输油管道设计与管理(级第10次课).ppt

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1、上次课复习,上次课总结复习热油管道的启动、停输与再启动原油的流变特性含蜡原油的相态变化含蜡原油的流变特性评价原油特性的主要参数易凝原油加降凝剂输送,4.3 热处理输送工艺（P176）定义：含蜡原油的热处理，是将原油加热到一定温度，使原油中的石蜡、胶质沥青质溶解，分散在原油中。再以一定的温降速率和方式（动冷或静冷）冷却，以改变析出的蜡晶形态和强度，改善原油的低温流动性。利用原油热处理实现含蜡原油的常温输送或延长输送距离，称为热处理输送。,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,4.3.1 含蜡原油的热处理效果,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,（1）含蜡原油的热处理效果每种原油都有一个最优的热处理温度和一

2、个最差的热处理温度。各种原油最优与最差热处理对比中，蜡胶比大的原油，其凝点下降幅度较小。不同热处理温度对静屈服值的影响最大，最优处理时静屈服值多下降90以上。最优热处理时反常点下降，使原油在较低温度范围仍为牛顿流型，原油显现触变性的温度也降低了。热处理只改善低温流动性，在析蜡点以上温度范围内，对粘温特性影响不大。,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,（2）热处理效果的复现性和恢复性 热处理效果的复现性和恢复性是热处理输送方法能否用于输油生产的重要依据，从我国各主要油田原油的热处理试验看来，在最优热处理温度下，不同时期多次试验的结果相近，试验的复现性是好的。但大多数原

3、油呈现出较强的恢复性，原油在经最优热处理温度加热后冷却，恒温静置一段时间后各流变参数恢复至未处理情况。原油热处理效果的稳定性对管输应用十分重要。若某种原油热处理后虽然低温流动性大幅度改善，但很快即变差或失效，就难以实际应用。,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,4.3.2 影响热处理效果的因素（1）原油的组成 不同的含蜡原油，其热处理效果不同，根本原因是原油的组成各异。国内外试验研究表明，在一定蜡胶比范围内可获得较好的热处理效果。在原油温降析蜡过程中，适量的胶质沥青质被吸附在蜡晶表面，可以阻碍蜡晶的聚集，推迟网络结构的形成或形成强度较低的树枝状结构。若胶质沥青质过少，不足以完成上述的吸附分隔作用；

4、若其含量过多，而可能改变形态的蜡晶量相对较少，均使热处理效果较差。有的资料提出较适宜的蜡胶比为0.51.70。我国东部地区含蜡原油的蜡胶比大多在此范围内。石蜡结晶形态变化是热处理作用的关键。,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,（2）热处理温度 各种外界条件的作用是相互联系的，但其中起主要作用的是加热温度。从表中可以看出，多数原油的最差热处理温度均在50左右，对这一现象的解释是：当加热至50左右时，溶解了部分蜡晶，其所游离出来的胶质沥青质被吸附在未溶解的蜡晶表面，在以后的冷却过程中重新析出的蜡晶，就没有胶质沥青质吸附上去了，因而形成了致密、坚固的结构。每种原油的最佳热处理温度不同。在此温度下，原油

5、中石蜡大部分溶解，胶质沥青质全部分散在液相中，使冷却过程中石蜡重结晶能形成最弱的结构。由于各种原油的蜡分布不同、熔点不同，故最佳热处理温度也不同。,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,（3）冷却速度 在降温析蜡重结晶过程中，原油中的蜡晶形态受新的晶核的生成速度和已有蜡晶的长大速度两方面的影响，当冷却速度很快时，新的晶核的生成速度远比已有的蜡晶的长大速度快，因而形成大量细小的结晶体系，其表面能和结构强度均较大。当冷却速度控制在某一范围，使蜡晶长大的速度大于晶核的生成速度时，就可能形成强度较小的大而松散蜡晶结构。因此，在析蜡温度区间，尤其在析蜡高峰区，应当避免过快或很慢的冷却。,第四章 易凝高粘原油的

6、输送工艺,（4）剪切的影响 冷却过程中剪切的影响是和受剪切的蜡晶形态密切相关的，故在不同的温度范围和冷却速度下，剪切的影响不同。在析蜡高峰区，高速强烈剪切会使原油流变性恶化。输油管道上过泵剪切或流过节流阀时均属于这种剪切条件。这是因为此时液态原油中蜡大量析出，强烈剪切下生成大量细小蜡晶的缘故。但油温接近凝点时，管流的低速剪切将破坏已形成的网络结构，从而改善原油流动性。一般说来，在析蜡高峰区间以外，剪切对原油流变性的影响较小。,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,（5）重复加热 若重复加热到原热处理温度，按同样条件冷却降温，仍能保持原来的热处理效果，若重复加热温度低，或接近原油最差热处理温度，原来的

7、热处理效果将变差甚至消失。原油热处理输送中，特别在接近地温输送时，摩擦热可能使油流升温，产生“重复加热”的影响，需要特别注意。（6）掺入“生油”的影响 将未处理原油或已失效的热处理原油（统称“生油”）掺入到热处理原油中，会使其流变性变差甚至热处理效果消失。影响的程度与掺入量、掺入温度有关，且各种原油的敏感性不同,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,4.3.3 热处理输送方式的应用 目前国内外含蜡原油管道上应用的热处理输送方法有两种类型，一种是我国克独、克乌、濮临和马惠宁管道为代表的简易热处理工艺，另一种是以印度那霍卡提压管道为代表的完备热处理输送工艺。（1）完备热处理输送工艺 在首站设置了热处理厂

8、，原油加热、冷却、重结晶过程均在严格控制的条件下完成。处理后原油凝固点降至最低地温以下，进行等温输送。,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,（2）简易热处理输送工艺 将原油在首站加热到最优热处理温度后，经过冷却油换热，热油在一定温度下（管道热应力和绝缘层允许的高限温度）输入管道，沿线自然冷却降温，在这种处理条件下可以降凝降粘，降低进站油温的下限，延长不加热输送距离。这种简易热处理输送投资不大，特别便于已建管道的技术改造。但就热处理过程来讲，它是不完备的。地温高时实现不加热输送、低输量下的输送，很难实现冬季热处理输送。,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,4.4 其它输送方式（P180）4.4.1 稀释

9、输送 在含蜡原油中加入石油产品、液化石油气和低粘原油等烃类稀释剂，便可改善其流变特性。4.4.2 乳化剂降粘输送 乳化降粘输送主要用于高粘稠油集输系统。将表面活性剂水溶液加入稠油中，在适当的温度和剪切作用下，使原油以很小的滴状分散在水中，形成油为分散相、水为连续相的水包油型（OW）乳状液。使输油时稠油与管内壁的摩擦，及稠油相互间的内摩擦改变为水与管壁间及水与水之间的摩擦，大大降低了管道输送时的摩阻。,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,4.4.3 加减阻剂输送 在流体中加入极少量的高分子聚合物（长直链，分子量一般大于5104），利用聚合物分子与流体紊流的相互作用，显著降低紊流时的摩阻。减阻剂种类、

10、浓度、流动的雷诺数的影响；油流温度升高及油品粘度较低时，减阻效果较好。高速剪切使减阻剂发生降解、导致部分或完全失效。故减阻剂均在泵出口注入，只在站间管段内起作用。目前，由于减阻剂的价格昂贵、抗剪切能力差，经过泵剪切后降解失效，需要再次加剂，一般只用于短期的、应急的增输。,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,水悬浮输送 液环输送 原油的改质输送 气饱和输送与油气顺序输送 原油的磁处理输送,第四章 易凝高粘原油的输送工艺,输油管道设计与管理,第六章顺 序 输 送,第一部分,6.1 顺序输送的特点6.1.1概述 在一条管道内，按照一定批量和次序，连续地输送不同种类油品的输送方法称为顺序输送（或交替输送）

11、。为什么要采取顺序输送？,顺序输送,科洛尼尔成品油管道,林登(终点),休斯敦（起点）,得克萨斯州,路易斯安那州,密西西比州,亚特兰大,佐治亚州,南卡罗来纳州,卡罗来纳州,宾西法尼亚州,格林斯巴勒,米切尔,新泽西州,巴吞鲁日,管道概况：干线全长：4649km(双线)；管径：762mm 1016mm；泵站：53座；压力：4.0MPa；输量：9300104t/a交油站：281个;九家石油公司合股投资建设,中国,西南成品油管道珠三角成品油管道,中国成品油管道分布,西南成品油管道分两期建设。一期工程建设茂名至昆明干线、黎塘至南宁支线，二期工程建设北海至南宁段。一期工程全长1740公里，干线管径由直径61

12、0mm逐段变径至直径450mm，设计输量为1000万吨/年，起输量为630万吨/年。设调度控制中心1座、站场19座，途经广东、广西、贵州、云南四省区42个市县，工程总投资约35.25亿元，是目前国内距离最长、站场最多、所经地形最复杂、工艺技术最复杂的成品油长输管道。2003年9月开工，2005年12月28日投产。2004年6月18日动工兴建的珠三角成品油管道全长1143公里，总投资30多亿元，是中国石化“十五”重点工程项目，也是广东省重点工程。管道西起湛江，东至惠州的大亚湾，途经广东省11个地市，可以输送0号柴油、90号汽油、93号汽油和97号汽油，设计年输油量为1200万吨。2007年12月

13、10贯通输油。至此，西南成品油管道与珠三角成品油管道，正式连接成一条近3000公里的黄金输油大动脉。通过这条大动脉，来自中国石化炼油厂的成品油一路“东油西送”至春城昆明，一路向东则输往全国油品消耗最大的珠三角地区。,顺序输送,起点：兰州北滩油库油终点：重庆全长：1247km管径：508/457/323mm泵站：4座设计输量：500104t/a设计压力：10MPa,顺序输送,第一部分 工程概况,兰州,张家川,定西,凤翔,咸阳,渭南,三门峡,洛阳,郑州,许昌,西平,信阳,孝感,武汉,咸宁,长塘,长沙,一、兰州郑州长沙工程概述,工程概况：兰郑长管道是国内迄今为止线路最长，工艺同最复杂的成品油管道工程

14、。兰郑长成品油管道工程起于甘肃省兰州市，途经甘、陕、豫、鄂、湘五省共69个县（市）,止于湖南省长沙市。工程包括:“一干十五支”，其中干线长2134.4km，支线长689.2km。干线设工艺站场16座，设线路截断阀室79座，设置油库分输计量站12座，阀室19座全线采用SCADA系统，调度控制中心设在北京。,6.1.2 顺序输送的特点对所输产品质量和各种油品沿途分输量均有严格要求依托市场生成，要适应市场变化。在管道建设和运行时必须尽可能地适应市场的需要，并保保证管道的效益。,顺序输送,顺序输送时会产生混油混油的处理与销售批量与最优循环次数首、末站批量油品的储存顺序输送时管道的水力特性不稳定，运行调

15、度难度大,顺序输送,6.1.3 顺序输送要解决的问题如何减少混油损失?首要问题确定混油量、混油到终点以后的切割方案，以及处理方案确定油品的输送顺序和合理的循环周期确定首站、末站和中间站必须建设的油罐容积在两种油品交替过程中，对混油的监视，控制和测量 确定各个泵站在不同工况下的工作方式。,顺序输送,6.2 混油的机理（P269）两个基本机理：对流传递、扩散传递 两种油品在管内交替时，产生混油的因素主要有两个：管道横截面沿径向流速分布不均匀使后行油品呈楔形进入前行的油品中（对流传递）；管内流体沿管道径向、轴向造成的紊流扩散作用（扩散传递）。6.2.1 层流混油机理 层流时，出现楔形油头，混油量大,

16、顺序输送,6.2.2 紊流混油过程 紊流扩散过程破坏了楔形油头的分布，使两种油品混合，在一定程度上使混油段油品沿管子截面趋于均匀分布。,顺序输送,归纳如下：(1)在起始接触面(0界面)上 KA=KB=0.5;(2)在同一时间内，在混油段内距0界面不同距离的各截面上，混油浓度不同，混油浓度是距离的函数K=f(x);(3)在混油段内，距0界面同一距离的某一截面上，混油浓度随时间而改变，混油浓度是时间的函数 K=f(t);(4)综合考虑 KA=f1(t，x)KB=f2(t，x)KA+KB=1 or KB=1-KA(5)注意0界面和起点截面的关系,顺序输送,6.3混油浓度的分布规律6.3.1 扩散速度

17、 单位时间内，某油品经单位截面扩散至另一油品中的数量：对于这种管内由于浓度差引起的一维的扩散过程，可以近似用费克扩散定律描述,顺序输送,6.3.2 混油浓度的分布规律,q1,q2,顺序输送,引入变量 代入方程中解方程得定解条件在 的任一时刻，在x=0处，Z=0，KB=0.5；在 的任一截面上，t0时，Z，KB=0。C2=0.5 6.3.3 紊流扩散系数（P275）,顺序输送,6.4 管道终点混油的接收与销售6.4.1管道终点的混油浓度 管长L，流速为V，则终点距0界面的距离 设0界面从管道起点流到终点所经历的时间间隔为t0，L=Vt0，则：设：则：t t0 取 则,顺序输送,因此有：当输送条件

18、一定时，某一特定管道终点所流出的油流浓度KA或KB仅是（时间）的函数。理论上是对称的。,1-Ped=100；2-Ped=1000，3-Ped=10000,顺序输送,实测值不对称，产生很长的一个混油尾痕,顺序输送,6.4.2管道终点的混油量和混油长度 管道终点的混油量与所讨论的混油段的浓度范围有关。混油所占据的管段长度称为混油长度。显然，管道终点的混油量（混油长度）是个条件性的参数。预先确定的混油头、混油尾的切割浓度范围不同，管道终点产生的待处理的混油量也就不同。（1）混油量理论计算公式 混油段头到达管道终点截面的时间为t1，混油段尾通过管道终点的时间为t2，则在管道内形成的混油量Vh为,顺序输

19、送,相对混油量：混油量与管道容积Vg之比。上式为管道终点处任意浓度范围内混油量的计算公式。Z1、Z2是油品KA、KB的函数。如已知混油的浓度范围，可由式（628）计算Z值或由表6-1查得Z1、Z2值，代入上式，即可求得已知浓度范围内的混油量。,顺序输送,混油浓度与Z值,顺序输送,在对称浓度范围内，有Z1=Z2。公式可得到进一步简化。以99%1%为例 另外，由概率积分函数：则：而：所以：因此对于对称浓度，理论混油量计算公式为,顺序输送,代入不同的有效扩散系数计算公式，可得有关混油量不同的计算公式。按上式计算所得的混油量Vh与生产中测得的混油量相比，一般偏小。这是由于希兹基洛夫紊流扩散系数计算式对

20、管壁处层流边层造成混油的影响估计不足。因而对公式引入修正系数，于是混油量可按下式计算,顺序输送,雷诺数越小，层流边层越厚，因流速分布不匀所增加的混油量就越多，值就大。由于层流边层内的液量不多，它主要影响对称浓度范围较宽的混油段的混油量，对较窄浓度范围的混油量影响不大。如以C代表混油段长度，则,顺序输送,（2）混油量的经验计算公式 奥斯汀（Austin）和柏尔弗莱（Palfrey）收集并分析了有关顺序输送管道的大量实验和生产数据，给出了混油量的经验计算式。在整理这些数据时做了如下规定：混油的粘度按下式计算，并由此粘度计算雷诺数。不考虑输送顺序对混油的影响 根据对称浓度条件，把前行油品浓度为991

21、范围内混油长度定义为混油段的长度。,顺序输送,顺序输送,在规定的对称浓度范围内，管内径d、管长L和雷数Re是影响混油量的主要因素。对于某一特定的顺序输送管道（即d、L为定值），雷诺数对混油长度的影响大致有两个不同的区域。在每一区域内，Re和无因次量 C2/Ld在对数坐标系统中均呈直线关系。把C2/Ld值随雷诺数降低而缓慢增大的区域称为“平滑区”，在该区域内，直线的斜率为0.2，所以图中“平滑区”内C2/Ld与Re的关系可用下式表示,顺序输送,把C2/Ld值随雷诺数的降低而急剧增大的区域称为“陡斜区”、在该区域内直线的斜率为1.8。无因次量C2/Ld值不仅决定于Re值，还和管径有关，其函数关系可

22、用下式表示两个区交点处混油长度相等，由两个区的计算公式可得：把Rej称为临界雷诺数，低于该雷诺数时为“陡斜区”，混油长度随雷诺数的降低而急剧增加；高于该雷诺数时为“平滑区”，混油长度随雷诺数的降低，增长缓慢。,顺序输送,在“平滑区”内，混油的形成主要是由于沿管道长度方向两种油品分子的紊流扩散。而“陡斜区”的雷诺数大致在水力光滑区的范围内，这时由于层流边层的液体流速远低于液流中心部分，管壁附近滞后的液体将使混油量急剧增加。而边层的厚度又取决于管径和雷诺数，即(层流边层厚度)dRe-0.875 因而在雷诺数相同的情况下，管径越大、边层越厚、管道的混油量亦越多，这可从图6-5“陡斜区”内不同管径有不同的C2/Ld和Re的关系曲线看出。,顺序输送,结论：对某一直径的管道而言，在紊流区内有两个混油特点不同的区域，即“平滑区”和“陡斜区”。由“平滑区”向“陡斜区”的过渡是急剧发生的，某一已知管道内两种油品交替时，其油品的混合特点可由临界雷诺数来判别，管径不同，其临界雷诺数亦不同。为了减少混油量，管道应在大于临界雷诺数情况下运行。不论在图6-7的那一个区域，混油长度均与管道长度（即界面移动距离）的平方根成正比。,顺序输送,(3)影响混油产生的因素 物理化学性质、流动状态、管道长度 输送次序 首站的初始混油 中间泵站对混油量的影响 停输对混油量的影响,顺序输送,顺序输送,顺序输送,