設(shè)計流量75014噸。2005年,遷安站開始注入冀東原油,以緩解秦京輸油管道輸量逐年降低給安全運營帶來的壓力。目前,冀東原油注入量穩(wěn)定在170×104t/a左右,秦京輸油管道輸量穩(wěn)定在600×104t/a左右。即便如此,秦京輸油管道目前仍處于接近生產(chǎn)規(guī)程規(guī)定最低輸量狀態(tài)下運行,管道的流動安全性問題值得關(guān)注。管道運行過程中計劃停輸和檢修不可避免,停輸再啟動失敗導(dǎo)致凝管的后果非常嚴(yán)重。影響停輸再啟動安全性的因素較多,大多數(shù)因素具有不確定性,如輸量、出站溫度、地溫和土壤導(dǎo)熱系數(shù)等。采用原油管道停輸再啟動凝管概率計算軟件,評價了2009年6月至2010年5月秦京輸油管道實際運行工況下停輸再啟動的安全性,進而提出了保障流動安全、提高經(jīng)濟效益的相關(guān)建議。同時,根據(jù)凝管概率計算結(jié)果,開展了分站間進行工藝參數(shù)優(yōu)化配置的初步探討。1管道停輸再啟動安全性評價原油管道停輸再啟動凝管概率計算軟件基于可靠性的極限狀態(tài)方法(Reliability-basedlimitstatemethods),計算原油管道停輸后再啟動過程中發(fā)生凝管的概率,即流動失效概率,據(jù)此評價原油管道停輸再啟動的安全性。計算所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括管道及其沿線環(huán)境的物理數(shù)據(jù)、原油物性數(shù)據(jù)、管道運行工況數(shù)據(jù)等,其中物理數(shù)據(jù)包括管道長度、直徑、壁厚、管道埋深及埋深處自然地溫等;原油物性數(shù)據(jù)主要包括基本物性和流變性參數(shù)等;管道運行工況數(shù)據(jù)主要包括輸量、進出站油溫及壓力等。在上述參數(shù)中,輸量、出站溫度、管道埋深及埋深處自然地溫等都具有不確定性,初步將其概率分布定義為正態(tài)分布。其中,輸量、出站溫度和埋深處自然地溫的均值及方差由生產(chǎn)報表數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出,而管道埋深均值固定取1.5m,根據(jù)現(xiàn)場情況取波動為±0.1m。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的管道允許停輸時間,將全年分為5個時間段(表1)、取每個時間段管道埋深處自然地溫最低月份的數(shù)據(jù)進行評價。2評價結(jié)果中“凝管概率”的確定基于對秦京輸油管道在2009年6月至2010年5月運行期間停輸再啟動凝管概率的評價結(jié)果,可以將這個期間管道的流動安全性分為3類:安全裕量不足,如對應(yīng)2009年9月運行工況的流動安全性;安全裕量適中,如對應(yīng)2009年12月運行工況的流動安全性;安全裕量較高,如對應(yīng)2010年2月、5月和2009年6月運行工況的流動安全性。評價結(jié)果中的“凝管概率”是指管道停輸達到評價設(shè)定的停輸時間時對應(yīng)的凝管概率。顯然,實際管道由各種原因?qū)е碌母鞔瓮］敃r間各不相同,具有隨機性,管道停輸達到設(shè)定時間本身也是一個概率事件。因而,管道停輸達到評價設(shè)定的停輸時間對應(yīng)的凝管概率是一個條件概率,管道實際凝管概率為原油管道停輸某小時的概率與停輸相應(yīng)時間下的凝管概率的乘積。管道實際凝管概率無法通過數(shù)值模擬求得,只能通過統(tǒng)計被評價管道的實際停輸記錄,計算發(fā)生頻率而取得。目前,大多數(shù)原油管道歷史運行報表中的停輸記錄均不足以形成準(zhǔn)確的統(tǒng)計規(guī)律,秦京輸油管道亦是如此。根據(jù)對東北管網(wǎng)近年停輸時間的統(tǒng)計結(jié)果(表2),管道停輸不同時間的頻率最大為0.46,基于安全可靠性的考慮,評價中將管道實際凝管概率取為定值0.5。借鑒相關(guān)領(lǐng)域的經(jīng)驗,認(rèn)為原油管道停輸再啟動后的流動失效概率小于2.5×10-3是可接受的,相應(yīng)地,停輸數(shù)小時后發(fā)生凝管的概率小于5×10-3是可接受的,該指標(biāo)是確定安全裕量等級的依據(jù)。2.1安全設(shè)施不足月份秦京輸油管道在2009年9月實際運行工況下停輸30h再啟動,凝管概率較高(表3),安全裕量明顯不足,比較危險。2.2凝管概率分析秦京輸油管道在2009年12月實際運行工況下停輸14h再啟動,大部分站間凝管概率較低(表4),安全裕量適中,相對比較安全。豐潤-寶坻、寶坻-大興兩管段的凝管概率偏高,主要是運行工況不穩(wěn)定引起出站溫度波動較大所致。同時,該月份管道埋深處的地溫波動也較大,應(yīng)加以重視。2.3凝管概率分析秦京輸油管道在2010年2月和5月實際運行工況下分別停輸12h和17h再啟動,凝管概率大多在10-4數(shù)量級(表5、表6),安全裕量較高,流動安全性良好。3安全裕量調(diào)整安全裕量不足的月份需要提高安全裕量,以保障流動安全;安全裕量較高的月份可以降低安全裕量,以提高經(jīng)濟效益。3.1提高生產(chǎn)站及必須實際掘進溫度通過提高進站溫度來提高管道停輸再啟動的安全裕量,經(jīng)過計算,寶坻及其前面各站的進站溫度提高至35℃,大興站和房山站的進站溫度提高到36℃,比實際進站溫度高1~2℃。在此安全裕量條件下,秦京輸油管道2009年9月停輸30h后再啟動的凝管概率明顯降低(表7)。3.2延長允許停輸時間通過計算,秦京輸油管道于2010年2月在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許停輸時間下進行停輸再啟動比較安全,存在降低安全裕量、提高經(jīng)濟性的空間。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,目前33~34℃的進站溫度已不能再降低,因此考慮通過延長允許停輸時間來降低安全裕量。將允許停輸時間由12h延長至24h,秦京輸油管道于2010年2月在實際運行工況下停輸再啟動,凝管概率較低(表8),比較安全。允許停輸時間延長至24h,則一次停輸能夠完成多次檢修任務(wù),提高了檢修效率,實現(xiàn)了經(jīng)濟停輸。3.2.2秦京輸油管道停輸時間和站溫度在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許停輸時間下,秦京輸油管道在2010年5月昌黎站的進站溫度降低至33℃,其余各站的進站溫度降低至35℃,安全裕量比較合理(表9)?；谇鼐┹斢凸艿涝诓煌路萃］斣賳幽芨怕实挠嬎憬Y(jié)果,對其安全裕量進行分析,可以對管道不同站間實行不同的進站溫度(表7、表9)。這種根據(jù)流動安全性評價結(jié)果分站間進行工藝參數(shù)的優(yōu)化配置,符合現(xiàn)場運行情況,有可能改變現(xiàn)行生產(chǎn)規(guī)程中部分工藝參數(shù)一刀切的現(xiàn)狀。4輸油管道內(nèi)部溫度(1)秦京輸油管道全線大部分站場在全年大多數(shù)月份安全性較好,可以考慮通過降低進站溫度或延長允許停輸時間等方法合理分配安全裕量,提高管道輸送的經(jīng)濟效益。(2)雖然夏季地溫條件較好(地溫高,停輸后溫降慢),但經(jīng)過評