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第三章長距離輸油管道 2 2020 3 27 主要內(nèi)容 第一節(jié)概述第二節(jié)等溫輸油管道的工藝設(shè)計第三節(jié)熱油輸送管道的工藝計算第四節(jié)順序輸送第五節(jié)輸油站第六節(jié)易凝高粘原油輸送工藝 3 2020 3 27 一 輸油管道的分類 企業(yè)內(nèi)部輸油管道長距離輸油管道 經(jīng)營方式 第一節(jié)概述 4 2020 3 27 油品種類 是否加熱 常溫 等溫 輸送管道加熱輸送管道 原油管道成品油管道 長距離成品油管道一般采用多種油品在管道輸送中 順序輸送 的方式運(yùn)行 汽 煤 柴油等成品油以及低凝低粘輕質(zhì)原油的輸送一般不需加熱 易凝高粘原油或重質(zhì)燃料油需加熱輸送 5 2020 3 27 二 長距離輸油管道的組成 輸油站首站中間站末站 線路 輸油泵站 輸油站功能 加壓加熱計量 首 末站 加熱站 6 2020 3 27 三 長距離輸油管道的特點(diǎn) 與公路 鐵路 水路運(yùn)輸相比 管道運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)為 1 運(yùn)輸量大 連續(xù)運(yùn)行 7 2020 3 27 2 運(yùn)費(fèi)低 能耗小 原蘇聯(lián)管線運(yùn)價約為鐵路的1 2 美國約為鐵路的1 7 1 10 我國目前基本與鐵路持平 基于合理輸量 3 埋地管道受氣候環(huán)境因素影響小 安全可靠 密閉運(yùn)輸 損耗率低 4 建設(shè)投資小 占地面積小 8 2020 3 27 管道運(yùn)輸?shù)木窒扌?適用于大量 單向 定點(diǎn)運(yùn)輸 不如車船靈活 有一經(jīng)濟(jì) 合理的輸送量范圍 有極限輸量的限制 最大輸量受泵和管道限制 對于加熱管道 最小輸量受加熱設(shè)備的限制 輸量減小 溫降加快 當(dāng)輸量小到一定時 在下一站之前油品溫度將降至安全極限 9 2020 3 27 等溫輸送加熱輸送加劑輸送 添加降凝劑 減阻劑 成品油順序輸送原油改性輸送原油熱處理輸送其它輸送方式原油液環(huán)輸送原油磁處理輸送原油稀釋輸送原油伴熱保溫輸送 四 油品管道輸送方式 10 2020 3 27 輸油管道工藝計算的目的 什么叫等溫輸油管道 輸送輕質(zhì)成品油或低凝點(diǎn)原油的長輸管道 沿線不需要加熱 油品從首站進(jìn)入管道 經(jīng)過一定距離后 管內(nèi)油溫就會等于管道埋深處的地溫 故稱為等溫輸油管道 油溫 地溫 常數(shù) 第二節(jié)等溫輸油管道的工藝設(shè)計 11 2020 3 27 輸油泵站的任務(wù)就是不斷向管道輸入油品 并給油流提供一定的壓力能 以便維持管內(nèi)流動 泵站工作特性就是泵站輸出的流量Q與壓頭H之間變化關(guān)系H f Q 也就是泵機(jī)組的聯(lián)合工作特性 單臺泵機(jī)組的工作特性取決于泵的類型和規(guī)格 還與原動機(jī)的類型相關(guān) 由于離心泵具有排量大 揚(yáng)程高 效率高 流量調(diào)節(jié)方便 運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn) 在長輸管道上得到廣泛應(yīng)用 一 輸油泵站的工作特性 12 2020 3 27 1 離心泵的特性方程 對于電動離心泵機(jī)組 目前原動機(jī)普遍采用異步電動機(jī) 轉(zhuǎn)速為常數(shù) 因此H f q 揚(yáng)程是流量的單值函數(shù) 一般可用二次拋物線方程H a bQ2表示 對于長輸管道 為便于工藝計算 離心泵特性常采用H a bQ2 m的形式 其中a b為常數(shù) m與流態(tài)有關(guān) Q為單泵排量 泵的揚(yáng)程與排量的變化關(guān)系稱為泵的工作特性 H Q 一 離心泵的工作特性 13 2020 3 27 圖2 1離心泵特性曲線 1 工作特性 Q H 2 效率特性 最高量左右7 區(qū)域?yàn)楦咝^(qū) 3 功率特性 特性曲線 14 2020 3 27 2 改變泵特性的方法 1 切削葉輪 a b 與葉輪直徑D0對應(yīng)的泵特性方程中的兩個常系數(shù) 離心泵葉輪的允許切割量 15 2020 3 27 式中 n 調(diào)速后泵的轉(zhuǎn)速 r min n0 調(diào)速前泵的轉(zhuǎn)速 r min a b 與轉(zhuǎn)速n0對應(yīng)的泵特性方程中的兩個常系數(shù) 2 改變泵的轉(zhuǎn)速 調(diào)速措施 改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速 原動機(jī)與泵之間的調(diào)速器 如液力耦合器 16 2020 3 27 3 進(jìn)口負(fù)壓調(diào)節(jié)泵進(jìn)口在負(fù)壓下運(yùn)行 泵特性曲線降低 一般只用于小型離心泵 大型離心泵一般要求正壓進(jìn)泵 4 多級泵拆級多級泵的揚(yáng)程與級數(shù)成正比 拆級后 泵的揚(yáng)程按比例降低 但級數(shù)不能拆得太多 否則 泵的效率會降低 5 改變油品的粘度泵樣本是輸送200C清水的特性 一般當(dāng)粘度大于60 10 6m2 s時 泵的H Q特性要進(jìn)行換算 17 2020 3 27 輸油泵站的工作特性是指泵站輸出的流量Q與壓頭H之間變化關(guān)系 可用H f Q 表示 即 H A BQ2 m 離心泵的操作方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種 1 并聯(lián)泵站的工作特性 并聯(lián)泵站的特點(diǎn) 泵站的流量等于正在運(yùn)行的輸油泵的流量之和 每臺泵的揚(yáng)程均等于泵站的揚(yáng)程 即 二 輸油泵站的工作特性 18 2020 3 27 2 串聯(lián)泵站的工作特性 串聯(lián)泵站的特點(diǎn) 各泵流量相等 q Q 泵站揚(yáng)程等于各泵揚(yáng)程之和 Hc 設(shè)有n2臺型號相同的泵串聯(lián) 則 19 2020 3 27 3 串 并聯(lián)泵機(jī)組數(shù)的確定 選擇泵機(jī)組數(shù)的原則主要有四條 滿足輸量要求 充分利用管路的承壓能力 泵在高效區(qū)工作 泵的臺數(shù)符合規(guī)范要求 不超過四臺 20 2020 3 27 并聯(lián)泵機(jī)組數(shù)的確定 顯然不一定是整數(shù) 這就是泵機(jī)組數(shù)的化整問題 如果管線的發(fā)展趨勢是輸量增加 則應(yīng)向大化 否則向小化 一般情況下要向大化 并聯(lián)泵的臺數(shù)主要根據(jù)輸量確定 而泵的級數(shù) 揚(yáng)程 則要根據(jù)管路的允許工作壓力確定 另外 根據(jù)規(guī)范規(guī)定 泵站至少設(shè)一臺備用泵 21 2020 3 27 串聯(lián)泵 其中 H 為管路的許用強(qiáng)度 允許承壓能力 H為單泵的額定揚(yáng)程 一般來說 串聯(lián)泵的應(yīng)向小化 如果向大化 則排出壓力可能超過管子的許用強(qiáng)度 是很危險的 串聯(lián)泵的額定排量根據(jù)管線任務(wù)輸量確定 22 2020 3 27 4 串 并聯(lián)組合形式的確定 從經(jīng)濟(jì)方面考慮 串聯(lián)效率較高 比較經(jīng)濟(jì) 我國并聯(lián)泵的效率一般只有70 80 而串聯(lián)泵的效率可達(dá)90 串聯(lián)泵的特點(diǎn)是 揚(yáng)程低 排量大 葉輪直徑小 流通面積大 故泵內(nèi)輪阻損失小 效率高 從管特性和地形方面考慮 對于地形平坦的地區(qū)或下坡段 站間管道較長 管路特性較陡 泵所提供的能量主要用于克服摩阻損失 大幅度調(diào)整輸量時 串聯(lián)泵站節(jié)流損失可能會小一些 23 2020 3 27 一 管路的壓降計算 根據(jù)流體力學(xué)理論 輸油管道的總壓降可表示為 其中 為沿程摩阻 為局部摩阻 為計算高程差 二 輸油管道的壓能損失 24 2020 3 27 二 沿程摩阻損失與水力摩阻系數(shù)的計算 計算長輸管道的摩阻損失主要是計算沿程摩阻損失hL 達(dá)西公式 對于一條給定的長輸管道 L和D都是已知的 輸量 或流速 也是已知的 現(xiàn)在的問題就是如何計算水力摩阻系數(shù) 其中 e為管壁的絕對粗糙度 D為管道內(nèi)徑 25 2020 3 27 三 綜合參數(shù)摩阻計算公式 列賓宗公式 整理得 令 得到列賓宗公式 26 2020 3 27 不同流態(tài)下得A m 值 27 2020 3 27 四 管路的水力坡降 定義 管道單位長度上的摩阻損失稱為水力坡降 用i表示 或 等溫輸油管的干線水力坡降 水力坡降與管道長度無關(guān) 只隨流量 粘度 管徑和流態(tài)不同而不同 28 2020 3 27 五 管路工作特性 已定管路 D L Z一定 輸送某種已定粘度油品時 管路所需壓頭 即壓頭損失 和流量的關(guān)系 H Q關(guān)系 稱為管路工作特性 29 2020 3 27 30 2020 3 27 分析 影響管路特性曲線的因素 1 起 終點(diǎn)高差的影響2 管徑的影響 管徑越小 曲線越陡 3 管長度的影響 管道越長 曲線越陡 4 運(yùn)動粘度的影響 粘度越大 曲線越陡 5 輸量的變化對管特性無影響 31 2020 3 27 泵站與管路的工作點(diǎn)的方法有兩種 圖解法和解析法 三 泵站與管路的聯(lián)合工作 32 2020 3 27 1 在泵站特性曲線的最高效率區(qū)內(nèi) 2 工作壓力必須在管道強(qiáng)度允許范圍之內(nèi)3 工作流量要滿足輸送任務(wù) 為保證輸油管道安全經(jīng)濟(jì)地工作 工作點(diǎn)的要求 33 2020 3 27 2 多泵站與管路的聯(lián)合工作 旁接油罐輸油方式 也叫開式流程 工作特點(diǎn) 每個泵站與其相應(yīng)的站間管路各自構(gòu)成獨(dú)立的水力系統(tǒng) 上下站輸量可以不等 由旁接罐調(diào)節(jié) 各站的進(jìn)出站壓力在短時間內(nèi)沒有直接影響 站間輸量的求法與一個泵站的管道相同 34 2020 3 27 密閉輸油方式 也叫泵到泵流程 工作特點(diǎn) 全線為一個統(tǒng)一的水力系統(tǒng) 輸量由全線所有泵站和全線管路總特性決定 各站的進(jìn) 出站壓力相互影響 全線各站流量相同 35 2020 3 27 工藝計算解決的問題 1 確定最優(yōu)的設(shè)計參數(shù) 管徑 出站壓力 輸油站數(shù)目 管道的壁厚2 確定輸油站的位置 3 輸油工況的計算 4 超壓保護(hù)的計算 5 提高輸送能力的計算 四 等溫輸油管道的工藝計算 36 2020 3 27 管道縱斷面圖 在直角坐標(biāo)上表示管道長度與沿線高程變化的圖形 橫坐標(biāo) 表示管路的實(shí)際長度 即管路的里程 常用比例為1 10000到1 100000 縱坐標(biāo) 表示管路的海拔高度 即管路的高程 常用比例為1 500到1 1000 管道的水力坡降線是管內(nèi)流體的能量壓頭 忽略動能壓頭 沿管道長度的變化曲線 等溫輸油管道的水力坡降線是斜率為i的直線 二 管道的水力坡降線 37 2020 3 27 i 38 2020 3 27 縱斷面圖分析 由縱斷面圖知 為泵站的出站壓力 為x段上的摩阻損失 為x段的高差 為a點(diǎn)液流的剩余壓能 稱動水壓力 動水壓力 它是管路沿線任一點(diǎn)水力坡降線與縱斷面線之間的垂直距離 在e點(diǎn) 其動水壓力為0 需要重新加壓才能使液體繼續(xù)向前輸送 39 2020 3 27 三 翻越點(diǎn)和計算長度 40 2020 3 27 1 翻越點(diǎn)的定義 如果使一定數(shù)量的液體通過線路上的某高點(diǎn)所需的壓頭比輸送到終點(diǎn)所需的壓頭大 且在所有高點(diǎn)中該高點(diǎn)所需的壓頭最大 那么此高點(diǎn)就稱為翻越點(diǎn) 根據(jù)該定義有 上式表明 輸量為Q的液體從翻越點(diǎn)自流到終點(diǎn)還有能量富裕 41 2020 3 27 給出翻越點(diǎn)的另一個定義 如果一定輸量的液體從某高點(diǎn)自流到終點(diǎn)還有能量富裕 且在所有的高點(diǎn)中該高點(diǎn)的富裕能量最大 則該高點(diǎn)叫做翻越點(diǎn) 2 翻越點(diǎn)的確定 翻越點(diǎn)的確定可用圖解法和解析法 略 圖解法 管路縱斷面圖右上角作水力坡降線的直角三角形 將水力坡降線向下平移 如果水力坡降線與終點(diǎn)相交之前首先與某交點(diǎn)F相切 則F點(diǎn)即為翻越點(diǎn) 42 2020 3 27 由圖可知 水力坡降線不一定先與管路上的最高點(diǎn)相切 所以翻越點(diǎn)不一定是管路上的最高點(diǎn) 而是靠近線路終點(diǎn)的某個高點(diǎn) 43 2020 3 27 3 翻越點(diǎn)后的流動狀態(tài) 管道上存在翻越點(diǎn)時 翻越點(diǎn)后的管內(nèi)液流將有剩余能量 如果不采用措施利用和消耗這部分能量 翻越點(diǎn)后管內(nèi)將出現(xiàn)不滿流 管段中壓力為輸送溫度下油品的蒸氣壓 不滿流的存在將使管路出現(xiàn)兩相流動 而且當(dāng)流速突然變化時會增大水擊壓力 對于順序輸送的管道還會增大混油 措施 1 在翻越點(diǎn)后采用小管徑 使流速增大 可能會產(chǎn)生靜電危害 且對清管不利 2 在中途或終點(diǎn)設(shè)減壓站節(jié)流 44 2020 3 27 4 計算長度 管路起點(diǎn)與翻越點(diǎn)之間的距離稱為管路的計算長度 管路上存在翻越點(diǎn)時 管線所需的總壓頭不能按線路起 終點(diǎn)計算 而應(yīng)按起點(diǎn)與翻越點(diǎn)計算 不存在翻越點(diǎn)時 管線計算長度等于管線全長 存在翻越點(diǎn)時 計算長度為起點(diǎn)到翻越點(diǎn)的距離 計算高差為翻越點(diǎn)高程與起點(diǎn)高程之差 45 2020 3 27 四 泵站數(shù)的確定 原則是 該壓頭要充分利用管路的強(qiáng)度 并使泵在高效區(qū)工作 將計算輸量為Q的油品從起點(diǎn)輸送到終點(diǎn) 所需壓頭為 式中 L為計算長度 Z為計算高程差 首先選擇泵的型號和串并聯(lián)泵機(jī)組數(shù) 確定泵站特性 46 2020 3 27 設(shè)全線站特性相同 計算輸量下的揚(yáng)程為Hc 則全線所需泵站數(shù)為 其中hc為站內(nèi)損失 一般來說按照上式計算的n不是整數(shù) 還應(yīng)把計算得到的n值化整 1 n化為較大整數(shù) 2 n化為較小整數(shù) 1 n化為較大整數(shù) 對應(yīng)于計算值n的工作點(diǎn)流量為Q0 即計算輸量 當(dāng)n化為較大整數(shù)時 工作點(diǎn)流量為Qb 顯然Qb Q0 這時管道的輸送能力大于計算輸量 泵站投資增加 如果想按計算輸量 即規(guī)定輸送能力 工作 可以采取更換小直徑葉輪 開小泵 串聯(lián)泵 拆級 并聯(lián)泵 或大小輸量交替運(yùn)行等措施 一般來說 計算的n值接近于較大整數(shù)或希望管道具有一定輸送能力裕量時 將n化為較大整數(shù) 2020 3 27 47 2 n化為較小整數(shù) 當(dāng)計算的n值接近于較小整數(shù)且輸送能力降低不大時 將n值化為較小整數(shù) 此時 流量減小 泵機(jī)組的原動機(jī)功率也相應(yīng)減小 不會造成過載 但要注意使泵機(jī)組在高效區(qū)內(nèi)工作 如果必須滿足規(guī)定的輸送能力 可以采用兩種措施 1 在管道上設(shè)置副管 等徑 或變徑管 2 提高每座泵站的揚(yáng)程 2020 3 27 48 49 2020 3 27 五 泵站的布置 確定泵站位置的步驟是 先在室內(nèi) 用作圖法 在線路縱斷面圖上 初步確定站址或可能的布置區(qū) 進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查 與當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)方面協(xié)商后 最后決定站址 進(jìn)行水力核算 站址適當(dāng)調(diào)整 布站作圖法 根據(jù)化整后的泵站數(shù)和管路實(shí)際情況 重新計算管道系統(tǒng)的工作點(diǎn) 水力坡降和每個泵站在工作點(diǎn)輸量下的揚(yáng)程 50 2020 3 27 泵站站址的確定方法 無副管或變徑管時的布站作圖法 1 按縱橫坐標(biāo)比例畫縱斷面圖 2 由泵站的出站揚(yáng)程確定a 點(diǎn) 3 由a 點(diǎn)做水力坡降線交于地形圖上b點(diǎn) 4 考慮泵的吸入和泵站出口超壓 確定泵站的可能布置區(qū) 5 確定第二泵站的b 點(diǎn) 做水力坡降線 確定下一泵站的可能布置區(qū) 無副管或變徑管時的布站作圖法 a Hd1 Hc hc b1 b b b1 b a 由首站位置a點(diǎn)向上作垂線aa 使aa 按縱斷面圖縱向比例所取長度等于首站的出站壓頭 aa Hd1 Hs1 Hc hc 自a 點(diǎn)向右作水力坡降線 與縱斷面線交于b點(diǎn) 如果輸油管道為旁接油罐流程 b點(diǎn)即為第二泵站的位置 在該點(diǎn)處 動水壓力為零 用同樣的方法可求出第三泵站位置 如果管道為密閉輸送 由于密閉輸送所使用的輸油主泵要求有一定的進(jìn)泵壓頭 因此第二站的位置不能定在b點(diǎn) 而應(yīng)向左移動 以保留必要的剩余壓頭 一般來說 輸油泵有一個進(jìn)口壓力范圍限制Hsmin Hs Hsmax 也就是有一個布站范圍 稱為泵站的可能布置區(qū) 如圖中陰影部分所示 b b 即為泵站的可能布置區(qū) 一般取Hs 30 80m液柱 泵站可布置在b1點(diǎn) 從b1點(diǎn)向上作垂線b1b1 取b1 b1 Hc hc由b1 向右作水力坡降線 同樣的方法可確定第三站及以后各站的位置 由圖可知 不論第二站布置于何處 均不影響第三站的位置 b1 51 2020 3 27 52 2020 3 27 目前我國所產(chǎn)原油大多為 含蠟原油和稠油 第三節(jié)熱油輸送管道的工藝計算 含蠟原油的特點(diǎn)是含蠟量高 凝固點(diǎn)高 低溫下粘度高 高溫下粘度低 稠油的特點(diǎn)是凝固點(diǎn)很低 通常低于0 但粘度很大 凝固點(diǎn) 指在規(guī)定條件下 熱力和剪切條件 所測得的油樣不流動的最高溫度 傾點(diǎn) 指在規(guī)定條件下測得的油樣剛開始流動的最低溫度 實(shí)際上 凝點(diǎn)是通過降溫測量 而傾點(diǎn)是通過升溫測量 對于同一種原油 傾點(diǎn)一般比凝固點(diǎn)低2 3 53 2020 3 27 一 加熱輸送的特點(diǎn) 熱油管道是指那些在輸送過程中沿線油溫高于地溫的輸油管道 熱油管道沿線的油溫不僅高于地溫而且還高于原油的凝點(diǎn) 與等溫管道相比 熱油管道的特點(diǎn)是 沿程的能量損失包括散熱損失和摩阻損失兩部分 散熱損失和摩阻損失互相聯(lián)系 且散熱損失起主導(dǎo)作用 沿程油溫不同 油流粘度不同 沿程水力坡降不是常數(shù) I const 一個加熱站間 距加熱站越遠(yuǎn) 油溫越低 粘度越大 水力坡降越大 一 熱油管道的溫降計算 54 2020 3 27 或 上式即為軸向溫降基本公式 也就是著名的蘇霍夫公式 根據(jù)進(jìn)入加熱站間距LR 可求得下一站的進(jìn)站油溫為 設(shè)有一條熱油管道 管外徑為D 周圍介質(zhì)溫度為T0 總傳熱系數(shù)為K 輸量為G 油品的比熱為C 出站油溫為TR 加熱站間距為LR 則L處的油溫TL為 二 熱油管道沿程溫降計算 1 軸向溫降基本公式 未考慮摩擦熱 55 2020 3 27 由圖可知 溫降曲線為一指數(shù)曲線 漸近線為T T0 在兩個加熱站之間的管路上 各處的溫度梯度不同 加熱站出口處 油溫高 油流與周圍介質(zhì)的溫差大 溫降快 曲線陡 隨油流的前進(jìn) 溫降變慢 曲線變平 因此 隨出站溫度的提高 下一站的進(jìn)站油溫TZ變化較小 一般如果TR提高10 終點(diǎn)油溫TZ只升高2 3 因此為了減少熱損失 出站油溫不宜過高 56 2020 3 27 2 溫度參數(shù)的確定 加熱站出站油溫的選擇 加熱溫度一般不超過100 如原油加熱后進(jìn)泵 則其加熱溫度不應(yīng)高于初餾點(diǎn) 以免影響泵的吸入 重油管道的加熱溫度常較高 管外常敷設(shè)保溫層 確定出站溫度時 還必須考慮由于運(yùn)行和安裝溫度的溫差而使管路遭受的溫度應(yīng)力是否在強(qiáng)度允許的范圍內(nèi) 以及防腐保溫層的耐熱能力是否適應(yīng)等 含蠟原油加熱溫度不宜過高 高溫時提高溫度對摩阻的影響很小 而熱損失卻顯著增大 故加熱溫度不宜過高 57 2020 3 27 加熱站進(jìn)站油溫的選擇 加熱站進(jìn)站油溫首先考慮油品的性質(zhì) 主要是凝固點(diǎn) 必須滿足管道的停輸溫降和再啟動的要求 但主要取決于經(jīng)濟(jì)比較 故其經(jīng)濟(jì)進(jìn)站溫度常略高于凝點(diǎn) 周圍介質(zhì)溫度T0的確定 對于架空管道 T0就是周圍大氣的溫度 對于埋地管道 T0則取管道埋深處的土壤自然溫度 設(shè)計熱輸管道時 T0一般取管道埋深處的最低月平均地溫 運(yùn)行時按當(dāng)時的實(shí)際地溫進(jìn)行校核 58 2020 3 27 3 軸向溫降公式的應(yīng)用 設(shè)計時確定加熱站間距 加熱站數(shù) 設(shè)計時L D G K C T0已定 按上述原則選定TR和TZ 則加熱站間距為 設(shè)計的加熱站間距為 因此還要反算TR 59 2020 3 27 運(yùn)行中計算沿程溫降 特別是計算為保持要求的終點(diǎn)溫度TZ所必須的加熱站出口溫度TR 校核站間允許的最小輸量Gmin 當(dāng)及站間其它熱力參數(shù)即T D K LR一定時 對應(yīng)于TRmax Tzmin的輸量即為該熱力條件下允許的最小輸量 60 2020 3 27 運(yùn)行中反算總傳熱系數(shù)K值 由于溫降公式是按照穩(wěn)定工況導(dǎo)出的 因此反算K值時 應(yīng)取水力和熱力參數(shù)比較穩(wěn)定情況下的數(shù)據(jù) 如果輸量波動較大 油溫不穩(wěn)定或有自然現(xiàn)象影響 如冷空氣前后 大雨前后等 管線的傳熱相當(dāng)不穩(wěn)定 按穩(wěn)定傳熱公式反算出來的K值誤差較大 通過K值的變化 了解沿線散熱及結(jié)蠟情況 幫助指導(dǎo)生產(chǎn) 若K 如果此時Q H 則說明管壁結(jié)蠟可能較嚴(yán)重 應(yīng)采取清蠟措施 若K 則可能是地下水位上升 或管道覆土被破壞 保溫層進(jìn)水等 61 2020 3 27 一 熱油管道摩阻計算的特點(diǎn) 熱油管道的摩阻計算與等溫管路不同的特點(diǎn)在于 1 沿程水力坡降不是常數(shù) T i 水力坡降線是一條斜率不斷增大的曲線 2 應(yīng)按一個加熱站間距計算摩阻 在加熱站進(jìn)出口處油溫發(fā)生突變 粘度也發(fā)生突變 從而水力坡降也發(fā)生突變 只有在兩個加熱站之間的管路上 水力坡降i的變化才是連續(xù)的 二 熱油管道的摩阻計算 62 2020 3 27 二 確定泵站數(shù) 布站 熱油管路泵站數(shù)的確定不同于等溫管的特點(diǎn) 泵站數(shù)不僅取決于管徑和泵站的工作壓力 還取決于熱力條件 即必須在熱力條件已定的基礎(chǔ)上計算全線摩阻損失以確定泵站數(shù) 熱油管道的泵站布置不同于等溫管道 其特點(diǎn)是 1 加熱站間管道的水力坡降是一條斜率不斷增大的曲線 2 在加熱站處 由于進(jìn) 出站油溫突變 水力坡降線的斜率也會突變 而在加熱站之間 水力坡降線斜率逐漸變化 如下圖所示 63 2020 3 27 投產(chǎn)程序一般包括 各站單體及整體冷熱水試運(yùn) 沖洗清掃站間管路 預(yù)熱管路 一般采用熱水預(yù)熱 通油投產(chǎn) 管線預(yù)熱達(dá)到要求并全面檢查合格后便可投油 熱油管路的啟動方法 1 冷管直接啟動 3 加稀釋劑或降粘劑啟動 2 預(yù)熱啟動 五 熱油管道的啟動投產(chǎn) 64 2020 3 27 1 事故停輸 停輸分類 2 計劃停輸 停輸后 溫度降低 粘度增大 管道的再啟動壓力增大 管道的允許停輸時間與許多因素有關(guān) 可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定 六 熱油管道的停輸溫降及再啟動 65 2020 3 27 順序輸送 也稱為交替輸送 在同一條管道內(nèi) 按一定批量和次序 連續(xù)地輸送不同種類油品的輸送方法 順序輸送的應(yīng)用范圍 1 輸送性質(zhì)相近的成品油 如汽 煤 柴及各種重油 農(nóng)用柴油和燃料油等 2 輸送性質(zhì)不同的原油 第四節(jié)順序輸送 66 2020 3 27 1 產(chǎn)生混油 在兩種油品的交界面處會產(chǎn)生混油 形成兩種油品的混油段 為了減少混油 輸油順序的安排一般要考慮 使性質(zhì)相近的兩種油品相鄰 如 汽 煤 柴 煤 汽 煤 柴 油品互相不產(chǎn)生有害影響 一 順序輸送工藝的特點(diǎn) 67 2020 3 27 2 混油段需要切割處理 混油分為混油頭 混油尾和混油段 一般把混油頭切入前行油品罐中 混油尾切入后行油品罐中 把中間的混油段切入專門的混油罐中 有時可以把混油分兩段切割 分別切入兩種純油罐中 與兩種純凈油品調(diào)和后出售 68 2020 3 27 3 管線各站需要的罐容大 數(shù)量多成品油管道分支多 出口多 調(diào)節(jié)供油 輸油 用油之間的不平衡 首末站 分輸站 注入站等收發(fā)作業(yè) 末站需考慮油品調(diào)和 混油的儲存與處理等 4 需要較高的自控水平和可靠的檢測儀表 油品物性不同 分輸或注入后 流量變化 注油和卸油受市場變化 運(yùn)行難度大 需要較高自控水平和檢測儀表 確保安全平穩(wěn) 69 2020 3 27 5 批量和循環(huán)次數(shù)需要優(yōu)化 批量 順序輸送管道 一次輸送某種油品的量 循環(huán)周期 由不同的幾種批量油品組成的一個循環(huán) 完成一個循環(huán)所需要的時間 循環(huán)次數(shù) 一年內(nèi)完成的循環(huán)周期數(shù) 最優(yōu)的循環(huán)次數(shù) 對于一條順序輸送的管道 對應(yīng)綜合費(fèi)用最低的循環(huán)次數(shù) 70 2020 3 27 混油類型 二 順序輸送中的混油及檢測方法 初始混油 在輸油首站或中間輸入點(diǎn) 兩種油品交替時的流程切換將產(chǎn)生一定量的混油 過站混油 混油通過中間泵站或分輸站時 由于站內(nèi)管道的存油 站內(nèi)管閥件的擾動以及泵的剪切等影響 混油增加 71 2020 3 27 二 順序輸送中的混油及檢測方法 72 2020 3 27 混油濃度檢測方法 物性指標(biāo)檢測 外加標(biāo)記物檢測 1 按密度變化確定混油濃度 73 2020 3 27 2 以超聲波測量混油濃度 聲波在不同油品中的傳播速度各不相同 超聲波檢測儀就是利用這一原理 連續(xù)測量并記錄超聲波通過輸油管時的速度 來區(qū)分管內(nèi)油流的品種和混油濃度 74 2020 3 27 3 光學(xué)法檢測混油濃度 根據(jù)混合油品的透明度或折光率隨濃度組成不同而變化的特性 可利用折光儀測定濃度 也可以在后一種油品開始進(jìn)入管路時加一部分顏色 用比色法測定濃度 此種方法精確度較差 75 2020 3 27 4 利用示蹤原子檢測混油濃度 在管路起點(diǎn)把含有放射性同位素的溶液加在兩種油品的分界面處 放射性同位素隨著油品的混合而擴(kuò)散 在各檢測點(diǎn)利用專門的儀表測量放射性同位素的放射強(qiáng)度 即可得知混油濃度的分布情況 76 2020 3 27 1 影響混油的因素主要因素是流態(tài)的影響 另外還有 初始混油的影響粘度和密度的差異停輸流速變化副管 二 減少混油的措施 77 2020 3 27 2 減少混油的一般技術(shù)措施 切換油罐和管路 閥門應(yīng)采用快速控制的電動或液動閥門 確定輸送次序時 應(yīng)把性質(zhì)相近的 相互允許混入的濃度較大的兩種油品互相接觸 兩種油品交替時 不允許停輸 兩種油品交替時 應(yīng)使流態(tài)保持紊流 使雷諾數(shù)不小于104 流速大時 相對混油體積要小 順序輸送管道盡量不用副管和變徑管 順序輸送管道應(yīng)以 泵到泵 的密閉輸送方式運(yùn)轉(zhuǎn) 工藝流程盡可能簡單 將 混油頭 和 混油尾 收入大容量的純油罐中 以減少混油量 78 2020 3 27 采用隔油措施減少混油 機(jī)械隔離器和液體隔離塞在兩種油品間放入隔離球 塞 以避免油品的接觸 把混油量減少到最低限度 是減少混油損失的重要措施 在兩種油品之間放入緩沖液體 稱為緩沖液 可以作為隔離液的是某一種油品或已形成的混油 它與兩端接觸的油品所形成的混油易于處理 或易于切割 2 混油處理裝置 成品油順序輸送管道末站必須建混油罐 以用于儲存混油 混油處理的方法包括 重新加工 降級使用 按照一定比例回?fù)降郊儍粲推分?若末站距離煉廠較遠(yuǎn) 末站可設(shè)置一套混油處理裝置 一般是采用簡單的常壓蒸餾工藝 混油處理裝置年設(shè)計處理量的確定取決于需處理的混油量及裝置建設(shè)和運(yùn)行的綜合費(fèi)用 2020 3 27 79 80 2020 3 27 一 輸油站的基本組成 輸油站 泵站 加熱站 任務(wù) 給油流提供能量 壓能及熱能 或進(jìn)行收油和轉(zhuǎn)油操作 輸油站包括 首站中間站末站分區(qū) 輸油站包括生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)兩部分 生產(chǎn)區(qū)又分為主要作業(yè)區(qū)和輔助作業(yè)區(qū) 第五節(jié)輸油站 81 2020 3 27 主要作業(yè)區(qū) 輸油泵房 全站核心加熱系統(tǒng) 直接加熱或間接加熱閥組間清管器收發(fā)裝置油罐區(qū)計量間站控室油品處理設(shè)施 熱處理 加添加劑 混油處理 82 2020 3 27 輔助作業(yè)區(qū) 供電系統(tǒng)供 排水系統(tǒng)供熱系統(tǒng)通信系統(tǒng)消防設(shè)施及消防管網(wǎng)機(jī)修間 化驗(yàn)室 車庫 材料庫辦公室 83 2020 3 27 長距離輸油管道可選用的輸油泵類型有離心泵或螺桿泵 離心泵具有排量大 揚(yáng)程高 效率高 流量調(diào)節(jié)方便 能串聯(lián)工作 運(yùn)行平穩(wěn) 構(gòu)造簡單 維修方便等優(yōu)點(diǎn) 得到廣泛應(yīng)用 螺桿泵不能串聯(lián)工作 構(gòu)造復(fù)雜 維修不便 不適合密閉輸送 效率受油品粘度影響較小 適合輸送流量小的需要高壓頭的高粘油品輸送 1 輸油泵 二 輸油泵與原動機(jī) 離心泵按照用途可以分為 給油泵和輸油泵 離心泵的操作方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種 主要根據(jù)工藝計算的結(jié)果來選擇 串聯(lián)用泵具有排量大 揚(yáng)程低 效率高的特點(diǎn) 當(dāng)站間高差不大時 泵的揚(yáng)程主要用于沿程摩阻損失 選用串聯(lián)較多 站間高差很大 泵的壓頭主要用于克服高差 而高差靜壓頭不隨流量變化 選用并聯(lián)泵更好 無論是串聯(lián)用泵還是并聯(lián)用泵 型號不一定采用相同型號的 增加調(diào)節(jié)的靈活性 2020 3 27 84 85 2020 3 27 2 原動機(jī) 電動機(jī) 柴油機(jī) 燃?xì)廨啓C(jī) 輸油泵的原動機(jī)應(yīng)根據(jù)泵的性能參數(shù) 原動機(jī)的特點(diǎn) 能源供應(yīng)情況 管道自控及調(diào)節(jié)方式等因素決定 分為 86 2020 3 27 直接加熱 在加熱爐中直接加熱油流 間接加熱 使熱媒通過加熱爐提高溫度后 進(jìn)入換熱器中加熱原油 熱媒 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 高溫時蒸汽壓低 不存在結(jié)焦可能 對金屬沒有腐蝕性 粘度小 低溫時也可以泵送 按油流是否通過加熱爐爐管 分為直接加熱與間接加熱兩種方式 三 加熱系統(tǒng) 87 2020 3 27 2 加熱流程 加熱的方式有 加熱爐直接加熱原油 以某種中間熱載體為熱媒 先在加熱爐中加熱熱媒 然后熱媒在換熱器中加熱原油 用蒸氣在換熱器中加熱原油 利用動力裝置的余熱 如燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣 加熱原油 根據(jù)輸油主泵與加熱爐的相對位置流程分為先爐后泵和先泵后爐 88 2020 3 27 原油按流動性質(zhì)分 輕質(zhì)低凝低粘原油易凝原油高粘重質(zhì)原油 易凝原油是含蠟較高的原油 含蠟原油 高粘重質(zhì)原油是密度較大 膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量較高的原油 稠油流動性差加熱輸送是最常見的輸送工藝 第六節(jié)易凝高粘原油輸送工藝 89 2020 3 27 一 含蠟原油添加降凝劑輸送原理通過共晶和吸附作用 改變蠟晶形態(tài) 使其不易聯(lián)結(jié)形成結(jié)構(gòu) 或削弱已經(jīng)形成結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度 從而改善原油流動性 降凝降粘 2 應(yīng)用 60年代開始用于原油管道輸送 我國70年代開始研究 降凝劑的開發(fā) 加劑改性輸送工藝處于國際領(lǐng)先地位 魯寧輸油管道 我國距離最長 口徑最大 輸量最大 泵站最多 運(yùn)行模式最復(fù)雜 90 2020 3 27 3 影響降凝劑改性效果的主要因素 原油的組成及降凝劑與原油的配伍性 含蠟量 蠟分子的碳數(shù)分布 膠質(zhì)的成分等 降凝劑添加量 改性處理溫度 剪切作用 不利因素 91 2020 3 27 二 含蠟原油熱處理輸送1 原理將原油加熱至某一溫度 蠟晶溶解 在一定降溫速率和剪切條件下降溫 以改善蠟晶的形態(tài)和結(jié)構(gòu) 從而改變原油的流動性 與加劑類似 2 我國的熱處理輸送首站加熱到最優(yōu)熱處理溫度 經(jīng)過冷 熱油換熱后 熱油在一定溫度下進(jìn)入管道 在輸送過程中自熱降溫 簡易熱處理 需要溫度高 改性效果不如加劑輸送 很少單獨(dú)使用 92 2020 3 27 三 稠油降粘減阻輸送工藝 1 摻輕質(zhì)油稀釋輸送 稀釋劑 輕質(zhì)原油 餾分油 天然氣凝析液 我國稠油油田采用附近的含蠟原油稀釋 一般同時采用加熱輸送 2 乳化降粘輸送 使原油以很小的液滴分散于表面活性劑溶液中 形成油為分散相 水為連續(xù)相的水包油乳狀液 達(dá)到降低輸送摩阻 增加乳化劑制備 水處理費(fèi)用 93 2020 3 27 3 低粘液環(huán)輸送在管壁附近形成穩(wěn)定的液環(huán) 把重質(zhì)原油與管壁分開起到減租的作用 4 稠油降粘劑輸送5 稠油改質(zhì)輸送通過脫蠟 脫瀝青 熱裂解 等方法改變原油的化學(xué)成分及結(jié)構(gòu) 從而改善流動性 6 氣飽和輸送油田在較高壓力下進(jìn)行油氣分離 使一部分氣體溶解于原油中 從而降低原油粘度 減小管輸摩阻 94 2020 3 27 四 含蠟原油其他降凝降粘處理方法輕油稀釋 降粘效果好 降凝效果一般剪切處理 不適合長距離管道輸送磁處理 防蠟防垢效果突出 降凝一般 尚未推廣應(yīng)用以上為改性處理方式 以下兩種為原油改質(zhì) 改變原油的組成和分子結(jié)構(gòu)脫蠟裂解