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高黏原油和轻质原油配比管输工艺的方案分析

来源:作者:发表时间:2019-10-15 16:58:09

摘 要 :针对我国多产高黏原油,传统管道加热输送技术难、能耗高、安全稳定性差的特点,为实现原油管道安全高效地运行,分析了轻质原油和高黏原油配比管输工艺方法。通过罐混和泵混的方案比较,得出更具推广价值的配比管输方法。
我国所产原油大部分是黏稠的重质原油 [1] 。其安全输送和节能长久以来是我国油气储运界所面临的主要技术难题。高黏原油在常温下流动性很差,传统上最常用的方法是采用加热输送,虽然行之有效,其弊端是燃料消耗很大,输量可变的范围小,如发生事故停输会凝结,酿成管道堵塞等灾难性后果。近年来,我国在探索高黏原油节能、安全输送领域取得显著进展,如原油乳化降黏减阻技术、在管壁处形成稳定低黏液环技术、轻度改变稠油分子结构技术、剪切输送处理、磁处理、输送处理、掺稀释剂降黏等 [2] 。另一方面,随着我国原油进口量快速增长,进口原油占比越来越大,而进口原油大多为轻质油,将国产高黏原油和进口轻质原油配比调合后输送的方案能起到稀释及降黏减阻的目的,又避免了加热输送带来的巨大能耗。在近年完成的山东某大型原油商储库的设计中,就采用了此方案为下游长输管道提供配比调合后的原油输送。
1 高黏原油的输送
1.1 高黏原油的流动特性及物性
高黏原油的特点是沥青质和胶质的含量比较高,轻质烃类组分少。因此流动性特点为在常温状态下,黏度比较高。黏度随着温度的降低而升高,其流动性也渐渐失去。
根据原油特性因数 K 值,可以将原油划分为三种,即石蜡基、中间基和环烷基。其中环烷基原油多为高黏原油,特点是密度大(20 ℃时密度大于930 kg / m 3 ),凝固点低,黏度高。根据原油的物理特性,以密度为标准,又可将原油分为四类 :轻质原油、中质原油、重质原油、特稠原油,其中重质原油和特稠原油均为高黏原油,其密度大于 930 kg / m 3(20 ℃ 时)。
1.2 高黏原油的输送难点
高黏原油由于其高黏度的流动特性。在管道输送中,为降低黏度,减少管道水力摩阻损失,为增加原油流动性,最常用的方法是对长输管道保温伴热,以及采用添加稀释剂调合的方法来降低黏度。但是这些方法缺点很多,安全性无法满足,耗能巨大,针对长距离管道的输送,将高黏原油与轻质油进行调合配比后混合输送,既达到了改善原油流动性差的问题,又达到安全高效、低能耗的目的 [3] 。
2 配比混输工艺
高黏原油与轻质原油按一定的配比进行混合后,凝点、黏度、反常点都有所下降 [4] 。目前常用的油品调合工艺有罐混和泵混两种方式。在原油长距离输送时,由于储罐至长输泵通常距离较远,沿程摩阻较高,且长输泵的必需气蚀余量很大,需设置给油泵向长输泵喂油。在向炼厂输送原油时,由于炼厂界区压力条件高,输送泵的扬程设置在 30 m 以上,综合经济合理的因素,通常也要设置给油泵给输送泵喂油。且这两种配比输送工况无论罐混方式或泵混方式,原油出罐需先经过给油泵加压,再通过长输泵或输送泵外输。
2.1 罐混调合方式
罐混调合方式即将高黏原油和轻质油按照计算的比例进行调合,通过泵将两种油品调合至一个罐中,利用罐内设置的搅拌设施,再用泵将原油进行循环搅拌,使其混合均匀,采样分析罐中的油品质量指标,合格后经给油泵加压输送至外输泵。如检验不合格,则通过计算,继续调合不同组分的原油进混油罐,并循环操作。罐内混合油品周转流程如图 1 所示。采用该方式调合原油可以使储罐液位保持在相对合理的高度,比较有利于给油泵的平稳运行,减少各种不安全因素如管道超压、油罐抽空事故。但用此方法调合的原油不易混合均匀、油罐上中下采样化验结果差异大。占用储罐的数量多,使得周转能力下降,而且储罐呼吸会造成油品蒸发损耗及环境的污染。
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2.2 泵混调合方式
泵混调合方式是将储存在不同储罐中不同品种的原油,经过计算或经验确定调合配比量,通过各自的给油泵将油品送出,利用自动化仪表控制各个给油泵出口阀门在线流量调节阀,使支管的外输量按要求的输出比例进行配比,并进入总管,达到调合的目的,给油泵配比输送流程如图 2 所示。泵混方式配输比例的控制需要通过给油泵出口调节阀控制流量以实现配输比的准确性。调节阀的调节方式有自动配比方法、流量配比方法以及手动配比方法 [5] 。
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考虑到高黏原油和轻质原油来源的不确定性、物性差异以及每根外输管道单独进行配比调节的需要,经过比选优化,设置给油泵数量以及流量扬程大小。
还有一种泵混调合方式是将不同储罐中的不同品种的原油抽出,在给油泵进口阀门之前的各自管线中分别经流量计和调节阀调节流量后,经总管至给油泵进口管线由泵加压通过流量计计量后外输。这种方法的优点是给油泵的出口压力稳定,出口阀门保持稳定开度,流量计前的管道流量稳定,计量准确,更有利于计量原油的出库量。缺点是由于流量计和调节阀安装的位置在给油泵进口管线,致使管线压头损失增加,需要采取有效措施来满足给油泵的必需汽蚀余量,来避免给油泵发生气蚀现象。采用泵混调合输送改善了罐内混合时为满足不同的配比管输工艺而带来的储罐占用严重,储罐利用率低,配比不合格的弊端。
3 罐混与泵混的方案比选
高黏原油与轻质原油的调合配比混输工艺中选择罐混调合工艺或泵混调合工艺,以某原油库为例,主要储存了两种原油,一种是黏度为 350 mm 2 / s(20 ℃)的高黏原油,另一种是黏度为 23 mm 2 / s(20 ℃)的轻质原油,通过方案比较择优选配比输送方 案。
以山东某大型原油商储库为例,在高黏原油与轻质原油的调合配比混输工艺中到底是选择罐混调合工艺还是泵混调合工艺,通过方案比较择优选择配比输送方案。
该商储库设置了 32 个 1×10 5 m 3 的储罐储存了两种原油,其中 16 个储罐储存国产高黏原油,另外 16 个储罐储存进口轻质原油。为满足长输管道外输流量 2×10 7 t / a 的要求,以及不同品种原油配比(5∶5、6∶4、7∶3)输送的实际需要,配置 4台给油泵,流量分别为一台 2 800 m 3 / h,一台 2 200m 3 / h,两台 1 500 m 3 / h。以原油轻重比 6∶4 的原油配比将1×10 5 m 3 的原油输送至长输管道入口处为例,展开罐混与泵混的方案比选。
3.1 调合配比计算
首先,简单介绍原油 6∶4 的配输比例的计算方法,该比例是根据混合后原油需要达到的目标黏度,计算出高黏原油和轻质原油的百分比。其中目标黏度为 577 mm 2 / s(20 ℃),高黏原油的黏度为350 mm 2 / s(20 ℃),轻质原油的黏度为 23 mm 2 / s(20 ℃)。根据油品 H 值计算法,可以计算出混合油品在同一温度下相对应的 H 值,H 值与油品混合比成线性关系。H 值的计算公式如式(1)所示 [6] :
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所需混合比为高黏原油 40%,低黏原油 60%,即原油轻重比为 6∶4。
3.2 罐混调合方案
在原油库中利用一台 1×10 5 m 3 储罐作为混油罐,罐内有旋转喷射器,通过泵抽取油品打循环来达到搅拌调合的目的。将轻质原油和高黏原油通过两台流量为 1 500 m 3 / h(电机功率为 450 kW)的倒罐泵按 6∶4 的比例进入混合罐。计算得出需要耗时66.6 h,耗电量为 29 970 kW · h。再将混合罐内的原油通过流量为 2 800 m 3 / h(电机功率为 800 kW)的给油泵送出,计算得出需要耗时 35.7 h,耗电量为28 560 kW · h。将 1×10 5 m 3 的原油通过罐混调合送至长输管道入口处,所需要的时间和耗电量详见表 1所示。
3.3 泵混调合方案
为实现配送比例 6∶4 的需要,利用一台流量为2 200 m 3 / h(电机功率为 630 kW)的给油泵将一个储罐中储存的轻质原油抽出,同时,另一台流量为1 500 m 3 / h(电机功率为 450 kW)的给油泵将另一个储罐中储存的高黏原油抽出,通过给油泵并联操作将原油送出。计算得出将 1×10 5 m 3 的原油通过泵混调合送至长输管道入口处,所需要的时间和耗电量详见表 1 所示。
3.4 方案比选
采用不同的配比方式罐混和泵混将原油库中1×10 5 m 3 原油按 6∶4 的配比输送至长输管道入口,计算得出两种调合方案消耗的时间和耗电量如表 1所 示。
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由表 1 可以看出,泵混方案耗时少,用电量最少。无论从时间还是能耗上该方案都为优先选用的方案。最终,该原油商储库采用泵混配比方案,为实现操作需要,在原油出库时设置了高精度容积式流量计作为计量设施,用于原油出库计量使用。在每台给油泵的出口上同时设置调节阀和流量计,此处的流量计是为了计量泵出口管道的流量,流量信号传送至调节阀在线调节,通过控制给油泵出口调节阀的设定进行比例调节来实现不同输送量下的原油配比要求。
4 结论
目前,国内原油大多为高黏原油,管道输送能耗高、难度较大。同时我国原油进口量也不断增加。大部分进口的原油流动性好,黏度低。采用高黏原油和轻质原油配比输送工艺简单易行,技术成熟,有利于长输管道的高效安全运行。其中泵混配比输送相较于罐混合配比输送具有配比准确、储罐利用率高、配比调节灵活、耗时少、能耗少的优点,具有更高的推广价值。
 
 
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