冷熱原油順序輸送技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)石油需求持續(xù)快速增長(zhǎng)，與之相矛盾的是我國(guó)屬于人均能源不足、煤多油氣少、優(yōu)質(zhì)能源短缺的發(fā)展中國(guó)家，自1993年起已經(jīng)從石油出口國(guó)變?yōu)槭蛢暨M(jìn)口國(guó)，原油資源供應(yīng)的對(duì)外依存度不斷上升。大多數(shù)進(jìn)口原油同國(guó)產(chǎn)原油之間存在著很大的性質(zhì)差異，進(jìn)口原油一般具有較好的流動(dòng)性，可以進(jìn)行常溫輸送，其輸送管道的運(yùn)行溫度接近于管道沿線(xiàn)地溫；而國(guó)產(chǎn)原油大多為高粘易凝原油，通常需要采用加熱輸送工藝，加熱輸送管道的運(yùn)行溫度相對(duì)比較高。因

2、此國(guó)產(chǎn)原油與進(jìn)口原油的順序輸送是一個(gè)冷熱原油交替輸送的過(guò)程，會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，如交變溫度場(chǎng)、混油、管道疲勞壽命等問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)冷熱原油順序輸送管道的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有必要對(duì)這些相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究。本文就冷熱原油順序輸送管道溫度場(chǎng)、加熱方案優(yōu)選、應(yīng)力分析以及混油分析和計(jì)算做了較為細(xì)致的研究，為實(shí)現(xiàn)冷熱原油順序輸送管道的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了依據(jù)和幫助。
　　 建立了冷熱原油順序輸送管道溫度場(chǎng)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合有限單元法和差分方法對(duì)

3、數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了求解。通過(guò)對(duì)溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的分析得出了冷熱原油順序輸送管道溫度場(chǎng)的變化規(guī)律：隨著管道輸送原油種類(lèi)的周期性變化，管內(nèi)油溫和管道周?chē)寥赖臏囟葓?chǎng)也呈現(xiàn)出周期性的變化規(guī)律；管道的進(jìn)站溫度隨著運(yùn)行時(shí)間的推進(jìn)呈現(xiàn)出周期性的變化趨勢(shì)；熱油油頭的溫度隨著運(yùn)行距離的不斷增加而逐漸降低，其進(jìn)站溫度是熱油進(jìn)站溫度的最低值，隨著熱油輸送時(shí)間的延長(zhǎng)，熱油油頭后面的溫度逐漸升高，進(jìn)站溫度也相應(yīng)提高。熱油油尾的溫度隨著熱油油尾在管內(nèi)前行距離的不斷增加

4、逐漸降低，但同熱油油頭相比，溫度降低幅度大大減小。
　　 詳細(xì)分析和總結(jié)了影響冷熱原油順序輸送管道熱力特性的各種因素。其中，增加循環(huán)次數(shù)有利于管道安全運(yùn)行；試圖通過(guò)增大管道年輸量來(lái)增強(qiáng)原油流動(dòng)的安全性未必能夠達(dá)到預(yù)期效果，在小輸量范圍內(nèi)收效比較顯著，在大輸量范圍內(nèi)收效微乎其微；適度提高冷油的出站溫度是增強(qiáng)原油流動(dòng)安全性非常有效的一項(xiàng)措施，而試圖通過(guò)適度提高熱油的出站溫度來(lái)增強(qiáng)原油流動(dòng)安全性則不會(huì)收到較為明顯的效果。在對(duì)冷熱原油順

5、序輸送管道加熱方案優(yōu)化分析的基礎(chǔ)上，建立了以包括熱力費(fèi)用和動(dòng)力費(fèi)用的總運(yùn)行費(fèi)用最小為目標(biāo)的加熱方案優(yōu)化模型，并進(jìn)行了實(shí)例求解和分析。結(jié)果表明，對(duì)冷油(低凝油)油尾按適當(dāng)比例加熱能夠大幅度降低燃料費(fèi)用。當(dāng)冷油加熱比例小于10％時(shí)，隨著加熱比例的增加，燃料費(fèi)用即管道熱力費(fèi)用下降，下降幅度越來(lái)越?。欢?dāng)冷油加熱比例大于10％時(shí)，隨著加熱比例的增加，管道熱力費(fèi)用呈上升趨勢(shì)。冷油加熱比例10％時(shí)管道熱力費(fèi)用最小。而管道總的運(yùn)行費(fèi)用隨著冷油的加熱比

6、例先下降后上升，在算例中冷油加熱比例為1％時(shí)，管線(xiàn)總的費(fèi)用最省。所以在選擇加熱方案時(shí)，在滿(mǎn)足輸油安全性的前提下，一方面要考慮加熱方案對(duì)熱力費(fèi)用的影響，另一方面要考慮加熱方案對(duì)動(dòng)力費(fèi)用的影響，以能降低總的能耗實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
　　 對(duì)埋地冷熱原油順序輸送管道的所受應(yīng)力情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，重點(diǎn)計(jì)算和分析了埋地彎頭所受應(yīng)力及其影響因素，提出了減小埋地彎頭熱應(yīng)力的相應(yīng)措施。利用有限元法對(duì)彎頭應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，結(jié)果表明，輸油溫度越高彎

7、頭所受熱應(yīng)力越大，而且應(yīng)力集中在彎管的內(nèi)半徑處。分析了冷熱原油交替輸送對(duì)管道疲勞壽命的影響。
　　 詳細(xì)闡述了順序輸送管道的混油機(jī)理，基于一維擴(kuò)散理論和二維擴(kuò)散理論進(jìn)行了混油濃度分析，提出了混油濃度和混油量新的計(jì)算方法，并且對(duì)混油量的各種公式進(jìn)行了比較。計(jì)算實(shí)例和比較分析表明，新的混油濃度計(jì)算方法簡(jiǎn)單、精度高。在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上基于CFD軟件建立了冷熱原油順序管道混油的數(shù)學(xué)模型，對(duì)水平管道、彎管及變徑管等工況下的混油特性進(jìn)行了數(shù)值