原油管道流動安全體系研究
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1問題的提出
傳統(tǒng)上，國內(nèi)外對含蠟原油的安全評價均采用確定性分析方法。然而事實上，與輸油管道運行相關(guān)的許多參數(shù)都具有不確定性：輸油管道往往綿延數(shù)百乃至數(shù)千公里，沿線管道埋設(shè)深度、土壤物性、環(huán)境條件各異。目前，業(yè)內(nèi)采用站間平均參數(shù)的確定性分析方法進(jìn)行工藝計算及工藝方案的可行性評價，其缺陷顯而易見。與此同時，管道的運行參數(shù)（如輸量、出站溫度等），管輸原油的物性參數(shù)也可能有很大波動。因此，傳統(tǒng)的確定性分析方法難以對管道的流動安全性進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確地描述和評價。管道設(shè)計和生產(chǎn)中一直沿用“進(jìn)站油溫高于所輸原油凝點以上3℃[3]”的粗放、經(jīng)驗型的安全運行法則。實踐證明，對于具有不同管徑、處于不同地區(qū)和環(huán)境、輸送不同性質(zhì)原油的管道，采用這種“一刀切”的安全運行與管理法則，是不夠科學(xué)和合理的，并可導(dǎo)致輸油能耗偏高。輸油生產(chǎn)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動安全評價及相關(guān)保障措施（國外輕質(zhì)原油管道不存在國內(nèi)易凝高粘原油管道面臨的流動安全問題），因此也無法解決易凝高粘原油管道輸送的流動安全評價問題。為此，中國石油管道科技研究中心與中國石油大學(xué)（北京）合作提出基于可靠性的極限狀態(tài)方法。該方法可以綜合考慮不同管道的具體特征，對不同幾何尺寸、不同地理環(huán)境、輸送不同性質(zhì)原油的管道按照統(tǒng)一判別方法進(jìn)行整體評價，解決了傳統(tǒng)方法無法對管道運行安全程度量化的難題[4-6]。但是，該評價方法在原油管道流動安全管理方面尚無規(guī)范性的管理流程、標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)及作業(yè)文件，未將各分析評價過程有序整合，使流動安全管理過程規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，亦未形成完整的管理體系。因此，有必要將各評價技術(shù)有序組織，建立原油管道流動安全管理體系，形成規(guī)范的流程化的有機(jī)整體，實現(xiàn)對管道安全與能耗的全面定量評價。
2原油管道流動安全管理體系
2.1業(yè)務(wù)流程
基于流動保障技術(shù)前期研究成果，建立原油管道流動安全管理體系。將原油管道流動安全管理流程分為4個步驟：數(shù)據(jù)管理、正常工況分析、安全與能耗評價、設(shè)備可靠性評價（圖1）。數(shù)據(jù)管理包括流動安全相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，是流動安全管理的第一步。在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正常工況分析，這是對管道運行工況的粗略評價，采用確定性方法，對管道運行的某一具體工況進(jìn)行分析，以最大運行壓力pmax小于管道最大允許操作壓力MAOP和流量Q大于管道最小的臨界流量Qmin為安全運行準(zhǔn)則。在正常工況分析滿足要求后，進(jìn)行更精細(xì)化的評價，即安全與能耗評價，采用基于可靠性的極限狀態(tài)評價方法，對管道各種工況下的失效情況進(jìn)行計算，判斷失效概率是否小于目標(biāo)安全水平，確定各管道的安全運行指數(shù)和能耗指數(shù)。同時，結(jié)合各管道的設(shè)備現(xiàn)狀，進(jìn)行綜合運維管理，確定各管道合理的維搶修方案。上述條件滿足后，說明在工藝參數(shù)上保證了管道的安全經(jīng)濟(jì)運行。但管道的安全運行同時依賴于設(shè)備的完好狀況，因此有必要分析設(shè)備的可靠性是否滿足管道運行所期望的流動安全水平。通過以上有序的分析和評價，能夠從工藝和設(shè)備上全面確定管道的安全狀況和能耗水平，實現(xiàn)管道安全運行下經(jīng)濟(jì)節(jié)能輸送?；诖?，建立原油管道流動安全管理的體系構(gòu)架及各部分之間的關(guān)系（圖2）。
2.2作業(yè)目的、執(zhí)行流程及標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)
數(shù)據(jù)管理是對與原油管道流動安全評價相關(guān)數(shù)據(jù)的收集和初步分析處理，包括4大類、85項屬性數(shù)據(jù)（表1）。油品物性數(shù)據(jù)采集依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：GB510－83《石油產(chǎn)品凝點測定法》，SY/T0520－2008《原油粘度測定旋轉(zhuǎn)粘度計平衡法》，SY/T0522－2008《原油析蠟點測定旋轉(zhuǎn)粘度計法》，SY/T0541－2009《原油凝點測定法》，SY/T0545－1995《原油析蠟熱特性參數(shù)的測定差示掃描量熱法》，SY/T7547－1996《原油屈服值測定旋轉(zhuǎn)粘度計法》，SY/T7549－2000《原油粘溫曲線的確定旋轉(zhuǎn)粘度計法》。管道及設(shè)備屬性數(shù)據(jù)采集參照標(biāo)準(zhǔn)：Q/SY1180.5－2009《管道完整性管理規(guī)范第5部分：建設(shè)期管道完整性管理導(dǎo)則》，Q/SY1180.6－2009《管道完整性管理規(guī)范第6部分：數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)》。正常工況分析是管道安全評價的基礎(chǔ)，通過確定性工況分析管道沿線的水力熱力狀況，為管道投產(chǎn)、運行方案的制定、故障分析及應(yīng)急方案的制定等提供初步技術(shù)支持。正常工況分析需要在原油流變性預(yù)測和管道結(jié)蠟分析與預(yù)測的基礎(chǔ)上進(jìn)行啟輸投產(chǎn)、管道運行、停輸再啟動及清管過程的水力熱力分析。安全與能耗評價是采用基于可靠性的極限狀態(tài)方法，綜合考慮輸量、出站溫度、地溫、土壤導(dǎo)熱系數(shù)、管道埋深與原油流變性參數(shù)的不確定性的影響，對管道各種工況下的安全性進(jìn)行綜合評價，確定管道安全運行水平。同時，基于目標(biāo)安全水平，結(jié)合各管道的設(shè)備現(xiàn)狀，對管道進(jìn)行綜合能耗評價，確定管道在安全運行前提下的合理能耗水平，并可以進(jìn)行綜合運維管理，確定各管道合理的維搶修方案，為原油管道安全、經(jīng)濟(jì)運行，維搶修管理等提供合理建議和決策支持。安全與能耗評價包括：啟輸投產(chǎn)可靠性評價、管道運行可靠性評價、停輸再啟動可靠性評價、清管過程可靠性評價。基于原油管道目標(biāo)流動安全水平，對工藝流程中可能存在影響原油管道流動安全的影響因素進(jìn)行識別、分析、評價，并最終給出維護(hù)、維修、整改建議。設(shè)備可靠性評價包括：關(guān)鍵設(shè)備（泵、加熱爐）可靠性評價、控制系統(tǒng)可靠性評價、工藝流程可靠性評價。
2.3流動保障措施
在上述分析和評價過程中，若不滿足安全目標(biāo)要求，則需調(diào)整流動保障措施。不同工況下原油管道的流動保障措施：①啟輸投產(chǎn)工況改善原油流變性，增加土壤蓄熱量，提高關(guān)鍵設(shè)備可靠性，調(diào)整維搶修力量；②正常運行工況，改善原油流變性，提高出站溫度，提高輸量，降低管道摩阻（清管），提高關(guān)鍵設(shè)備可靠性，調(diào)整維搶修力量；③停輸再啟動工況，改善原油流變性、調(diào)整停輸時間，停輸前增加土壤蓄熱量，提高關(guān)鍵設(shè)備可靠性，調(diào)整維搶修力量。
3結(jié)束語
在原油管道流動保障前期研究成果的基礎(chǔ)上，提出了一種新的流動安全管理方法，以基于可靠性的流動安全評價為核心，以保證管道安全運行下經(jīng)濟(jì)節(jié)能輸送為目的，全面考慮工藝參數(shù)的變化及設(shè)備失效對流動安全的影響，將各評價技術(shù)有序組織，建立了原油管道流動安全管理體系，形成規(guī)范的流程化的有機(jī)整體，能夠?qū)崿F(xiàn)對管道運行安全程度的定量評價，從而為管道運行方案的制定、設(shè)備維護(hù)維修及維搶修力量的調(diào)整等提供技術(shù)支持，為實現(xiàn)管道流動安全的可控管理提供技術(shù)手段。
本文作者：苗青 閆鋒 徐波 蘭浩 張靜楠 王龍 谷英翠 馬文華 工作單位：中國石油管道科技研究中心中國石油天然氣集團(tuán)公司油氣儲運重點實驗室