（油气储运工程专业论文）东辛线稠油输送及优化运行.pdf

t h et h i c ko i lt r a n s p o r t a t i o na n do p t i m u mo p e r a t i o n o fd o n g x i no i lp i p e l i n e p a ny i n h u i ( o i l g a ss t o r a g ea n dt r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f e s s o ra nj i a r o n g a b s t r a c t t h r o u g ht h ea n a l y s i so fi n f l u e n c ef a c t o rs u c ha so i lq u a l i t yn a t u r e ， p i p e l i n ed e l i v e r yc a p a c i t ya n dp r o d u c t i o nm o v e m e n tw a ya n ds oo na f t e r s h e n g l io r i g i n a l o i l s e p a r a t es t o r e a n dt r a n s p o r ti n t h i sa r t i c l e ，t h e d i s c u s s i o ng e n e r a l l yc o n t a i n st h ew a xc r u d eo i lp i p e l i n et oc h a n g el o s e st h e q u e s t i o nw h i c hi nt h et h i c ko i ip r o c e s sm e e t s t h eo u t l i n ea p p l i e st ot h e t e c h n o l o g yo ft h et h i c ko i lt r a n s p o r t a t i o nf a l l i n gm u c o s i t y p r o p o s e dt h e c r a f to ff a l l i n gm u c o s i t yw h i c ha d a p t st ot h ep r e s e n ts i t u a t i o no fd o n g x i n l i n et h r o l ：i g ht h ea n a l y s i sc o m p a r i s o n ；a n dt h ea n a l o gc o m p u t a t i o nt ot h e c e n t r i f u g a lp u m pw h e nu s e si nt h eg r e a tv i s c o s i t ym e d i u mt r a n s p o r t a t i o n ， e x p e c t e di t sp e r f o r m a n c ec a np r o m o t ei nt h et r a n s p o r t a t i o no ft h i c ko i l ； a l o n g t h er o u t eo fd o n g x i nl i n ee a c hs t a t i o ns t o r e h o u s ee x i s t i n ge q u i p m e n t i st h ep r e m i s e ，t h ea n a l y s i sc o m p u t a t i o nt h em o s tt r a n s p o r t a t i o no fd o n g x i n l i n ew h i c hi tc a ns u f f i c e ；e s t a b l i s h e ds c i e n c ea n dr e a s o n a b l et r a n s p o r t a t i o n p l a nt h r o u g hr e s e a r c h ，e n a b l e st h ep r o d u c t i o nc u r r e n tc a p a c i t yt oa c h i e v e t h ep l a nr e q u e s to ft h eo i lf i e l d f i n a l l yt h eg o a lc a nb er e a l i z e dt h a tt h el i n e p r o d u c t i v i t yo fd o n g x i nl i n ec a nr e a c ht o4m i l l i o nt o n s y e a r ；i n t h i s f o u n d a t i o na n da c c o r d i n gt oa c t u a ls i t u a t i o n ，d e t e r m i n e dt h eo p t i m i z a t i o nt o t r a n s p o r to f t h ed o n g x i nl i n eu n d e rt h en o r m a lt r a n s p o r t a t i o n k e yw o r d ：s e p a r a t es t o r ea n dt r a n s p o r t t h ec r a f to ff a l l i n gm u c o s i t y t h em o s tt r a n s p o r t a t i o n o p t i m i z a t i o nt ot r a n s p o r t 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 签名：趔、盯年，f 月r 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校 可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： d j - 每 口r 年 月，r 日 月痧 同 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第1 章前言 第1 章前言 随着对石油开采程度的加深，稠油产量增加成为世界石油工业 不可逆转的趋势。密度大、粘度大是稠油资源突出的特点，这一特点 严重制约着油田对稠油的输送。我国稠油主要分为三类：稠油、特稠 油、超稠油。根据我国稠油分类标准【l 】，孤罗东高含硫原油( 胶质、 沥青质含量分别为2 1 9 6 ，1 4 2 ，2 0 时密度为9 4 1 8 k g m 3 ，5 0 时粘度为2 8 0 m p a s ) 属于稠油范畴。 稠油的组成特点是胶质+ 沥青质含量高，轻质烃类含量少，故其 流动性的显著特点是粘度高。一般稠油含蜡量不高( 孤罗东高含硫原 油含蜡量8 6 8 ) ，故其凝点较含蜡原油的低。稠油凝结的机理是温度 较低时粘度较高，导致其整体失去流动性。 本文探讨一般含蜡原油管道改输稠油过程中遇到的问题，概述应 用于稠油输送的降粘技术；对离心泵在用于大粘度介质输送时进行模 拟计算，期望在输送稠油时的性能得以提升；以东辛线沿线各站现有 设备为前提，分析、计算东辛线能满足的最大输量；在此基础上，确 定东辛线正常输量下的优化运行方式。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章东辛线面l 临的技术难题 第2 章东辛线面临的技术难题 2 1 东辛线概况 油气集输公司输油分公司是胜利油田有限公司所属一个专业化 的原油外输外销单位，成立于1 9 8 6 年，主要负责胜利油罔的原油储 运，包括接收胜利油田各采油厂来油、原油沉降放水、向管道局和齐 鲁石化输送原油等，担负着油田8 0 的原油输销生产任务，管理着东 辛胜利输油管线( 全长8 2 9 k m ) 和向管道储运公司的管线( 全长1 5 k m ) 供油任务。其中东辛胜利输油管道设计工作压力4 0 m p a ，小清 河以北采用0 5 2 9 8 的1 6 m n 螺纹钢管约3 6 k m ，小清河以南采用 0 5 2 9 7 的a 3 f 螺纹钢管约3 9 k m ，包括东营原油库到临淄原油库0 5 2 9 输油管线7 4 9k m 和临淄原油库至齐鲁炼厂0 4 2 6 输油管线8k m ，分 设东营原油库、花官输油站、广饶输油站、临淄原油库等四座输油站 库，最大设计输量8 8 0 x 1 0 4 t a ，最小设计输量2 6 0 1 0 4 t a 。 东营原油库现有2 1 0 3 油罐6 座，5 1 0 4 m 3 油罐8 座，接收胜 利油田九家采油厂来油。其中胜利、东辛、现河、孤东、河口等五家 采油厂来油进东营原油库油罐储存。孤岛、桩西、海洋、纯梁等四家 采油厂来油经流量计计量后直供管道储运公司，罐内存油一部分通过 供油泵外输管道储运公司，一部分原油通过外输泵进入东辛输油管 线，通过东辛0 5 2 9 输油管线输至临淄原油库，临淄原油库启运一台 输油泵外输原油至齐鲁石化，花官输油站只能实现对东辛胜利线进行 加温，没有对东辛线加压设施，广饶输油站可以完成对东辛线的加压 和加温，并均可压力越站输送，并在花官输油站和乐安联合站处分别 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章东辛线面临的技术难题 第2 章东辛线面临的技术难题 2 1 东辛线概况 油气集输公司输油分公司是胜利油田有限公司所属一个专业化 的原油外输外销单位，成立于1 9 8 6 年，主要负责胜利油罔的原油储 运，包括接收胜利油田各采油厂来油、原油沉降放水、向管道局和齐 鲁石化输送原油等担负着油田8 0 的原油输销生产任务，管理着东 辛胜利输油管线( 全长8 29k m ) 和向管道储运公司的管线( 全长15 k r a ) 供油任务。其中东辛胜利输油管道设计工作压力4 o m p a ，小清 河以北采用q b 5 2 9 8 的1 6 m n 螺纹钢管约3 6 k m ，小清河以南采用 m 5 2 9 x 7 的a 3 f 螺纹钢管约3 9 1 a n ，包括东营原油库到临淄原油库q ) 5 2 9 输油管线7 49k m 和临淄原油库至齐鲁炼厂q “1 2 6 输油管线8k m ，分 设东营原油库、花官输油站、广饶输油站、临淄原油库等四座输油站 库，最大设计输量8 8 0 1 0 4 v a ，最小设计输量2 6 0 l0 4 “a 。 东营原油库现有2 x 1 0 4 m 3 油罐6 座，5 1 0 4 m 3 油罐8 座，接收胜 利油田九家采油厂来油。其中胜利、东辛、现河、孤东、河口等五家 采油厂来油进东营原油库油罐储存。孤岛、桩西、海洋、纯粱等四家 采油，一来油经流量计计量后直供管道储运公司，罐内存油一部分通过 供油泵外输管道储运公司，一部分原油通过外输泵进人东辛输油管 线，通过东辛q 、5 2 9 输油管线输至临淄原油库，临淄原油库启运一台 输油泵外输原油至齐鲁石化，花言输油站只能实现对东辛胜利线进行 加温，没有对东辛线加压设施，广饶输油站可以完成对东辛线的加压 和加温，并均可压力越站输送，并在花官输油站和乐安联合站处分别 和加温，并均可压力越站输送，并在花官输油站和乐安联台站处分别 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 章东辛线面临的技术难题 插入清河采油厂来油和现河采油厂稠油。每年1 0 月份至次年5 月份 东营原油库、花官输油站或广饶输油站分别启运一台加热炉，其余时 间热力越站输油。 东辛胜利输油管线工艺流程图及各站库主要生产设备详见图1 和 表1 。 图1东辛胜利输油管线工艺流程图 中国4 i 油人学( 华东) 硕十论文第2 章尔辛线面临的技术难题 表1 输油设备统计表 序设备型号功率排量数扬程使用备 号名称( 1 州)( m 3 r n )量单侥注 1外输泵k d y 4 3 5 9 7 5 48 0 04 3 5l3 9 0 东营原油库 2 外输泵2 5 0 d6 0 8 ( 7 ) 8 5 04 5 034 8 0 ( 4 2 0 )东营原油库 3 外输泵d y j l 2 0 - 5 5 82 5 0t 2 0l4 4 0 东营原油库 4 加热炉 4 6 5 21 东营原油库 5 热媒炉 1 8 0 02 东营原油库 6 输油泵k d y l 0 5 6 7 5 x 62 0 0 1 0 52 4 1 0花官输油站 7加热炉 1 7 5 0 2 花官输油站 8 输油泵 1 9 4 5 0 6 0 56 8 04 5 043 0 0 广饶输油站停运 9加热炉1 7 5 03 广饶输油站 1 0输油泵2 0 0 d 一4 3 7 ( 6 )4 4 02 8 043 0 1 ( 2 5 8 )临淄原油库 2 2 东辛线改输稠油过程中遇到的问题 根据中石化集团公司在胜利油田调研时提出的为实现优化原油 资源配置，合理调整炼油装置，实现股份公司整体效益提高的目标， 决定于2 0 0 4 年将胜利原油按含硫量分为低含硫油和含硫油进行分储 分输、集中加工后，集中向齐鲁石化胜利炼油厂输送含硫原油，完成 每年4 0 0 万吨原油的外输量，但由于受含硫油胶质、沥青质、密度、 粘度等油品性质、管线输送能力及生产运行方式的影响，实现4 0 0 万 吨的目标，形势及其严峻。究其原因，主要受以下几项要素制约 中国 i 油大学( 华东) 硕士论文第2 章东辛线面临的技术难题 2 2 i 原油油品性质的改变 外销齐鲁石化及管道储运公司油品发生变化，外销齐鲁石化平 均相对密度由0 9 2 5 0 变为0 9 3 4 0 ，平均含水由o 7 8 变为o 8 5 。 外销管道公司原油的平均相对密度由o 9 2 4 5 变为o 9 2 2 0 ，平均含水 为o 5 1 ，未发生变化。其他各项性质的变化详见表2 和表3 。 表2 分储分输后输送原油油品性质表 l 原油性质 胶质沥青质2 0 c 时的密度 5 0 c 时的粘度 i 含硫原油 2 1 9 6 1 4 2 9 4 1 8 k g m 3 2 8 0 m p as 表3 分储分输前后原油变化表 分储分输氤分储分输后 单位输量密度含硫混合含单位输量密度含硫混合含 1 0 4 “a 眺m 簧s 硫量s 1 0 4 t a g ，c m 3 苗s 硫鲒s 东辛 2 7 6o 8 9 1 0o 7 6 孤岛 3 0 80 9 2 4 9 0 9 6 020 01 7 4 现河 1 6 9 5 0 8 6 4 40 4 1 0 7 7 河口 0 9 2 5 9i3 7 胜利 2 8 90 9 1 3 70 8 0 清河 6 6 ，50 9 1 7 71 5 3 孤东 2 6 30 9 4 3 20 4 0 乐安 2 5 5 0 9 3 9 1 1 4 9 河口 2 4 10 9 2 5 9l _ 3 7 清河 6 6 50 9 1 7 71 5 3 乐安 2 5 50 9 3 9 l1 4 9 供齐鲁 4 0 00 9 4 合计 4 0 01 6 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章东辛线面临的技术难题 2 2 2 生产运行方式的改变 ( 一) 含硫油分储分输后的情况 东营原油库接收孤岛和河口含硫油约5 7 0 万吨年，单独进入三座 2 x 1 0 4 m 3 油罐，其中约3 l o 万吨年通过东辛币5 2 9 输油管线，与清河 采油厂7 0 万吨侔，现河稠油2 0 万吨年，一同输至临淄原油库，临 淄原油库通过b 4 2 6 输油管线输至齐鲁石化，其余约2 6 0 万吨年含硫 油同其他采油厂混合油一并输给管道储运公司，经过以上调整，孤岛 含硫油加上清河采油厂来油与现河稠油共计4 0 0 余吨年通过东辛 q b 5 2 9 输油管线，全部输齐鲁石化，基本完成含硫油分储分输的目的。 ( 二) 含硫油分储分输引起的后果 含硫油分储分输后，根据生产任务和含硫原油的油品性质及整个 输油生产运行，造成整体输油动力费用增加。为了保证生产外销、外 输任务的完成，东营原油库因受含硫油的粘度、密度、温度、油品性 质的影响，外输泵由原来打5 1 0m 3 m 降为3 0 0 m 3 h 左右，单泵无形中 增加2 0 的电量；花官输油站供油泵需连续运行，根据整条输油线运 行情况及站内油罐液位情况采取停泵或启泵：广饶输油站需要采取间 歇性启运2 台泵，白天连续启运l 台泵不，夜间再启运1 台泵运行6 1 0 个小时后停运；临淄原油库需间歇性启运两台泵，增加l 台胜利泵 运行，输油动力费用增大。 分储分输以后，东辛胜利线输送含硫油品，由于油品性质的变化， 对输油量造成较大影响，尤其对冬季生产运行更为明显。分储分输前， 东辛线冬季运行时东营原油库运行一台加热炉，油温保持在4 8 ，广 饶输油站运行一台加热炉出站油温保持在5 0 ，就能保证东辛线正常 输油量的需要。分储分输后，由于输送油品性质的变化，东辛线冬季 运行时东营原油库需运行两台加热炉出站油温必须保持在5 2 ，花官 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 章东辛线面i l 自的技术难题 输油站启运一台加热炉，出站温度保持在5 0 。c ，广饶输油站运行两台 加热炉，出站温度保持在5 4 c ，才能保证正常输油量的要求。 表42 0 0 3 年外输量完成情况统计表 月 1 2 34567891 01 11 2 台 份 月 月 月月 月月月 月月 月月月计 外输餐 3 5 0 23 2 - 3 33 4 5z 9 1 32 9 0 82 8 3 43 0 8 43 2 0 23 0 3 63 2 5 12 9 6 23 3 1 l3 7 6 8 6 ( 1 0 4 t ) 对2 0 0 3 年输油量进行统计，从表、图中可以看出，在没有实施 分储分输前，东营原油库实现一泵到底直接输送，实施分储分输后， 由于没有输送过这种高含硫油品质的原油，在管理上、设备上、运行 上都存在定的难度。 2 3 针对问题，提出方案并确定最佳方案 ( 一) 为顺利输送高含硫原油，针对东辛线现状提出了两条相应 的解决方案 ( 二) 方案可行性分析及评估( 见表5 ) 中国石油火学( 华东) 硕士论文第2 章东辛线面l 临的技术难题 表5 初步方案可行性分析及评估表 目标提高东辛胜利输油管线的输送能力 解决改变沿线各站库输油设 分数 对沿线各站库输油设备 分数 方案各运行方式进行重新配置 可操 在输油分公司内部即可 5 必须经过层层审批，才 作性完成极具可操作性能进行。可操作性不高 2 预计有输送能力能得到提高效 3 输送能力能得到提高， 效性果明显效果明显 5 只对部分设备进行调整需大量更新设备，投入 经济性 42 或改造，使用费用较少费用巨大 科学合 优化设备运行，只对部分 对设备进行大量更新， 设备进行合理调整或改 4 投入费用巨大，闲置原 理性有设备，造成浪费，科 2 造，具有科学合理性 学合理性较著 操作难 操作容易，运用时间短 5 操作复杂，运川时间长 2 易程度 综合 得分 2 l1 3 ( 注：表中单项的分满分为5 分，综合得分满分为2 5 分。) 由表5 中得出评估结论：采用改变沿线各站库输油设备运行方式 的方案。 ( 三) 方案进一步分解 针对具体问题，找到初步解决方案后，继续对选定初步方案进行 分解剖析，提出不同的进一步解决方案，以便比较各方案的优缺点及 适用性。具体详见方案分解图( 图2 ) 。 主里互塑查堂! 些查! 堡主笙奎 笙! 主查主堡亘堕堕塑塑 图2方案分解图 日曰习习田园圈困田团 中国石油大学( 华东) 硕+ 论文第2 章乐辛线面i 临的技术难题 ( 四) 方案可行性分析及评估( 见表6 ) 表6 方案可行性分析及评估表 方 内容可行性分析项目 得 综合 案分 得分 花官输油站、 由输油分公司统一调整 可操作性 4 方 乐安交接队每 即可，极具操作性 案天分时间段注 只能解决部分问题，效果预计有效 1 1 0 入清河油和稠 不明显性 油 无需投资经济性 5 输油分公司内部可解决， 可操作性 5 具有操作性 方 广饶输油站启 启泵后与东营原油库输 案预计有效 1 4 泵运行 油泵进行串联，可明显提 一眭 5 高外输量效果明显 投资不大，较为经济经济性 4 东营原油库具有启_ ) i ) ( 泵 可操作性 4 的条件，具有操作性 方东营原油库启 启双泵后压力、排量增 案双泵 大，但距离较远，外排量预计有效 2 8 增加不会太多，效果不太 性 = 二 明显 启运双泵后耗电量增加 较多 经济性 2 输油分公司内部可以解 可操作性 5 决，极具可操作性 方 试验结果可实现优化运预计有效 案 进行输量试验 行 性 51 5 四 方案实施后，可最大限度 经济性 5 的节能 方更新东营原油需报项目，进行层层审 案库外输泵批，可操作性不强 可操作性 16 无 预计有效 效果较为明显 4 性 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 章东辛线面临的技术难题 投资巨大 经济性 1 输油分公司内部可解决， 可操作性 5 方 对外输泵进行 极具可操作性 案改造后可增加排量、压预计有效 1 3 、一 合理改造 4 、力，效果明显性 投资不大经济性 4 输油分公司内部可解决， 可操作性 5 方 极具可操作性 1 3 案加热降粘粘度降低后可增加排预计有效 4 七 量，效果明显 性 投资不火经济性 4 方 案与分储分输宗旨背离，不 可操作性 0 八 具可操作性 掺稀油降粘 8 粘度降低，效果明显预计有效 4 性 投资不大经济性 4 输油分公司内部无法解 决，该方法的反应条件较 可操作性 0 方为苛刻，同时使用范围较 案 稠油改质降粘 窄，不具可操作性5 九预计有效 粘度降低，效果明显 3 性 投资较高 经济性 2 目前国家还未制造出 一 方 适合的化学降粘剂，不具 可操作 o 性 案化学降粘 可操作性 4 预计有效 十粘度降低，效果明显 4 性 投资巨大经济性 o ( 注：表中单项的分满分为5 分，综台得分满分为2 5 分) 由以上分析我们确定最佳方案为：方案二：广饶输油站启泵运行， 方案四：进行输量试验，方案六：对东营原油库外输泵进行合理改造， 方案七：加热降粘。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章稠油降粘技术研究进展 第3 章稠油降粘技术研究进展 针对稠油的高粘度，其输送技术研究主要围绕降粘减阻展开。 目前工业中常用的降粘方法主要有加热降粘、掺稀油降粘、稠油 改质降粘及化学降粘等四种。另外，液环减阻降粘技术已在美国、委 内瑞拉的短管道试用：利用液弹波降粘这项高新技术目前f 处于研究 性或探索性发展中。 3 1 加热降粘 加热降粘的机理是通过加热提高稠油的温度以降低稠油粘度，从 而减少管路摩阻损失。 加热输送是传统方法，也是目前国内外原油集输的主要方法。东 辛线输送的高粘稠油为了达到要求的泵送排量，保证外销任务的完 成，通过在东营原油库启运热媒炉加热原油进行输送，由于热媒炉燃 烧的原料是原油，需要消耗大量的热能，存在着较高的能量损耗和经 济损失：而且与东辛线以前输送一般原油相比，仅在东营原油库进行 加热加压不能达到管输流量要求，还需要在广饶站启泵；此外，到冬 季，可能还需要在花官站、广饶站进行中间加热。相对增加了能耗， 改变了输送工艺。 3 2 掺稀油降粘 掺轻质油( 包括天然气凝析液、原油的馏分油及含蜡原油等) 稀 中国石油人学( 华东) 硕士论文第3 章稠油降粘技术研究进展 释一直是稠油降粘减阻输送的主要方法之一。轻油掺入稠油后可起到 降凝降粘作用，但是对于含蜡量和凝点较低，胶质、沥青质含量较高 的高粘原油，其降粘作用较差。此外还存在着稀油短缺及稠油与稀油 间化学性质和价格上的差异等不利因素。 3 3 稠油改质降粘 稠油改质降粘是一种浅度的原油加工方法，以除碳或加氢使大分 子烃分解为小分子烃来降低稠油的粘度。除碳过程大致可分为热加工 和催化加工，热加工有减粘裂化、焦化等，催化加工以催化裂化为代 表。此外，还有溶剂脱碳，如脱沥青和脱金属等过程。加氢过程有加 氢热裂化和加氢催化裂化等。 近年来，国外采用在油田内建立一套稠油改质的装置，使稠油的 大分子裂化、减粘，便于输送。如法国提出加氢降粘裂化法。在油田 进行加压加氢处理，使原油粘度降至管输要求，并在下游炼厂用普通 炼油方法加工。这样打破了以往采用传统的单纯物理降粘法，可节省 各种降粘措施费，方便生产。 3 4 化学降粘 化学降粘是向原油中加入某种药剂通过药剂的物理化学作用达 到降低原油粘度的方法。工业上使用过的稠油化学降粘改性技术包括 蜡晶改进剂降凝降粘、稠油催化降粘、表面活性剂水溶性乳化剂降粘 及油溶性降粘剂降粘等。其中最具技术经济价值的是水溶性乳化剂降 粘及油溶性降粘剂降粘。 中国年i 油大学( 华东) 硕士论文 第3 章稠油降粘技术研究进展 3 4 1 水溶性乳化剂降粘技术 水溶性乳化剂降粘机理是在乳化剂作用下使油包水型乳状液反 相成为水包油型乳状液而降粘。该项技术作为降粘幅度最大和使用最 经济的化学降粘技术已在我国各稠油油田得到广泛应用，并取得很大 进展，原油乳化降粘率达到9 0 以上。但乳化降粘技术存在许多难以 克服的缺点，突出的一点就是掺水量大( 至少3 0 以上) ，加大了后 续污水处理设备的负荷，处理工艺难度增加。因此丌发针对胶质改质 的油溶性降粘剂显得非常紧迫。 3 4 2 油溶性降粘剂降粘技术 油溶性降粘剂主要是基于原油降凝剂开发技术，针对胶质、沥青 质分子呈层次堆积状态，借助高温或溶剂作用下堆积层隙“疏松”的特 点，使降粘剂分子“渗”入胶质或沥青质分子层之间，起到降低稠油粘 度的作用。 使用油溶性降粘技术是克服乳化剂降粘技术缺陷的一种很有前 途的方法，尤其是对含水极少的净化稠油。但其开发难度大，目前对 稠油的降粘率还不够高。另外，油溶性降粘剂只有在保证充分与稠油 的胶质、沥青质分子相互作用的情况下才能起到明显的降粘作用。 目前关于采用油溶性降粘剂降低稠油粘度的研究还不是很多，应 该作为今后的研究方向。 在国内，吴本芳等人针对辽河冷东脱水特稠油的特性：胶质+ 沥青质含量高( 2 3 6 5 ，3 0 5 ) ，含蜡量低( 1 0 2 ) 、粘度高( 5 0 时4 9 p a s ) ，为了改善其流动性，研制长链醇丙烯酸酯三元共聚物 ( - - 种油溶性降粘剂) 进行降粘。在国外，文献通过研究发现，含水 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章稠油降粘技术研究进展 为l 一3 的稠油在一定剪切应力下可出现流动阻力突降现象( 减小至 1 t 3 1 ，4 ) ，推测其原因与形成液晶微结构有关；加入丁醇、戊醇有助于 液晶相稳定。已在直径约为3 1 8 c r n 和1 5 2 4 c m 管道进行过试验，尚 未见工业应用。文献还列出了国内外现场应用的1 0 种商品降粘剂( 用 于长距离管输稠油) 。 3 5 适用于东辛线降粘技术 对于稠油输送，一种添加剂产品或一项技术是否具有竞争力，往 往和加热输送的成本作比较。 对掺稀油降粘技术，从经济性、可行性方面综合考虑，并非完善 的方法，且这种方法需要在东营原油库外输中掺入其它采油厂来油来 完成，与分储分输工程的宗旨相背离。 对稠油改质降粘技术，就我国目前的技术水平而言，该方法的 反应条件较为苛刻，同时使用范围较窄，且成本较高，不适用。 对化学降粘中的水溶性乳化剂降粘技术，需要在外输泵进口前增 加加药流程，对原油加降粘剂，改善进入外输泵的原油的粘度，使离 心输油泵达到正常运行。这种办法的优点是加药后整个长输管线内的 原油粘度得到改善，不仅满足输油泵正常运行，而且减低了沿管路的 摩擦损失。这种办法的缺点也十分明显，一是要铺设专门的加药流程， 短时间内难以完成；二是增加了加药岗位，要有专人负责，增加了管 理成本；三是耍长期加药，需要的药剂量十分大，药剂价格比较昂贵， 使生产成本大幅上升。 根据孤东含硫高原油的特点，温度上升后，其粘度将大幅度下降。 应用现有的设备，改变加温方式，即可达到解决问题的目的。这种办 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章稠油降粘技术研究进展 法是改变在外输泵出口以后对原油加温为在外输泵进口以前加温，改 善进入输油泵内的原油粘度，提高原油温度。我们在东营原油库停运 外输加热炉，启运柬油加热炉，起到了良好的效果。这种办法的优点 是设备和流程都是现成的，人员也具备，稍微改变一下生产模式就能 解决难题。这种办法也有缺点：一是延长了点炉时间，必须待地温上 升到足够高时才能停止运行加热炉；二是随着长输管线的输送，温降 较大，原油粘度逐渐增加，输送阻力增大。针对这种情况，中间站也 得启运加热炉给原油补充加热。 经过我们对多种降粘方法的讨论分析，最终我们采取的措旌是加 热降粘，即延长启运东营原油库加热炉时间和在泵进口以前对原油加 温，改善进入输油泵内的原油粘度，提高原油温度，起到了良好的效 果。东营原油库加热炉运行情况对比表( 见表7 ) ，在未点炉和启运外 输炉的情况下，外输泵电流都达到了泵额定电流，只有在启运来油炉 时，外输泵电流在正常范围内；在启运来油炉或外输炉的情况下，都 比未点炉时排量高，达到了预期效果。 表7 东营原油库加热炉运行情况对比表 出站压力泵运行电流排量出站油温 原油粘度 项目 ( m p a ) ( a )( m h )( )( m p a s ) 未点炉3 3 4 0 8 8 9 6 2 8 0 4 5 0 4 l 5 8 0 启运一台 29 - 3 98 5 9 43 0 0 4 8 04 4 4 84 0 0 外输炉 启运两台 2 8 3 48 2 9 43 5 0 5 1 05 0 5 92 8 0 外输炉 启运来油炉3 r 3 - 3 68 5 9 03 0 0 4 5 0 4 6 4 8 4 0 0 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章稠油降粘技术研究进展 另一种可行的工艺是分段运行降粘，在没有实施分储分输前，输 送混合原油时，东营原油库一广饶输油站的压降损失较小，可以进行 越站输送；实行分储分输后，输送孤罗东高含硫原油时，广饶输油站 进站压力o 2 m p a ，需要在广饶输油站启泵运行。因此可以在广饶输 油站起运缓冲罐和胜利泵，减小输送距离，使原来输送到临淄原油库 共7 5 公里变为输送到广饶输油站5 2 公里，然后由广饶输油站进行原 油加热、加压输送临淄原油库，输送距离的变短，使管路的运行阻力 变小，使流量增大，广饶输油站的胜利泵起运，能够按照要求将输油 提高到需要排量，顺利完成输油生产任务。为此，可对广饶输油站胜 利泵维修，使输油泵恢复良好性能，满足生产的需要。运行工况是， 广饶输油站进站压力为0 3 m m p a ，出站压力提高到1 8m p a ，出站温 度提高到5 0 ，就能很好地满足了生产运行的需要。 东营原油库一广饶输油站这一段管路，输送孤罗东高含硫原油时， 沿程压降公式为： a p = x l 矿2 d g + a z ( 3 1 ) 式中：且一水力摩阻系数；一管路长度；p l 速度； 扛管径；卫一重力加速度； a z 一高程差。 且2 = a r e ，r e = v d p g ，代入式( 1 ) 得 厶p = a b t l v 2 a e p g + z g z ( 3 2 ) 在其它值都一定的前提下，沿程压降随原油粘度的增大而增大。 由于东辛线高含硫原油的粘度较大，从东营原油库到达广饶输油站 时，东营原油库外输泵所提供的能量已基本耗完。要想把原油输送到 临淄原油库，就必须在广饶输油站启泵。 中国干釉大学( 华东) 硕士论文第4 章输送稠油条件下离心泵性能的改进 第4 章输送稠油条件下离心泵性能的改进 4 1 输送大粘度原油时离心泵性能计算 4 1 1 大粘度原油对离心泵性能的影响 由于液体性质的变化，对离心泵的性能参数会有直接影响，液体 黏度增大时，对泵的扬程、流量、功率、效率及汽蚀余量等都有明显 影响，一台泵在转速不变的情况下输送粘度大的液体与额定工况相比 较，输送粘液时泵的扬程和流量都要减小，而泵的轴功率将增大，泵 的效率将降低。泵的性能曲线都要改变，随着液体粘度的增加，肛一q 性能曲线和_ q 性能曲线都要下降，而 l q 性能曲线却要上升。 此外，液体粘度的增大，还会使泵必须的汽蚀余量肼增大，即吸入 性能变坏，液体粘度越大，这种变化越明显。 产生上述变化的原因是因为粘度增大使泵内液体的流动过程发 生了变化，在离心泵叶轮流道内，粘度大的液体在沿边壁流动时，形 成较厚的边界层，在边界层内出现了切向粘滞力，阻止液体沿叶道流 动，形成了较大的速度梯度。随着液体粘度的增加，切向粘滞力的这 种阻滞作用逐渐扩散到叶片间的液流中，使叶轮内液体的流速降低， 从而使泵的流量减少。 根据欧拉公式可知，在同一流量下，离心泵的理论扬程与介质性 质无关。但由于粘度不同，叶轮内因叶片数有限而引起的轴向涡流强 弱程度不同，并且液体流经泵时的流动摩擦阻力损失随粘度增加而增 大，所以泵的有效扬程降低。 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第4 章输送稠油条件下离心泵性能的改进 此外，在输送大粘度的液体时，叶轮外盘面与液体摩擦所引起的 轮阻损失、口环的摩擦损失均随粘度增加而变大、液体在管路中的摩 擦阻力增大，所以泵的功率消耗上升，机械效率下降，这就是输油泵 出口阀门开大时电机运行电流超额定电流的主要原因。虽然泵的容积 效率玑因液体粘度的变大，通过口环和轴封处的泄漏量减少而稍有增 大，但水力效率桃也降低，故泵输送大粘度液体时的总效率口是降低 的。 由于离心泵的允许汽蚀余量z g h r 的大小是表示液体从泵入口到 叶轮叶片入口处压力最低点的流动损失，显然，液体粘度越大，损失 越大，即厶加变大，吸入性能变坏。 由于分储分输工程的实施，对生产运行的影响主要是油液粘度造 成的，也是粘度的变化造成输油泵性能的变化。为此从输送油液中取 样，经石油大学流变实验室测试，该原油4 0 c 时粘度约为7 0 0 r a m ， 而且粘度随温度的变化而发生显著变化。 4 1 2 输送大粘度原油时离心泵性能 对输送大粘度原油对输油离心泵性能的影响进行理论计算。 已知参数有：叶轮尺寸d z = - 4 3 0 m m ；b 2 = 3 0 m m 额定流量q - - - 4 5 0 m 3 h ；额定效率q = 7 9 ；额定扬程h = 4 8 0 m 原油粘度v = 7 0 嘶l i i l 2 s ；原油密度9 v = 9 3 5 k g m 3 根据已知参数查表得换算系数为： 好0 8 7 ； k h = 0 9 1 ； 岛= 0 5 9 计算得出输送大粘度原油时的流量、扬程、效率： q v = 硒。a = o 8 7 4 5 0m 3 h = 3 9 1 5 m 3 h h v = 确+ h = 0 9 1x 4 8 0 m = 4 3 6 8 m 中国t i 油人学( 华东) 硕+ 论文第4 章输送稠油条件一f 离心泵性能的改进 1 1 v = 塌。r 1 2 0 5 9 7 9 = 4 6 6 输送大粘度原油时的轴功率： n v 2 1 0 0 0 p v g q v h v h l v = 1 0 0 0 x 9 3 5 x 9 8 x 3 9 1 ，5 4 3 6 8 ( 3 6 0 0 4 6 6 ) = 9 3 3 8 k w 由计算结果可以看出离心输油泵在输送大粘度原油时其流量、扬 程、效率都相应降低，功率增加( 额定功率8 5 0k w ) 。配电系统电压 恒定，输油泵轴功率增大，造成实际输送电流增大，超出了额定电流， 不利于安全运行。 4 2 离心泵内的流场模拟 通过试验发现，在泵内叶轮流场的前盖板和叶片吸力面附近，存在 着受粘性影响比较大，能量损失比较突出的流体质点积聚区尾流 区。在尾流区以外的区域，液体受粘性影响相对比较小，可以按无粘 射流区处理。因此，以射流( 势流) 一尾流( 尾迹) 模型作为泵内三 元流动的计算模型，可以反映出叶轮流场的主要特征。 对于射流区，可采用流面坐标法、准正交面法和有限单元方法进 行流场的数值计算。对于尾流区，一方面考虑到尾流区内部结构非常 复杂，目前还难以用流动理论精确地计算；另一面考虑到尾流区积聚 的流体质点具有能量损失大、能量低、速度小以及尾区内液体的质量 流量相对较少等特点，可把尾流区按死水区处理，即认为该区内的流 体不流动。因此，尾流区的计算主要是确定尾流区的边界。此外，由 于边界层的影响同尾流区的影响相比要小得多，所以，可不考虑边界 层的影响。 由上面分析可得，计算采用的流动模型由两部分组成，如图3 所 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第4 章输送稠油条件。f 离心泵性能的改进 示。标有a b c d e f 的区域是尾流区，其余空间为射流区。a b f k g e a 表示叶片面，a d e g h i j a 表示前盖板。 下面我们用叶轮中三元流动解法的流面坐标法进行计算。 图3叶轮的三元流动计算模型 1 ) 给定通流截面上的速度梯度方程 一个叶片通道内的通流截面、流面坐标情况如图4 所示。设想在 空间流场内沿周向取 1 个s 2 流面，它们与两个叶片表面形成山个流 片，每个流片通过的流量相同；同样沿径向取南1 个s l 流面，它们与 机壳内外回转面形成流量相等的i o 个流片。我们再取砀+ 1 个与s i 、 s 2 流面不共面的任意回转面，其母线为子午面上的直线( 或曲线) n ， 它称之为通流截面。s l ，s 2 流面与通流截面相交，构成了过空间点a 的非正交曲线坐标s 1 、s 2 ，两类流面相交则构成流线坐标l 。由运动 方程、能量方程及一些热力学关系，可导出速度梯度方程如下： 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第4 章输送稠油条件r 离心泵性能的改进 幽4叶轮管流截面示意图 其中：c 日一一流线及通流截面几何角度的函数( 芦l ，2 ；j = l ，2 ，3 ) 2 ) 给定通流截面上的连续方程 给定通流截面上的连续方程记为 t l e l p c o c o s p c o s ( 瑾鸭) a a = q z ( 4 2 ) 其中：伊流线l 与子午面夹角的余角； 口。通流面与子午面的交线与径向的夹角i 口流线l 在子午面上投影与轴向的夹角； 爿通流截面面积，r r l 2 ： q - 一一总流量，i n 3 s ； z - 叶片数目。 3 ) 求解过程概述 咖一以咖一班 + p w w c c = i | 署舞 中国4 i 油人学( 华东) 硕士论文第4 章输送稠油条件r 离心泵性能的改进 三元流动情况下的流面坐标校正和二元情况下的流线校正初看 起来是完全类似的。但由于连续方程式是对面积微元的二重积分，要 由此式反插新的流面坐标是无法进行的。为克服这一困难，引入了等 参数变换方法和一系列的平均概念。严守流面的概念，把运动方程式 ( 4 1 ) 与连续方程式( 4 2 ) 联立，迭代求解，不断地修改流面坐标 s 1 s 2 至收敛为止。 应用上述的三元流动计算方法对几种泵进行了改型设计，可以 使泵的性能有所善，效率在设计工况点提高2 5 5 0 ，并且拓宽了 泵工作的高效区。 4 3 根据理论计算，制定改进方案 根据以上理论的计算，我们制定了两个改进方案 1 、对现有设备进行叶轮改造； 2 、更换与输油量匹配的外输泵 经过认真分析和计算、对比，第一种方案符合功能大幅度提高、 成本略有增加的价值功能理论，即：研t i c s = 研。 1 ) 运用价值工程原理和流动模型，对东营原油库外输泵实旌叶 轮加级改造，实现提高原油的输送、降低用电单耗的目的。 价值工程就是以最低的投入获得最大限度的产出，对于设备管理 工作则是要减少设备维修保养的费用，使设备性能达到生产需要。 ( 一) 选择对象 东营原油库现有外输泵5 台，k d y 4 3 5 9 7 5 x 4 型1 台、2 5 0 d6 0 x 8 ( 7 ) 型3 台、d y j l 2 0 、5 5 x 8 型l 台，多年来运行效率低，设备老化 现象越来越制约生产的正常运转，外输泵低效高耗现象严重。尤其是 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第4 章输送稠油条件下离心泵性能的改进 要满足高含硫原油的输送，更是存在一定的难度。为此，我们选择外 输泵确定为分析对象。 ( 二) 功能分析 按照外输泵各部件的作用及相互之间的关系，做出外输泵功 能系统图。( 见图5 ) 图5外输泵功能系统图 ( 三) 功能实施 ( 1 ) 根据功能系统图，利用0 4 评分法对各功能进行评分及系统 价值系数计算。 具体情况分别见表8 、表9 ： 中国石油大学( 华东) 硕士论文第4 章输送稠油条件f 离心泵性能的改进 表8 外输泵系统功能评分表 功能 f l lf 1 2f 2 lf 2 2f 2 3 得分合计评价系数 f 1 1 x 1 1 1 2 50 1 5 6 f 1 23x3221 00 2 4 6 f 2 121x3170 2 1 8 f 2 2111xl 4 o 1 2 5 f 2 32301x60 1 8 7 总计 865763 21 0 表9 外输泵系统价值系数计算表 功能功能评价系数( 1 ) 现成本( 2 ) 成本系数 价值系数 f 1 1 0 1 5 67 2 60 1 5 80 9 8 7 f 1 2 0 2 4 61 5 5 00 3 3 70 7 2 9 f 2 1 0 2 1 88 7 40 1 91 1 4 7 f 2 2 o 1 2 55 5 2 0 1 2 j 0 4 i f 2 3