胜利油田鲁明公司 秦胜华 张强强 李睿
前 言 热油管道输量低于设计输量运行时，不仅增加输油成本，而且随着输量的减小还可能会出现运行不稳定甚至凝管的危险。如何保证输油管道在安全输送的前提下能够经济，平稳的运行，是当前热油管道输送的难题。在热油管道的能量消耗中，温度往往是起决定性作用的。因此，确定输油管道的经济输油温度对降低输油成本是有十分重要意义的。
一、热油管道的输送特点
加热输送是指将原油加热后进入管道加压输送，通过提高原油输送温度降低其粘度，来减少管路摩阻损失。与原油等温输送相比，加热输送存在两方面的能量损失，散热损失和摩阻损失。热油向下一站输送过程中，由于其温度高于管路周围的环境温度，存在径向温差，热油携带的热能将不断地向管外散失，因而使油流温度在向前输送过程中逐渐降低，引起轴向散热损失，使油流温度下降，粘度上升，单位长度管路的压降逐渐增大。因此，必须从两方面考虑给油流供应能量：加热站供应的热能与泵站供应的压能，而处理好这两种能量的关系是解决热油输送最小耗能的关键。由于摩擦损失的大小取决于油品的粘度，而粘度的大小又取决于输送温度的高低，因而，油品温度对两种能量的损失起决定性作用。
二、出站油温的选择
热油管道出站油温的选择，主要考虑以下几点：
1、油品的加热温度应在防腐层与保温层的耐热能力之内，一般不超过75oC。
2、对于加热后进泵的原油，其加热温度不超过油品的初馏点，以免影响泵的吸入性能。
3、对于含蜡原油，油品到达一定温度时，再过高的提高油温对摩阻的影响很小，因此，加热温度不宜过高。
4、考虑到由于运行和安装温度的温差，管道的热应力必须在强度允许范围之内。
三、进站油温的选择
原油的进站温度的选择，主要取决于经济比较。一般经济的进站油温略高于原油的凝点，但是，还必须考虑到管道计划停输和计划外停输的温降情况，以及在启动措施，启动压力，规定适当的安全停输时间，还要考虑原油初始剪切应力、平衡剪切应力以及原油的触变性。另外，也要考虑到前站的加热处理条件来确定原油的进站温度。
四、热油管道经济输送温度的原理
正如前面所提到的，对于一条热油管道，消耗的能量主要有两种：动力和燃料。这两种能量消耗是一对矛盾，提高输油温度，输油的燃料消耗会上升，而油品粘度下降，沿线的摩阻损失会减少，输油的动力消耗会下降。反之，降低输油温度，燃料消耗下降，动力消耗上升。因此，对于某个输油量，不同的输油温度，能量消耗也不同。
S=SR+SP
SR为燃料费用；SP为动力费用
从安全运行的角度出发,显然输油温度越高越安全;但从经济输油的角度考虑,应按照优化运行的方法,确定经济的输油温度,对于满负荷运行的管道,一般经济运行温度比较高,经济运行温度满足安全运行的要求,管道运行的安全性和经济性之间不存在矛盾;对于输油量不满负荷的管道,有关实践和研究表明,在目前的动力价格和燃料价格条件下,显示了输油温度越低越好的趋势。
在热油管道输送成本当中，加热费用占总耗费用的比例很大，据统计，热油管道上加热炉烧油占管道原油1%~3%左右。因此，降低热能损失以降低总能耗对降低输油成本，提高经济效益影响重大。
五、具体算法
以某单位输油管道为例，管道全长10公里，规格为Φ114*7的管线，每天输油约260m3，担负着单位年产7万吨原油的外输任务。管道输油实际输量低于设计输量（2×104t/a）。原油凝点为32oC，按照行业标准，最低输油温度不低于凝点3-5 oC，设输油温度最低为37 oC。在大地温度场TO，流量Q，总传热系数K等外部条件都已稳定的情况下，要做到优化运行，关键是如何规定出站的油温。出站油温一旦确定，在输油量确定的情况下，就可以算得动力费用和燃料费用，从而进行比较，得出最优的经济输送温度。
（一）动力消耗的计算
1、由集输站的出站温度以及末站的进站温度反算出总传热系数K。
2、确定一个出站温度TR，根据所测得的粘温曲线关系找出该温度下的粘度，也可以用粘温指数关系式算得该温度下的粘度，由Re=4Q/πdν算得Re，并判断在该状态下的流态，从而得出该流态下的m、β值。并由临界雷诺数算出临界温度。
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（四）具体实例
1、夏季经济温度计算
按每天输油260m3，埋地管道自然温度20 oC。算得夏季的相关数据如下表。下图为由计算结果得出夏季的温度－费用图。
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由以上图表可以看出：经济的输油温度是44 oC。
2、冬季经济温度计算
按每天输油260m3，埋地管道自然温度10 oC。算得冬季的相关数据如下表。
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由以上图表可以看出：经济的输油温度是44 oC。
3、安全输油温度计算
假设事故停输时间是8小时，由埋地管道停输温降计算公式
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4、安全经济温度的确定
热油管道经济输油温度,是从优化运行角度提出的输油控制参数;热油管道安全运行输油温度,是从管道停输后能再启动角度提出的控制参数。确定热油管道的安全经济输油温度,可分为两种情况: A——输量较大,优化运行温度要求比较高,满足安全运行要求,经济运行温度即为安全经济输油温度;B——输量不满负荷,优化运行要求的温度低于安全运行条件,显然,满足安全运行要求的输油温度即为安全经济输油温度。
经济输油温度为44 oC；安全输油温度为冬季为56 oC；夏季为48 oC。显然示属于不满负荷运行的条件，因此可以确定安全经济输油温度为：冬季为56 oC；夏季为48 oC
5、经济效益估算
（1）、冬季安全经济输油温度是56oC，正常外输温度为64 oC，由此可以计算出节约的费用如下：
外输温度是56 oC时的输油成本是：0.1296 元/(t·km)
外输温度是64 oC时的输油成本是：0.11597 元/(t·km)
节约输油成本为：0.1597-0.1296=0.0301 元/(t·km)τ
冬季节约输油成本为：2100×0.901×25.7×0.0301×175=25.61万元
（2）、夏季安全经济输油温度是48oC，正常外输温度为55 oC，由此可以计算出节约的费用如下：
外输温度是48 oC时的输油成本是：0.0882 元/(t·km)
外输温度是55 oC时的输油成本是：0.1000 元/(t·km)
节约输油成本为：0.1000-0.0882=0.0118 元/(t·km)τ
夏季节约输油成本为：2100×0.901×25.7×0.0118×175=10.04万元
（3）、年节约输油成本为25.61+10.04=35.65万元
六、相应的节能措施
在输油管线上，我们采取对外输泵装上变频器，外输加热炉引进节能燃烧器等一系列节能措施。
变频器能够连续改变交流电源频率，它主要由整流器、储能元件、逆变器、控制器等组成。其工作原理是：先将50Hz的交流电变成直流，然后控制逆变器中的电力电子元件，使其按所需要的频率依次导通，就会在输出端得到所需要频率的交流电，供电机使用，从而对电机转速进行调节，在降低输量时使外输泵在高效区内工作。