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含蜡原油管道清管周期优化与影响因素

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摘要:论述了含蜡原油管道清管周期优化及影响因素,建立了油品管道运输成本的函数。含蜡原油在管道运输的过程中,管道内的蜡沉积是一个沉积与剥离同时存在的动态过程。当原油输量、环境温度与出站温度逐渐升高时,管道内原油流速增大,蜡沉积速率降低。选择合适的清管周期,使得管道运行成本最低,要在增大清管周期的同时保证其运输的燃料费用及动力费用不增加。

关键词:含蜡原油;蜡沉积;清管周期

管道运输是原油最常见的运输方式,有油品输量大、能量消耗低、输送距离长等优点。在管道输送含蜡原油的过程中,管道内温度逐渐降低,油品中蜡晶溶解度也逐渐减少,当油品温度降至该油品的析蜡点后,原油中的蜡开始结晶析出。蜡的结晶伴随油品温度的降低而逐渐降低,最终联接形成网状结构,沉积在管壁上,使管道流通面积减少,降低管道流量,严重增加原油的输运成本,同时也可能造成管道堵塞停运等事故。当管道内结蜡层达到一定厚度时,必须对管道进行清管处理,以保证管道的安全平稳运行,同时减少管道的运行动力费用增加管道的输量。

1建立目标函数和约束条件

油品运输管道在运行过程中其运行费用主要由泵机组的动力费用、加热炉的燃料费用和清管费用组成。由于蜡沉积会会使管道运行的动力和热力处于动态变化中,从降低能量消耗和减少输油成本两方面考虑,确定经济清管周期的标准是保证管道输油成本最低。

2影响因素分析

2.1管道内蜡沉积的影响因素分析

原油中的蜡主要分为石蜡(晶形蜡)、微晶蜡(地蜡)、液蜡、石油脂和特种石油蜡五大类,其中石蜡和微晶蜡是最基本的结晶产品。影响蜡沉积的主要因素有原油温度,流速,管道材质,运行时间等。当原油处于析蜡高峰温度时,蜡沉积速率较大;当原油处于析蜡点温度或凝点温度时,蜡沉积速率相对较小。原油流速的增加使剪切作用增强,结蜡层由于原油的剪切作用的剥离而逐渐变薄;相比于紊流,在层流的情况下原油流速较小,产生的剪切作用强度相对较弱,因而剥离的结蜡层也较少,所以含蜡原油管道内的蜡沉积过程是一个蜡沉积与剥离共同存在的动态过程。

2.2输量对经济清管周期的影响分析

当管道内输量基本保持不变的情况下,随着管道的运行,管道内的结蜡层厚度增加,管道的实际流通面积减少,随着管道运行,管道内沿程摩阻增大,动力消耗增加,由于蜡层具有保温作用,使管道总传热系数减小,管道热力消耗减小,管道运行所需的燃料消耗逐渐降低,故而燃料费用逐渐减少,此时的燃料费用在管道运行成本中所占的比例比动力消耗费用大,故运行的总费用在降低。由于单次清管费用保持不变,管道的输量越大,清管周期越长,单位清管费用也越低。

2.3温度对经济清管周期的影响

管道运输中管道内耳朵结蜡层相当于在管道内增加保温层,管壁上结蜡层厚度随着管道运行不断加厚,使管道内热力损失不断减小,燃料消耗降低,热力费用不断降低;而单次清管费用不变,随运行时间的增长,管道清管利用率更高,由于燃料费用在管道运行成本中所占的比例较大,因此总运行成本降低。管壁结蜡层达到一定厚度时,结蜡层厚度的增加对管道散热影响较小,此时由于结蜡层的堵塞使管道有效流通管径减小,在输量一定的情况下,管道中原油流速增加,摩阻损失增大,甚至可能改变原油在管道内的流型,使得所需要的动力增大,动力费用增加,摩阻增大导致的动力消耗增长将抵消燃料下降的收益,因此输油成本增加;在出站油温不变的情况下,结蜡层的保温作用可以使析蜡初始时刻延后,降低结蜡速率,增大清管周期。故在清管时可以选择留下部分沉积层,增大管道的保温作用,可以降低管道的输运成本。

2.4季节对经济清管周期的影响

季节可以影响管道运输中的环境温度。在保证输量和进出站油温相同的情况下,夏季温度高,管道运行的环境温度高,管道内的原油与外界温差小,散热速率慢,蜡沉积速率比冬季蜡沉积速率慢,经济清管周期较长。冬季管道内原油、管壁与环境之间温差较大,原油温度下降较快,管道内热力损失较大,其粘度也会相应增加,使得动力费用增加,管道内的结蜡速率较快,经济清管周期减小。故清管周期与季节变化有关:冬季运行费用高于夏季,清管周期较夏季短。

3结语

含蜡原油在管道运输过程中蜡沉积速率受原油温度、流速、管道材质、运行时间等影响。通过对蜡沉积速率,管道输量,温度、季节等因素的考虑,选择合适的经济清管周期可以有效控制能量消耗,降低原油的运输成本。

参考文献:

[1]周诗岽,王树立.热含蜡原油管道经济清蜡周期计算[J].油气储运,2006,25(8):15-17.

作者:王力 单位:西安石油大学

管道技术与设备杂志责任编辑:张雨    阅读:人次