原油管道流动安全体系研究

1问题的提出

传统上，国内外对含蜡原油的安全评价均采用确定性分析方法。然而事实上，与输油管道运行相关的许多参数都具有不确定性：输油管道往往绵延数百乃至数千公里，沿线管道埋设深度、土壤物性、环境条件各异。目前，业内采用站间平均参数的确定性分析方法进行工艺计算及工艺方案的可行性评价，其缺陷显而易见。与此同时，管道的运行参数（如输量、出站温度等），管输原油的物性参数也可能有很大波动。因此，传统的确定性分析方法难以对管道的流动安全性进行科学、准确地描述和评价。管道设计和生产中一直沿用“进站油温高于所输原油凝点以上3℃[3]”的粗放、经验型的安全运行法则。实践证明，对于具有不同管径、处于不同地区和环境、输送不同性质原油的管道，采用这种“一刀切”的安全运行与管理法则，是不够科学和合理的，并可导致输油能耗偏高。输油生产和管理中引入的QRA、SIL和HAZOP等完整性管理方法，由于不涉及易凝高粘原油的流动安全评价及相关保障措施（国外轻质原油管道不存在国内易凝高粘原油管道面临的流动安全问题），因此也无法解决易凝高粘原油管道输送的流动安全评价问题。为此，中国石油管道科技研究中心与中国石油大学（北京）合作提出基于可靠性的极限状态方法。该方法可以综合考虑不同管道的具体特征，对不同几何尺寸、不同地理环境、输送不同性质原油的管道按照统一判别方法进行整体评价，解决了传统方法无法对管道运行安全程度量化的难题[4-6]。但是，该评价方法在原油管道流动安全管理方面尚无规范性的管理流程、标准依据及作业文件，未将各分析评价过程有序整合，使流动安全管理过程规范化、标准化，亦未形成完整的管理体系。因此，有必要将各评价技术有序组织，建立原油管道流动安全管理体系，形成规范的流程化的有机整体，实现对管道安全与能耗的全面定量评价。

2原油管道流动安全管理体系

2.1业务流程

基于流动保障技术前期研究成果，建立原油管道流动安全管理体系。将原油管道流动安全管理流程分为4个步骤：数据管理、正常工况分析、安全与能耗评价、设备可靠性评价（图1）。数据管理包括流动安全相关数据的采集、分析和处理，是流动安全管理的第一步。在数据的基础上进行正常工况分析，这是对管道运行工况的粗略评价，采用确定性方法，对管道运行的某一具体工况进行分析，以最大运行压力pmax小于管道最大允许操作压力MAOP和流量Q大于管道最小的临界流量Qmin为安全运行准则。在正常工况分析满足要求后，进行更精细化的评价，即安全与能耗评价，采用基于可靠性的极限状态评价方法，对管道各种工况下的失效情况进行计算，判断失效概率是否小于目标安全水平，确定各管道的安全运行指数和能耗指数。同时，结合各管道的设备现状，进行综合运维管理，确定各管道合理的维抢修方案。上述条件满足后，说明在工艺参数上保证了管道的安全经济运行。但管道的安全运行同时依赖于设备的完好状况，因此有必要分析设备的可靠性是否满足管道运行所期望的流动安全水平。通过以上有序的分析和评价，能够从工艺和设备上全面确定管道的安全状况和能耗水平，实现管道安全运行下经济节能输送。基于此，建立原油管道流动安全管理的体系构架及各部分之间的关系（图2）。

2.2作业目的、执行流程及标准依据

数据管理是对与原油管道流动安全评价相关数据的收集和初步分析处理，包括4大类、85项属性数据（表1）。油品物性数据采集依据标准：GB510－83《石油产品凝点测定法》，SY/T0520－2008《原油粘度测定旋转粘度计平衡法》，SY/T0522－2008《原油析蜡点测定旋转粘度计法》，SY/T0541－2009《原油凝点测定法》，SY/T0545－1995《原油析蜡热特性参数的测定差示扫描量热法》，SY/T7547－1996《原油屈服值测定旋转粘度计法》，SY/T7549－2000《原油粘温曲线的确定旋转粘度计法》。管道及设备属性数据采集参照标准：Q/SY1180.5－2009《管道完整性管理规范第5部分：建设期管道完整性管理导则》，Q/SY1180.6－2009《管道完整性管理规范第6部分：数据库表结构》。正常工况分析是管道安全评价的基础，通过确定性工况分析管道沿线的水力热力状况，为管道投产、运行方案的制定、故障分析及应急方案的制定等提供初步技术支持。正常工况分析需要在原油流变性预测和管道结蜡分析与预测的基础上进行启输投产、管道运行、停输再启动及清管过程的水力热力分析。安全与能耗评价是采用基于可靠性的极限状态方法，综合考虑输量、出站温度、地温、土壤导热系数、管道埋深与原油流变性参数的不确定性的影响，对管道各种工况下的安全性进行综合评价，确定管道安全运行水平。同时，基于目标安全水平，结合各管道的设备现状，对管道进行综合能耗评价，确定管道在安全运行前提下的合理能耗水平，并可以进行综合运维管理，确定各管道合理的维抢修方案，为原油管道安全、经济运行，维抢修管理等提供合理建议和决策支持。安全与能耗评价包括：启输投产可靠性评价、管道运行可靠性评价、停输再启动可靠性评价、清管过程可靠性评价。基于原油管道目标流动安全水平，对工艺流程中可能存在影响原油管道流动安全的影响因素进行识别、分析、评价，并最终给出维护、维修、整改建议。设备可靠性评价包括：关键设备（泵、加热炉）可靠性评价、控制系统可靠性评价、工艺流程可靠性评价。

2.3流动保障措施

在上述分析和评价过程中，若不满足安全目标要求，则需调整流动保障措施。不同工况下原油管道的流动保障措施：①启输投产工况改善原油流变性，增加土壤蓄热量，提高关键设备可靠性，调整维抢修力量；②正常运行工况，改善原油流变性，提高出站温度，提高输量，降低管道摩阻（清管），提高关键设备可靠性，调整维抢修力量；③停输再启动工况，改善原油流变性、调整停输时间，停输前增加土壤蓄热量，提高关键设备可靠性，调整维抢修力量。

3结束语

在原油管道流动保障前期研究成果的基础上，提出了一种新的流动安全管理方法，以基于可靠性的流动安全评价为核心，以保证管道安全运行下经济节能输送为目的，全面考虑工艺参数的变化及设备失效对流动安全的影响，将各评价技术有序组织，建立了原油管道流动安全管理体系，形成规范的流程化的有机整体，能够实现对管道运行安全程度的定量评价，从而为管道运行方案的制定、设备维护维修及维抢修力量的调整等提供技术支持，为实现管道流动安全的可控管理提供技术手段。

本文作者：苗青 闫锋 徐波 兰浩 张静楠 王龙 谷英翠 马文华 工作单位：中国石油管道科技研究中心中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室