原油管道凝管概率定量评价方法技术

本发明专利技术是一种原油管道凝管概率定量评价方法，涉及管道系统技术领域。其主要流程为：1)安全性影响因素的自动化提取及分析；2)影响因素的数据分布性规律统计；3)确定性停输再启动压力计算；4)评价次数的设定及参数的随机取样；5)不确定性停输再启动压力的计算；6)统计管道再启动失败的计算次数；7)计算结果的得出(管道凝管概率)；8)是否满足可接受失效判断；9)若不满足，则调整流动保障方案后，转2)影响因素的数据分布性规律统计；若满足，则提交流动保障整体方案。本发明专利技术能够指导原油管道流动安全性评价，对管道的安全、高效运行提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】
原油管道凝管概率定量评价方法
本专利技术是一种原油管道凝管概率定量评价方法，涉及管道系统

技术介绍
含蜡原油管道的最终极限状态之一就是熟知的凝管状态，这是管道运行中需要尽力避免的，带来的生产损失也最大。一般，出现这种极限状态的主要原因是在管道计划、尤其是事故性停输后，启动过程失败导致的凝管。目前判断管道是否凝管的通用做法是依照管道的当前进站温度，根据周边环境情况，考虑给定的停输时间内，原油温度是否大于其凝点。这种做法虽简单易用，但科学性不强。首先，该方法没有考虑到管道运行工艺参数的不确定性，例如地温实际是波动的；其次，简单用凝点的指标并不科学，用启动时所需压力是否大于管道的最大允许操作压力显然要更客观。
技术实现思路
本专利技术的目的是专利技术一种基于确定性和不确定性方法的可靠、准确的原油管道凝管概率定量评价方法。管道实际生产运行中，其输量、出站温度、稳态运行总传热系数、管道埋深、管道埋深处地温、土壤导热系数等均具有不确定性，评价以实际生产报表为基础，考虑了这些因素的不确定性。评价所涉及到的计算参数的自动提取分析由软件来完成，如输量，压力，进站温度，出站温度等，并对这些数据的准确性进行校核。本专利技术提出的原油管道凝管定量评价方法，主要流程如图1所示：1)安全性影响因素的自动化提取及分析；2)影响因素的数据分布性规律统计；3)确定性停输再启动压力计算；4)评价次数的设定及参数的随机取样；5)不确定性停输再启动压力的计算；6)统计管道再启动失败的计算次数；7)计算结果的得出(管道凝管概率)；8)是否满足可接受失效判断；9)若不满足，则调整流动保障方案后，转2)影响因素的数据分布性规律统计；若满足，则提交流动保障整体方案。管道实际生产运行中，其输量、出站温度、稳态运行总传热系数、管道埋深、管道埋深处地温、土壤导热系数等均具有不确定性，评价以实际生产报表为基础，考虑了这些因素的不确定性。评价所涉及到的计算参数的自动提取分析由软件来完成，如输量，压力，进站温度，出站温度等，并对这些数据的准确性进行校核。凝管概率定义如下：对于一个给定的极限状态，概率分析包含广义随机载荷S和广义随机抗力R的模型。对应的极限状态函数可以一般性地表示成如下的形式：g(x)＝R-S(1)显然，当g(x)＜0标志着失效。定义失效概率如下：式中，x是随机变量矢量；fx(x)是联合概率密度函数。对于原油管道停输再启动问题，定义载荷S即为管道最小启动压力，取抗力R为管道最大允许操作压力(MAOP)，Pf即为凝管概率。所述数据分布性概率统计和校核是：根据ISO16708，对定量评价管道采集的生产运行数据进行不确定性和取值分析。以管输过程中管道流量数据分布规律为例，针对某东部管道选取了三个月份流量计统计的流量数据。结果如下：表1管道输量数据的统计规律表1的结果显示，输量数据的峰度接近于3，偏差接近于0，可认为服从正态分布规律。其它流动安全影响因素的不确定性分析过程如上。所述确定性停输再启动压力计算是：如前文所述，本评价方法基于二级评价架构，第一级架构在不考虑生产运行状况波动的情况下，为满足现场的需求，以确定性方法评估现有生产运行条件的安全性，若不安全，将根据结果采取流动保障措施。确定性工况一般为现场给定的生产数据。所述评价次数的设定及参数的随机取样是：完成了体系一级构架中的确定性分析之后，就可以进行大规模的概率取样，取样次数默认为10000次，生产运行参数每次取样时由其分布规律函数生成相应的数值，但必须设定生产运行参数的上下界。原因在于分布规律函数生成的是符合数学分布规律的数值，但并不必然具有物理意义。在没有生产现场指定的情况下，系统默认的上下界如下，输量在其均值加减3倍方差之间，进出站温度在0℃-90℃之间，地温在-20℃-50℃之间。所述不确定性停输再启动压力计算和启动失败次数计算是：不确定性停输再启动压力计算是根据已经设定的评价次数，和每个评价次数生成的生产运行参数来分析凝管是否发生。如启动失败发生则记录为1，不发生则记录0。评价完成后则可记录总的停输再启动失败的次数。所述结果分析是：基于计算得到的凝管失效概率Pf，将(1-Pf)定义为管道停输再启动安全性指标(SRSI)。在管道停输时间不变的条件下，SRSI分级指标越大，管道停输失败的可能性就越小再启动，管道再启动过程的安全程度就越高；反之，管道再启动失败的可能性就越大，根据评价结果，对管线的运行安全提出保障措施。评价过程管输工艺计算正常输送时的水力、热力计算(1)正常运行热油管道轴向温降计算在稳定输送条件下，热油管道内油流的温降速率与管道运行参数(出站温度、输量等)、管径、管道埋深及其周围介质的导热系数、温度、加热站间长度和原油物性(比热容、密度、黏度等)等密切相关。管内油流沿程温度分布可近似用ЛейбензоН公式描述：TL＝(T0+b)+(TR-T0-b)e-aL(3)式中，a＝KπD/Gc，b＝ig/cpa；；G为油品的质量流量，kg/s；Cp为原油的比热容，J/(kg·℃)；D为管道外径，m；L为距加热站的距离，m；K为管道总传热系数，W/(m2·℃)；TR为加热站出站油温，℃；TL为距加热站距离为L处的油温，℃；T0为周围介质温度，埋地管道取管中心埋深处自然地温，℃。(2)热油管道的摩阻计算流体在水平圆管内流动的压力梯度为：式中，i是压力梯度，Pa/m；V是管道内流体的平均流速，m/s；ρ为流体的密度，kg/m3；D为圆管内径，m；λ为达西摩阻系数；f为范宁摩阻系数。停输温降的计算在初凝概率的评价过程中，依据评价需求，可以对停输温降采取集总热容法或数值法两种解法，集总热容法具有计算速度且结果相对保守的特点，数值解法计算准确，但计算速度较慢。(1)集总热容法热油管道停输后，距离起点任意距离l处，停输t时间后管内油温的计算式如下：式中，T为距管道起点l处，停输t时间后的油温，℃；T0为周围环境温度(对埋地管道为埋深处的地温)，℃；TR为开始停输时管道起点处的油温，℃；K为管道稳态运行时的总传热系数，W/(m·℃)；Dout为管外径，m；G为管道输量，kg/s；l为计算点距离管道起点的距离，m；t为停输时间，s；b是系数，s-1，取值由式(2-30)确定；D1、D2分别为钢管内径与外径，m；cy、cg分别为原油与钢管的比热容，kJ/(kg·℃)；ρy、ρg分别为钢管的比热容与密度，kg/m3。(2)数值解法管内含蜡原油停输后的温降过程，是一个伴随相变、自然对流及移动边界的三维不稳定传热问题。按照传热方式的不同，停输后管内原油的传热又可分为三个阶段：自然对流传热阶段、自然对流与热传导共同控制阶段和纯导热阶段。基于含蜡原油停输后温降过程的复杂性，本模型中引入以下假设来实现简化：1)引入当量导热系数将液态原油的自然对流问题当成导热问题来处理；2)在停输温降的过程中，随着油温降低蜡晶逐渐析出，形成凝油层，由于工程问题的复杂性，假设凝油层的增长和管道同心；3)利用比热容随温度的变化描述蜡晶析出释放结晶潜热对停输温降过程的影响；4)在停输温降的第二阶段，引用滞流点的概念将管道内部分成自然对流区和导热区。通过以上假定将停输温降问题简化为一个纯导热问题。管内原油的传热方程为：其中：程序计算中，当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原油管道凝管概率定量评价方法，其特征在于其主要流程为：1)安全性影响因素的自动化提取及分析；2)影响因素的数据分布性规律统计；3)确定性停输再启动压力计算；4)评价次数的设定及参数的随机取样；5)不确定性停输再启动压力的计算；6)统计管道再启动失败的计算次数；7)管道凝管概率计算结果的得出；8)是否满足可接受失效判断；9)若不满足，则调整流动保障方案后，转2)影响因素的数据分布性规律统计；若满足，则提交流动保障整体方案。

【技术特征摘要】
1.一种原油管道凝管概率定量评价方法，其特征在于其主要流程为：1)安全性影响因素的自动化提取及分析步骤：提取包含输量、压力、进站温度、出站温度的计算参数；2)影响因素的数据分布性规律统计步骤：根据ISO16708，对定量评价管道采集的生产运行数据进行不确定性和取值分析，确定所述数据分布性规律；3)确定性停输再启动压力计算步骤；4)评价次数的设定及参数的随机取样步骤：取样次数默认为10000次，生产运行参数每次取样时由其分布规律函数生成相应的数值，但必须设定生产运行参数的上下界；在没有生产现场指定的情况下，系统默认的上下界如下，输量在其均值加减3倍方差之间，进出站温度在0℃-90℃之间，地温在-20℃-50℃之间；5)不确定性停输再启动压力的计算步骤：根据设定的评价次数，和每个评价次数生成的生产运行参数来分析凝管是否发生；6)统计管道再启动失败的计算次数步骤：如果启动失败，则将再启动失败的次数加1；7)管道凝管概率计算结果的得出步骤：用所述再启动失败的次数除以总抽样次数，即为所述管道凝管概率；8)是否满足可接受失效判断步骤：基于计算得到的凝管概率Pf，将(1-Pf)定义为管道停输再启动安全性指标(SRSI)；在管道停输时间不变的条件下，SRSI分级指标越大，管道停输再启动失败的可能性就越小，管道再启动过程的安全程度就越高；反之，管道再启动失败的可能性就越大，根据评价结果，对管线的运行安全提出保障措施；9)若不满足，则调整流动保障方案后，转2)影响因素的数据分布性规律统计；若满足，则提交流动保障整体方案；其中，凝管概率是：对于一个给定的极限状态，概率分析包含广义随机载荷S和广义随机抗力R的模型；对应的极限状态函数如下的形式：g(x)＝R-S(1)显然，当g(x)<0标志着失效；定义失效概率如下：式中，x是随机变量矢量；fx(x)是联合概率密度函数；对于原油管道停输再启动问题，定义载荷S即为管道最小启动压力，取抗力R为管道最大允许操作压力(MAOP)，Pf即为凝管概率；本评价方法基于二级评价架构，第一级架构在不考虑生产运行状况波动的情况下，为满足现场的需求，以确定性方法评估现有生产运行条件的安全性，若不安全，将根据结果采取流动保障措施；确定性工况为现场给定的生产数据；具体地，所述确定性停输再启动压力计算步骤包括：正常输送时的水力、热力计算：(1)正常运行热油管道轴向温降计算在稳定输送条件下，热油管道内油流的温降速率与管道运行参数、管径、管道埋深及其周围介质的导热系数、温度、加热站间长度和原油物性密切相关；管内油流沿程温度分布可近似用列宾宗公式描述：式中，G为油品的质量流量，kg/s；C为原油的比热容，J/(kg·℃)；D为管道外径，m；L为距加热站的距离，m；K为管道总传热系数，W/(m2·℃)；TR为加热站出站油温，℃；TL为距加热站距离为L处的油温，℃；T0为周围介质温度，埋地管道取管中心埋深处自然地温，℃；(2)热油管道的摩阻计算流体在水平圆管内流动的压力梯度为：式中，i是压力梯度，Pa/m；V为流体平均流速，m/s；ρ为流体密度，kg/m3；D为管道内径，m；λ为达西摩阻系数，无量纲；f为范宁摩阻系数，无量纲；停输温降的计算：在初凝概率的评价过程中，依据评价需求，可以对停输温降采取集总热容法或数值法两种解法，集总热容法具有计算速度且结果相对保守的特点，数值解法计算准确，但计算速度较慢；(1)集总热容法热油管道停输后，距离起点任意距离L处，停输t时间后管内油温的计算式如下：式中，T为距管道起点L处，停输t时间后的油温，℃；T0为周围环境温度，℃；TR为开始停输时管道起点处的油温，℃；K为管道稳态运行时的总传热系数，W/(m2·℃)；G为管道输量，kg/s；L为计算点距离管道起点的距离，m；t为停输时间，s；b是系数，s-1；D1、D2、D分别为钢管内径、外径和平均直径，m；cy、cg分别为原油与钢管的比热容，kJ/(kg·℃)...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗青，姜保良，徐波，兰浩，王龙，闫峰，李其抚，薛向东，康阳，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：