河南油田某輸油管道改造工程改造運(yùn)行能耗分析

河南油田某輸油管道改造工程改造運(yùn)行能耗分析

1輸油管道密度河南田路自1978年建成以來，已有30多年的歷史。根據(jù)東部油田(不含魏崗、張店油田)2007年至2020年原油產(chǎn)量預(yù)測(cè),2008年建成投產(chǎn),管道輸量最大為1.463×106t/a,最小為1.263×106t/a.其中稀油油田(不含魏崗、張店油田)最大輸量為9.05×105t/a,最小為8.4×105t/a;稠油(含王集原油)最大輸量為5.58×105t/a,最小為4.23×105t/a.根據(jù)《油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50350-2005),凈化原油儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施的設(shè)計(jì)能力應(yīng)為油田開發(fā)方案提供的原油產(chǎn)量的1.2倍,年工作時(shí)間按365d計(jì)算。因此,井～魏段輸油管道設(shè)計(jì)規(guī)模,其最大輸油量為1.756×106t/a,最小輸油量為1.516×106t/a.整個(gè)管道可分為兩段,即江聯(lián)～井樓段、井樓～魏聯(lián)段。由于稀油、稠油產(chǎn)量發(fā)生了變化,稀油遞減、稠油產(chǎn)量增加,輸油管道輸送的混合油性質(zhì)發(fā)生了變化,對(duì)影響輸油管道的混合油主要物性參數(shù)(黏度、凝固點(diǎn))進(jìn)行了化驗(yàn)分析,混合原油黏度見表1。不加降凝劑混合原油凝固點(diǎn)為35℃,加降凝劑混合原油凝固點(diǎn)為28～30℃.20℃原油密度為0.874g/cm3,50℃原油密度為0.853g/cm3.混合原油比例為稠油:稀油=1:2,取樣日期為2007年5月17日。分析項(xiàng)目為黏度(所用儀器為DV-Ⅲ流變儀)。分析日期為2007年5月19日。2管道繼續(xù)輸送和加降凝劑混合原油該輸油管道的改造,充分利用已有輸油站場(chǎng)設(shè)施,以降低工程投資;并充分利用江聯(lián)原油穩(wěn)定溫度及井樓聯(lián)合站脫水溫度,以降低輸油熱負(fù)荷及燃料消耗。該輸油管道的起點(diǎn),即井樓交油崗稠稀油混合溫度為60～65℃,即起輸溫度為60～65℃;管道輸送終點(diǎn)為魏聯(lián)5000m3原油儲(chǔ)罐,進(jìn)入點(diǎn)的壓力取0.15MPa.管道熱力計(jì)算終點(diǎn)的溫度確定,需根據(jù)輸油管道規(guī)范;考慮原油進(jìn)魏聯(lián)后還要進(jìn)入原油計(jì)量檢定站的溫降,考慮混合原油黏溫特性。根據(jù)輸油管道規(guī)范,輸油管道終點(diǎn)(魏崗)溫度高于凝固點(diǎn)3～5℃.再根據(jù)混合原油黏溫特性,加降凝劑混合原油35℃黏度比40℃高約280mPa·s,不加降凝劑混合原油40℃黏度比45℃高約230mPa·s,充分利用黏溫特性,使輸送黏度在合理的范圍,以降低輸送壓力。因此,確定加降凝劑混合原油(凝固點(diǎn)為28～30℃)輸油平均溫度應(yīng)不低于40℃、終點(diǎn)溫度不低于36℃;不加降凝劑混合原油(凝固點(diǎn)為35℃)輸油平均溫度不低于45℃、終點(diǎn)溫度不低于40℃.3其他管道熱力計(jì)算的計(jì)算公式h=λlv2/(2dg)(1)V=4qV/(πd2)(2)式中:h為管道內(nèi)沿程水力摩阻損失,m;λ為水力摩阻系數(shù);l為管道計(jì)算長(zhǎng)度,m;d為輸油管道內(nèi)徑,m;v為流體在管道內(nèi)的平均流速,m/s;g為重力加速度,g=9.8m/s2;qV為輸油平均的體積流量,m3/s.熱力計(jì)算選用的計(jì)算公式為(t1-t0-b)/(t2-t0-b)=eal(3)b=ig/(ca)(4)a=KπD/(qmc)(5)式中:t0為埋地管道中心處最冷月平均地溫,℃;i為流量為qm時(shí)的水力坡降,(m/m);K為總傳熱系數(shù),W/(m2·℃);D為輸油管道的外徑,m;c為管道中原油的比熱容平均值,J/(kg·℃);qm為油品質(zhì)量流量,kg/s;t1為埋地管道起端最冷月平均地溫,℃;t2為埋地管道末端最冷月平均地溫,℃.4管道組合及校核計(jì)算輸油管線管徑的選擇,應(yīng)主要考慮其投資和運(yùn)行費(fèi)。管線的熱力和水力計(jì)算是決定輸油管道管徑的主要條件。通過管線的熱力和水力計(jì)算選擇合理的管徑,使管道處于經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行。目前,該管道由于處于低量輸油狀態(tài),熱力條件不能滿足,故采用加降凝劑輸油工藝。有兩種運(yùn)行方式:加降凝劑運(yùn)行方式;不加降凝劑運(yùn)行方式。這要經(jīng)過綜合經(jīng)濟(jì)對(duì)比后確定。根據(jù)輸量情況,結(jié)合目前Φ377×7運(yùn)行情況,選擇兩種管徑DN250、DN300保溫和不保溫管道進(jìn)行水力和熱力計(jì)算,并將江～井段納入一起進(jìn)行整體計(jì)算和分析。以最大輸量確定起輸壓力,以熱力條件校核確定最小輸量。并進(jìn)行管輸能耗對(duì)比,從而選擇最佳的管徑。按加降凝劑和不加降凝劑兩種運(yùn)行方式分別進(jìn)行全線水力和熱力及運(yùn)行能耗綜合計(jì)算。2種管道4種組合及現(xiàn)狀組合為:①井～魏段+江～井段[DN250(保溫)+DN200]②井～魏段+江～井段[DN250(不保溫)+DN200]③井～魏段+江～井段[DN300(保溫)+DN200]④井～魏段+江～井段[DN300(不保溫)+DN200]⑤井～魏段+江～井段[DN350(不保溫)+DN200]要分別對(duì)井～魏段2種管道4種組合加降凝劑與不加降凝劑運(yùn)行方式和現(xiàn)狀組合方式,進(jìn)行詳細(xì)的水力計(jì)算和熱力計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果可以看出:(1)加降凝劑運(yùn)行方式,江聯(lián)最大起輸壓力(組合①、②)為4.44MPa和4.90MPa、組合③、④為2.42MPa和2.60MPa(考慮地形高程,江聯(lián)站高程117.5m,魏聯(lián)站高程99.27m)。江～井段管道DN200設(shè)計(jì)壓力4.0MPa,組合①、②在2008年投用,江～井段管道設(shè)計(jì)壓力和外輸泵都不能滿足,需要改造,且系統(tǒng)工作壓力達(dá)到6.4MPa,系統(tǒng)工作壓力過高。組合③、④在2008年投入使用,江聯(lián)外輸泵和江～井段管道能夠滿足要求。(2)不加降凝劑運(yùn)行方式,江聯(lián)最大起輸壓力(組合①、②)為4.55MPa和4.10MPa,組合③、④為2.5MPa和2.64MPa.現(xiàn)狀管道江聯(lián)外輸泵和江～井段管道能夠滿足要求。采用加降凝劑運(yùn)行方式時(shí),江聯(lián)起輸溫度65～70℃、井樓稠聯(lián)外輸溫度60～65℃,到2020年,組合①、③兩種管徑保溫管道全線不加熱輸送滿足終點(diǎn)要求的溫度(36℃),校核確定最小輸量分別為7.5×105t/a、8.5×105t/a;組合②、④兩種管徑不保溫管道需要中間加熱,最小輸量分別為9.0×105t/a、9.5×105t/a.若采用不加降凝劑運(yùn)行方式時(shí),江聯(lián)起輸溫度65～70℃、井樓稠聯(lián)外輸溫度60～65℃,到2020年,組合①、③兩種管徑保溫管道全線不加熱輸送滿足終點(diǎn)要求的溫度(40℃),校核確定最小輸量分別為9.0×105t/a、1.05×106t/a;組合②、④兩種管徑不保溫管道需要中間加熱,才能滿足終點(diǎn)溫度要求,按中間加熱校核最小輸量分別為1.10×106t/a、1.15×106t/a.5輸油管道運(yùn)行費(fèi)用運(yùn)行費(fèi)用主要包括江～井段及井～魏段的稀油和混合油管道耗電、耗熱及井～魏段投資折舊與大修,4種組合與現(xiàn)狀管道分別計(jì)算加凝劑和不加降凝劑13年運(yùn)行費(fèi)用(耗熱、耗電及折舊與大修)和平均年運(yùn)行費(fèi)用。該輸油管道利用江聯(lián)原油穩(wěn)定溫度和稠聯(lián)脫水溫度,不計(jì)算燃料消耗,只計(jì)算管道單獨(dú)加熱的燃料消耗?，F(xiàn)狀管道每年需要補(bǔ)孔、沿線村村通公路修建及水土保持等大修費(fèi)用近2×106元。4種組合與現(xiàn)狀管道加降凝劑與不加降凝劑13年運(yùn)行費(fèi)用匯總情況分別見表2、表3。表2、表3中,最大輸量均為1.756×106t/a,江聯(lián)起輸溫度均為68℃,井樓起輸溫度均為60～65℃.表2中,終點(diǎn)溫度≥36℃;表3中,終點(diǎn)溫度≥40℃.6保溫管道系統(tǒng)河南油田輸油管道井～魏段加降凝劑和不加降凝劑兩種運(yùn)行方式,組合①、②由于管道壓力高,相應(yīng)電費(fèi)占運(yùn)行費(fèi)用的比重大;組合④散熱大,熱耗高;組合③管道輸送壓力和散熱損失較為適中,管道運(yùn)行費(fèi)用最低;考慮現(xiàn)狀管道每年大修費(fèi)用近2×106元后,組合③運(yùn)行費(fèi)用最低。從表2、表3可以看出,該輸油管道井～魏段加降凝劑與不加凝劑兩種方式運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比情況是,加降凝劑比不加凝劑運(yùn)行費(fèi)用要增加許多。具體為:組合①年均增加2.4684×106萬元;組合②年均增加1.5146×106萬元;組合③年均增加2.2423×106萬元;組合④年均增加1.5146×106萬元;現(xiàn)狀管道年均增加1.5139×106萬元。組合①、②在2008年投用,加劑與不加劑兩種運(yùn)行方式,加劑方式,江聯(lián)最大起輸壓力均超過4.4MPa,高于