东一联外输原油含水与首站含水误差分析
刘友华
（中国石化胜利油田有限公司孤东采油厂集输大队）
摘要：东一联安装自动取样器后，东一联化验原油含水与孤岛首站化验有较大误差，为消除误差，本文对原油流态进行了分析，对取样器进行了研究，并对其存在问题进行了改造，改造后东一与首站化验含水基本相同，改造效果良好。 关键词：原油含水 流态 化验 分析 自动 取样器
一、原油外输管道流态分析
孤东原油外输流量为7500 t/d，原油密度?=947kg/m，原油输送平均温度设定50℃，该温度下原油
3
粘度?=400mPas，外输管线全长32km，采用?529×9钢管，其中中间5km管线换为?426×7。流态分析如下： 体积流量Q=
G??4=
7500*1000?0.0917
947*24*3600A1=
?4D1?2*0.5112?0.205m2
?1?Q0.0917??0.447m/s A10.205Re1??1D1?0.447*0.511*947??540.9 ?3?400*10显然，在管径为?529×9的管道中，原油流态为层流。 A2=
?4D2?2?4*0.4122?0.133
?2?Q0.0917??0.689m/s A20.133Re2??2D2?0.689*0.412*947??672.2 ?400*10?3在管径为?426×7的管道中，原油流态亦为层流。 原油在管道中流动的时间： t1=
L?l?1l?32?5?*103=60402s=16.8h ?0.4475*103t2==7257s=2h ??20.689t=t1+t2=18.8h
管线内原油的层流流态及运行时间的过长有利于水份的沉降，使得管内油水趋于分层，不利于取样的代表性，应该采取措施保证取样口附近区域紊态流动。
二、孤东外输原油东一联与首站化验含水结果分析
根据2005年2～7月份东一联与首站含水化验分析结果，从每月东一联与首站分析的含水平均值可以得到（见表一），首站含水都高于东一联含水平均值0.1％～0.6％。2～7月份各个月份的东一联与首站含水分布示于图1～6，从图中可以看出，首站含水数据延后20小时，东一联与首站的含水分析结果变化趋向一致，这充分说明东一联开始的水头经过外输管线运行约20小时到达首站，这一结论与前面的计算结果是一致的。
表一 外输原油含水月份算术平均值
月份 东一联 首站
1.51.41.31.21.11.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.00102030405060708090100110120130140150160170180190二 0.53 0.56 三 0.46 0.53 四 0.57 0.71 五 0.64 0.73 六 0.81 0.95 七 1.04 1.55 东一联外输 首站延后20小时含水%测量点
图1 二月份东一联与首站含水分步
2.0 东一联外输 首站延后20小时1.5含水%1.00.50.00102030405060708090100110120130140150160170180测量点
图2 三月份东一联与首站含水分步
2.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.00 东一联外输 首站延后20小时含水2030405060708090100110120130140150160170180190测量点
图3 四月份东一联与首站含水分步
109876 东一联外输 首站延后20小时含水T32100102030405060708090100110120130140150160170180测量点
图4 五月份东一联与首站含水分步
1.61.51.41.31.21.11.00.9
东一联外输 首站延后20小时含水%0.80.70.60.50.40.30.20.10.00102030405060708090100110120130140150160170测量点
图5 六月份东一联与首站含水分步
121110987 东一联外输 首站延后20小时含水e432100102030405060708090100110120130140150160170180190测量点
图6 七月份东一联与首站含水分步
表一列出了2～7月份月平均含水结果，表二为月份含水积分及积分平均值，由于含水变化幅度较小，表一、二两种求解方法得到的平均值基本一致。图7示出了2～7月东一联与首站含水积分结果，显然随着含水率的增加，二者的差值明显变大，因此导致的输差明显增加。这说明东一联出口含水率的上升是导致输差的根本原因。但是，东一联含水率较首站含水率低的结论违反了质量守恒定律，这是一种违反客观规律的假象。低含水率情况的测量结果符合预期，输差在误差范围之内，为什么只有在东一联含水率变大的情况下才会导致较大输差？显然这是由于取样导致的，也就是说现场取到的油样缺乏代表性，应该从取样器的取样过程进行分析解决。
表二 外输原油含水月份积分及平均值
月份 东一联 首站 二 89.095 93.445 三 84.231 97.89 0.47 0.53 300280260240220四 102.18 126.03 0.57 0.70 五 119.36 134.54 0.64 0.72 六 145.19 170.11 0.81 0.95 七 192.331 286.585 1.03 1.57 东一联平均 0.53 首站平均 0.56 东一联外输 首站含水积分20018016014012010080234567月份
图7 孤东外输原油东一联与首站含水积分
三、取样器取样方式研究
阀3阀1阀22131 取样瓶 2原油缸 3输油管线
图1 原油取样器取样原理图
图2 孤岛首站立管取样位置图
东一联外输油取样器工作原理如图1示，取样管自输油管线中取样（大于80ml）至原油缸，原油缸高度为150～200mm，原油样在原油缸中滞留时间约为10s，油样自油缸顶部位置的取样管经阀3流至取样瓶1。生产中倒罐切换流程时，来流含水率升高，可能存在游离水，而输油管线中取出的含水油样在原油缸中滞留，可能会有水分沉降至油缸底部，进而回流至输油管线，这样使得取样测得的含水率较实际偏低。
若要解决以上问题，必须解决油缸内油样沉降脱水问题，可切断回流，进入油缸的油样全部进入取样瓶。按照取样器的工作原理，需要延长取样周期。
图2示出了当前孤岛首站取样点前油水在管内的分布特征，由于外输管线输量偏低，管内原油流动处于层流（Re<600），从东一联至孤岛首站历经20小时，管线底部富集含水原油，从流动迹线可以看出，原油经过改变流向后，混合比较均匀，取样器在输油管线中的取样比较真实，因此可能使得首站分析的得到的原油含水能够反映实际情况。
四、结论
9月28日，由自动取样器厂家对东一自动取样器进行了改造，其主要内容是取消了取样回流。取样时间由原来的间隔3分钟延长至12分钟，每次取样10mg。
从9月29日至10月7日，东一化验含水略高于首站化验含水，东一化验平均含水0.952％，首站化验平均0.862％，绝对误差-0.09％，相对误差10.44％。因从东一输至首站需20小时左右，所以相对化验数据应后推20小时。9天平均含水有3天东一高于首站，差值分别是0.54％、0.02％、0.11％，占总天数的33.3％，其余6天均是首站高于东一，占总天数的66.6％。对比的32组化验数据中有26次东一高于首站，占81.25％，有6次首站高于东一，占18.75％，因此，东一自动取样器改造后，化验数据差值明显小于以前，东一和首站化验结果明显接近，改造效果较好。