秦京地區(qū)最低輸油管道流動(dòng)安全性分析

秦京地區(qū)最低輸油管道流動(dòng)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(zhǎng)349.19公里，設(shè)計(jì)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(yùn)營(yíng)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(yùn)行,管道的流動(dòng)安全性問題值得關(guān)注。管道運(yùn)行過程中計(jì)劃停輸和檢修不可避免,停輸再啟動(dòng)失敗導(dǎo)致凝管的后果非常嚴(yán)重。影響停輸再啟動(dòng)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(dòng)凝管概率計(jì)算軟件,評(píng)價(jià)了2009年6月至2010年5月秦京輸油管道實(shí)際運(yùn)行工況下停輸再啟動(dòng)的安全性,進(jìn)而提出了保障流動(dòng)安全、提高經(jīng)濟(jì)效益的相關(guān)建議。同時(shí),根據(jù)凝管概率計(jì)算結(jié)果,開展了分站間進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化配置的初步探討。1管道停輸再啟動(dòng)安全性評(píng)價(jià)原油管道停輸再啟動(dòng)凝管概率計(jì)算軟件基于可靠性的極限狀態(tài)方法(Reliability-basedlimitstatemethods),計(jì)算原油管道停輸后再啟動(dòng)過程中發(fā)生凝管的概率,即流動(dòng)失效概率,據(jù)此評(píng)價(jià)原油管道停輸再啟動(dòng)的安全性。計(jì)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(yùn)行工況數(shù)據(jù)等,其中物理數(shù)據(jù)包括管道長(zhǎng)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(yùn)行工況數(shù)據(jù)主要包括輸量、進(jìn)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(bào)表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出,而管道埋深均值固定取1.5m,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況取波動(dòng)為±0.1m。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的管道允許停輸時(shí)間,將全年分為5個(gè)時(shí)間段(表1)、取每個(gè)時(shí)間段管道埋深處自然地溫最低月份的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。2評(píng)價(jià)結(jié)果中“凝管概率”的確定基于對(duì)秦京輸油管道在2009年6月至2010年5月運(yùn)行期間停輸再啟動(dòng)凝管概率的評(píng)價(jià)結(jié)果,可以將這個(gè)期間管道的流動(dòng)安全性分為3類:安全裕量不足,如對(duì)應(yīng)2009年9月運(yùn)行工況的流動(dòng)安全性;安全裕量適中,如對(duì)應(yīng)2009年12月運(yùn)行工況的流動(dòng)安全性;安全裕量較高,如對(duì)應(yīng)2010年2月、5月和2009年6月運(yùn)行工況的流動(dòng)安全性。評(píng)價(jià)結(jié)果中的“凝管概率”是指管道停輸達(dá)到評(píng)價(jià)設(shè)定的停輸時(shí)間時(shí)對(duì)應(yīng)的凝管概率。顯然,實(shí)際管道由各種原因?qū)е碌母鞔瓮］敃r(shí)間各不相同,具有隨機(jī)性,管道停輸達(dá)到設(shè)定時(shí)間本身也是一個(gè)概率事件。因而,管道停輸達(dá)到評(píng)價(jià)設(shè)定的停輸時(shí)間對(duì)應(yīng)的凝管概率是一個(gè)條件概率,管道實(shí)際凝管概率為原油管道停輸某小時(shí)的概率與停輸相應(yīng)時(shí)間下的凝管概率的乘積。管道實(shí)際凝管概率無(wú)法通過數(shù)值模擬求得,只能通過統(tǒng)計(jì)被評(píng)價(jià)管道的實(shí)際停輸記錄,計(jì)算發(fā)生頻率而取得。目前,大多數(shù)原油管道歷史運(yùn)行報(bào)表中的停輸記錄均不足以形成準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,秦京輸油管道亦是如此。根據(jù)對(duì)東北管網(wǎng)近年停輸時(shí)間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表2),管道停輸不同時(shí)間的頻率最大為0.46,基于安全可靠性的考慮,評(píng)價(jià)中將管道實(shí)際凝管概率取為定值0.5。借鑒相關(guān)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為原油管道停輸再啟動(dòng)后的流動(dòng)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(shí)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(jí)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(shí)際運(yùn)行工況下停輸30h再啟動(dòng),凝管概率較高(表3),安全裕量明顯不足,比較危險(xiǎn)。2.2凝管概率分析秦京輸油管道在2009年12月實(shí)際運(yùn)行工況下停輸14h再啟動(dòng),大部分站間凝管概率較低(表4),安全裕量適中,相對(duì)比較安全。豐潤(rùn)-寶坻、寶坻-大興兩管段的凝管概率偏高,主要是運(yùn)行工況不穩(wěn)定引起出站溫度波動(dòng)較大所致。同時(shí),該月份管道埋深處的地溫波動(dòng)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(shí)際運(yùn)行工況下分別停輸12h和17h再啟動(dòng),凝管概率大多在10-4數(shù)量級(jí)(表5、表6),安全裕量較高,流動(dòng)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(dòng)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(jì)效益。3.1提高生產(chǎn)站及必須實(shí)際掘進(jìn)溫度通過提高進(jìn)站溫度來提高管道停輸再啟動(dòng)的安全裕量,經(jīng)過計(jì)算,寶坻及其前面各站的進(jìn)站溫度提高至35℃,大興站和房山站的進(jìn)站溫度提高到36℃,比實(shí)際進(jìn)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(dòng)的凝管概率明顯降低(表7)。3.2延長(zhǎng)允許停輸時(shí)間通過計(jì)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(shí)間下進(jìn)行停輸再啟動(dòng)比較安全,存在降低安全裕量、提高經(jīng)濟(jì)性的空間。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,目前33~34℃的進(jìn)站溫度已不能再降低,因此考慮通過延長(zhǎng)允許停輸時(shí)間來降低安全裕量。將允許停輸時(shí)間由12h延長(zhǎng)至24h,秦京輸油管道于2010年2月在實(shí)際運(yùn)行工況下停輸再啟動(dòng),凝管概率較低(表8),比較安全。允許停輸時(shí)間延長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)停輸。3.2.2秦京輸油管道停輸時(shí)間和站溫度在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許停輸時(shí)間下,秦京輸油管道在2010年5月昌黎站的進(jìn)站溫度降低至33℃,其余各站的進(jìn)站溫度降低至35℃,安全裕量比較合理(表9)。基于秦京輸油管道在不同月份停輸再啟動(dòng)凝管概率的計(jì)算結(jié)果,對(duì)其安全裕量進(jìn)行分析,可以對(duì)管道不同站間實(shí)行不同的進(jìn)站溫度(表7、表9)。這種根據(jù)流動(dòng)安全性評(píng)價(jià)結(jié)果分站間進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化配置,符合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)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(chǎng)在全年大多數(shù)月份安全性較好,可以考慮通過降低進(jìn)站溫度或延長(zhǎng)允許停輸時(shí)間等方法合理分配安全裕量,提高管道輸送的經(jīng)濟(jì)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(píng)