冷熱原油順序輸送技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(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口國，原油資源供應的對外依存度不斷上升。大多數(shù)進口原油同國產(chǎn)原油之間存在著很大的性質(zhì)差異，進口原油一般具有較好的流動性，可以進行常溫輸送，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)濟運行，有必要對這些相關(guān)問題進行專門研究。本文就冷熱原油順序輸送管道溫度場、加熱方案優(yōu)選、應力分析以及混油分析和計算做了較為細致的研究，為實現(xiàn)冷熱原油順序輸送管道的安全經(jīng)濟運行提供了依據(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)學模型，并結(jié)合有限單元法和差分方法對

3、數(shù)學模型進行了求解。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；管道的進站溫度隨著運行時間的推進呈現(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，其進站溫度是熱油進站溫度的最低值，隨著熱油輸送時間的延長，熱油油頭后面的溫度逐漸升高，進站溫度也相應提高。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原油流動的安全性未必能夠達到預期效果，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的加熱方案優(yōu)化模型，并進行了實例求解和分析。結(jié)果表明，對冷油(低凝油)油尾按適當比例加熱能夠大幅度降低燃料費用。當冷油加熱比例小于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?。欢斃溆图訜岜壤笥?0％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)濟運行。
　　 對埋地冷熱原油順序輸送管道的所受應力情況進行了詳細分析，重點計算和分析了埋地彎頭所受應力及其影響因素，提出了減小埋地彎頭熱應力的相應措施。利用有限元法對彎頭應力進行了數(shù)值模擬計算，結(jié)果表明，輸油溫度越高彎

7、頭所受熱應力越大，而且應力集中在彎管的內(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。
　　 詳細闡述了順序輸送管道的混油機理，基于一維擴散理論和二維擴散理論進行了混油濃度分析，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)學模型，對水平管道、彎管及變徑管等工況下的混油特性進行了數(shù)值