冷熱原油順序輸送技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國內(nèi)石油需求持續(xù)快速增長，與之相矛盾的是我國屬于人均能源不足、煤多油氣少、優(yōu)質(zhì)能源短缺的發(fā)展中國家，自1993年起已經(jīng)從石油出口國變?yōu)槭蛢暨M(jìn)口國，原油資源供應(yīng)的對外依存度不斷上升。大多數(shù)進(jìn)口原油同國產(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性，可以進(jìn)行常溫輸送，其輸送管道的運行溫度接近于管道沿線地溫；而國產(chǎn)原油大多為高粘易凝原油，通常需要采用加熱輸送工藝，加熱輸送管道的運行溫度相對比較高。因

2、此國產(chǎn)原油與進(jìn)口原油的順序輸送是一個冷熱原油交替輸送的過程，會帶來一系列的問題，如交變溫度場、混油、管道疲勞壽命等問題，為實現(xiàn)冷熱原油順序輸送管道的安全經(jīng)濟(jì)運行，有必要對這些相關(guān)問題進(jìn)行專門研究。本文就冷熱原油順序輸送管道溫度場、加熱方案優(yōu)選、應(yīng)力分析以及混油分析和計算做了較為細(xì)致的研究，為實現(xiàn)冷熱原油順序輸送管道的安全經(jīng)濟(jì)運行提供了依據(jù)和幫助。
　　 建立了冷熱原油順序輸送管道溫度場計算的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合有限單元法和差分方法對

3、數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了求解。通過對溫度場計算結(jié)果的分析得出了冷熱原油順序輸送管道溫度場的變化規(guī)律：隨著管道輸送原油種類的周期性變化，管內(nèi)油溫和管道周圍土壤的溫度場也呈現(xiàn)出周期性的變化規(guī)律；管道的進(jìn)站溫度隨著運行時間的推進(jìn)呈現(xiàn)出周期性的變化趨勢；熱油油頭的溫度隨著運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，隨著熱油輸送時間的延長，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)有利于管道安全運行；試圖通過增大管道年輸量來增強(qiáng)原油流動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)原油流動安全性非常有效的一項措施，而試圖通過適度提高熱油的出站溫度來增強(qiáng)原油流動安全性則不會收到較為明顯的效果。在對冷熱原油順

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用和動力費用的總運行費用最小為目標(biāo)的加熱方案優(yōu)化模型，并進(jìn)行了實例求解和分析。結(jié)果表明，對冷油(低凝油)油尾按適當(dāng)比例加熱能夠大幅度降低燃料費用。當(dāng)冷油加熱比例小于10％時，隨著加熱比例的增加，燃料費用即管道熱力費用下降，下降幅度越來越小；而當(dāng)冷油加熱比例大于10％時，隨著加熱比例的增加，管道熱力費用呈上升趨勢。冷油加熱比例10％時管道熱力費用最小。而管道總的運行費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，管線總的費用最省。所以在選擇加熱方案時，在滿足輸油安全性的前提下，一方面要考慮加熱方案對熱力費用的影響，另一方面要考慮加熱方案對動力費用的影響，以能降低總的能耗實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運行。
　　 對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，重點計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。利用有限元法對彎頭應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬計算，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算方法，并且對混油量的各種公式進(jìn)行了比較。計算實例和比較分析表明，新的混油濃度計算方法簡單、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