热油管道再启动过程研究.pdf
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《热油管道再启动过程研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热油管道再启动过程研究.pdf(5页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第 4 3 卷第 1期 2 0 1 4年 1月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a 1 I n d u s t r y V O 4 3 N 0 1 J a n u a r y,2 0 1 4 热油管道再启动过程研究 林 浩 ,陈玉霞 ,程文学 ,安 杰 。 ( 1 中国石化管道潍坊输油处 ,山东 潍坊 2 6 1 0 0 0 ; 2 中国石油大学 ( 北京 ) , 北京 昌平 1 0 2 2 4 9 3 中国石油工程设计有限公司北京分公司 ,北京 海淀 1 0 0 0 8 5) 摘 要: 为计算含蜡原油管道再启动过程压力,需要对原油的屈服过
2、程 、压力沿管道的传播过程、原油 的触变过程和管道的清管过程进行分析。 对国内外再启动模型进行总结并分析其与实际运行的差异。为准确 计算热油管道再启动压力 ,还需对各个影响因素的定量表征等进行完善。 关键词:热油管道;再启动;模型 中图分类号:T E 9 8 2 文献标识码: A 文章编号: 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 4 )0 1 0 1 0 0 0 5 Re s t a r t o f Ge l l e d W a x y Cr u d e Oi l P i p e l i n e L I N Ha o , C HE N Y u - x i a , C HENG We n
3、 - x u e A N J i e ( i S i n o p e c PS TC We i f a n g Oi l T r a n s p o r t a t i o n De p a rtme n t , S h a n d o n g We i f a n g 2 61 0 0 0,Ch i n a 2 C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m( B e i j i n g ), B e i j i n g 1 0 2 2 4 9 ,C h i n a : 3 C h i n a P e t r o l e u m E n
4、 g i n e e r i n g C o , L t d B e i j i n g B r a n c h , B e i j i n g 1 0 0 0 8 5 , C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e f a c t o r s i n fl u e n c i n g t h e c a l c u l a t i o n o f t h e r e s t a rt p r e s s u r e o f wa x y c r u d e o i l p i p e l i n e we r e i n tro d u c e d , i n c
5、l u d i n g t h e y i e l d i n g p r o c e s s o f g e l l e d o i l ,p r e s s u r e wa v e p r o p a g a t i o n , o i 1 t h i x o t r o p y a n d t h e a b i l i ty t o me e t fl o w a c q u i r e me n t Th e r e s t a r t mo d e l s a t h o me a n d a b r o a d we r e s u mma r i z e d , a n d
6、t h e d i f f e r e n c e b e t we e n s i mu l a t e d r e s u l t a n d t h e a c t u a l o p e r a t i o n wa s a n a l y z e d T o g e t mo r e a c c u r a t e r e s u l t s , v a r i o u s i n fl u e n c e f a c t o r s s h o u l d b e q u a n t i t a t i v e l y c h a r a c t e r i z e d K e y
7、 wo r d s : W ax y c r u d e o i l p i p e l i n e ; Re s t a rt; M o d e l 管道运输是原油和成品油最主要 的输送方式 , 在石油储运中发挥越来越重要的作用。我国所产原 油 8 0 以上为含蜡原油,常采用加热方法来改善含 蜡原油的流动性。为保证管道操作系统的安全高效 运行,要求管道输送时保持连续、稳定的流量,避 免管线停输。然而在热油管道在运行过程中,不可 避免地会发生事故抢修、自然灾害和油田停电等情 况, 造成停输。热油管道停输后 ,由于管内油温不 断下降, 原油粘度增大、 蜡晶析出形成结构并胶凝, 管道再启动时的阻力
8、显著增加。如停输时间过长, 管道启动所需压力超过泵的扬程或管道强度,则正 常再启动失败, 需采用分段顶挤等事故应急处理措 施 。“ 凝管”一直是易凝高粘原油管道安全运行的 心腹大患。 从 2 0 世纪7 0 年代开始, 国内外储运工作者对含 蜡原油停输再启动问题进行了多方面研究 , 从不同 角度探讨了再启动过程中管内原油的流动情况。由 于含量原油停输再启动过程不仅涉及胶凝原油复杂 的流变性质,而且其热力性质与水力性质也是随时 间变化的,因此很难找到符合管道启动实际过程的 方法。含蜡原油管道的流动保障和流动安全评价技 术已成为 国内外研究 的热点 。 本文主要从再启动压力计算的影响因素及典型 的
9、计算模型两方面对前人所做的研究进行综述。重 点是再启动过程的描述及影响因素的分析。 1 管道停输后的再启动过程 对于停输时间比较短的热油管道,管内壁新的 凝油层没有生成。 另外, 由于管内原油的自然对流, 油温 比较均匀一致。所以此时再启动过程与一般液 体管道的启动过程无异。 对于停输时间较长、管内原油大部分已胶凝的 管道,一般是在管道允许的最大工作压力下,用热 油、低粘油品或热水作顶挤介质,以尽快把管内存 油顶挤出去口 。原油冷启动过程 由 4个主要组成阶 段,即压力沿管道的传播过程、原油的屈服过程、 粘度由初始状态裂降至平衡状态 ( 触变 ) 的过程和 管道的清管过程 。 1 1 胶凝原油
10、的屈服 由于原油中的蜡随温度降低而析出,使得胶凝 收稿 日期: 2 0 1 3 - 0 6 2 6 作者简介: 林浩 ( 1 9 8 8 一) ,男,山东潍坊人,助理工程师,2 0 1 1年毕业于中国石油大学 ( 华东 )油气储运专业 ,从事输油调度工作。E - m a i l l h 3 1 1 5 0 2 3 1 2 6 c o rn。 第 4 3卷第 1期 林 浩,等:热油管道再启动过程研究 1 0 1 原油具有一定的结构强度 。在对凝油施加压力时, 接近加压点的凝油首先受到泵压的作用。当剪应力 超过原油的屈服应力时 ,凝油才开始流动。 对屈服值的研究对于探讨估算管道再启动压力 的方法有
11、着重要意义。一些文献中假设施加于管壁 处的剪切应力不小于原油的静屈服值,管道即可再 启动,但此方法对于具有触变性的物料计算值偏于 保守。后来一些研究者从胶凝原油具有结构性和触 变性出发,综合考虑了结构充分裂降时和结构充分 建立时的触变屈服值,当所施加的管壁切应力不小 于 + 一 时, 管道立即启动;当小于 o + 一 时, 由于 启动过程中发生结构裂降, 管道会发生延迟启动。 还有学者通过实验研究认为含蜡原油不仅存在静屈 服应力和动屈服应力,而且还存在弹性极 限屈服应 力。C h e n g C h a n g 等 指出, 只有当所加载的管壁切 应力大于弹性极限屈服应力时,管道才能够启动。 李
12、 才等 通过室内环道试验证实管内凝油沿管长有初 始屈服段、屈服值裂降段和残余屈服段存在。他指 出用平均静屈服值计算胶凝原油管道再启动压力是 不符合实际的。 李传宪等 发现对相同结构强度的胶凝原油 , 其屈服应变随施加 的剪切应力或应力加载速率变化 很小,从而指出决定胶凝原油是否屈服流动的指标 是临界屈服应变,而不是屈服值。李传宪等 后来 又指 出屈服应力 比屈服应变能更直观反映胶凝结构 的强度,且能比较直接应用于输油管道停输再启动 压力的计算,因此屈服应力仍不失为反映原油低温 流动 I生的一个重要指标。 由于沿线油温不同,屈服过程也有所差异 ,屈 服值不同,可将管段分成若干小段, 逐段计算,全
13、 线启动压力之和为各段压降之和。 1 2 压力波的传播 靠近加压点的凝油屈服产生流动后 ,若压力还 足够高, 则压力波继续向前传播,凝油的屈服面不 断向前推进 。 胶凝原油管道中的压力波传播速度是建立启动 凝油管道计算模型的重要参数。胶凝原油的可压缩 性 比液态原油要大 ,并且管道停输后原油冷却收缩 导致管中可能出现高点拉空 ,另外蜡晶的析 出形成 结构而具有一定的强度,所以热油管道停输后初始 再启动的压力传递要比液态原油慢得多。压力波速 随着原油温度的降低 ( 结构强度的增加 ) 而减小, 还随传播距离的延长而明显衰减。至今有关文献中 对压力波传播速度观点并不统一,也没有公认的估 算胶凝原油
14、中压力传递速度的模式。 张国忠等考虑管子、流体的弹性变形和管内液 体的降温收缩 ,认为在对原油施加压力后 ,管 内液 体质量增加量包含填充管道受压膨胀后增加的管容 量所需的液体量、流体受压后其密度变化增加的液 体量及填充停输温降后产生的气体空间所需要的液 体量 。从质量守恒的原则出发,推导了热油管道 停输后启动压力波速的计算公式。 李才等在室内环道上进行了胶凝原油管道再启 动中压力传递过程试验研究,在试验分析的基础上, 指出压缩胶凝原油中的 “ 孔隙”是影响压力传递速度 的关键因素, 胶凝原油的阻尼作用和凝油屈服过程的 径向滞后是影响压力传递速度的两个重要因素 ,建 立了估算胶凝原油管道中压力
15、传递速度的模式。 : V ae n ( r y ( 2 ) 式 中: v o 称为表观压力传播速度, m。 v o= 1M 冗 为孔隙率。 蒋永兴 。 。认为管道中降温时原油收缩产生疏松 性 ,导致压力波传递速度减小,使原油最小启动压 力降低。 刘天佑等 通过分析得出启动压力与压力波 传播速度成比例,压力波传播速度降低可有效地减 小最小启动压力。C a w k e l l 等 也指出预测的流体可 压缩性越大, 所需启动压力越低。 可见, 未考虑原油 的的可压缩性计算的最小启动压力是偏于保守的。 1 3 胶凝原油的触变性 胶凝含蜡原油具有触变性,即在同一剪切速率 下表观粘度随剪切时间的延长而下降
16、并最终趋于稳 定 ;停止剪切后 ,随着静置时间的延长 ,原油结构 逐渐恢复至接近初始强度。屈服面向前推进时,早 已屈服的原有结构继续处于不断地裂降中,管壁剪 切应力比原油初始剪切应力小得多,在已屈服的凝 油中压力梯度逐渐下降,从而所施加的压力的大部 分都作用到后面管段的凝油上。 胶凝原油管道产生流动后,流量的恢复过程与 原油的结构裂降即触变性有密切关系,即原油触变 性与管道再启动有密切的关系。要保证管道的安全 运行, 就必须研究触变性原油停输再启动的压力计 算问题,即再启动过程管道摩阻的计算计入触变性 的影响。然而,不同原油的触变性不同,同一原油 1 0 2 当 代 化 工 2 0 1 4年
17、1月 在不同温度下的触变性不同,在不同剪应力作用下 原油触变结构裂降的速率不同,使得触变性原油的 非稳态流动计算是一个棘手的问题。 目前应用最多的是间接结构模式,用一个结构 参数来描述物料的结构状态,并用状态方程来描述 一定结构状态下剪切应力与剪切速率的关系。捷克 学者 H o u s k a 考虑了屈服应力和稠度系数的裂降建 立了触变模型,但没有考虑结构的不完全可逆性。 I f = f 0 + y 1 + ( + A K ) : (1 - w L Q f 式中: 结构充分裂降后的屈服应力; 一可触变的屈服应力。 赵晓东根据触变性原油具有结构的不完全可逆 性的特点,在 H o u s k a
18、模型中引入不可逆结构参数。 = Ty o + + K 丑 - 矿 ( 4 ) 訾 一 式中, 下标 1 表示可恢复结构的相应参数;下 标 2 表示不可恢复结构的相应参数。 考虑结构不完全可逆性的修正模型对含蜡原油 触变性的描述准确性高,但模型中参数数目较多, 计算再启动压力时常用 H o u s k a 触变模型。 1 4 清管过程 入口处高压压缩凝油使顶挤液流入管道,随着 时间的推移,被顶挤段逐渐减小被推出管道,称为 清管过程。 随着冷油被顶出管道, 流量将逐渐增大, 直至达到泵的正常排量,管道再启动成功。但是管 内原油在前进过程 中温度下降导致粘度上升、出现 触变性以及停输管道内的 “ 冷
19、油”被顶出管道前继 续冷却等原因, 都导致管道的流量恢复到正常水平 前需要一定的时间,若时间过长,可能会导致再启 动失败 。 1 5 小结 对于长距离输油管道 ,在对凝油施加压力后 , 胶凝原油结构的破坏是沿管道逐段产生的。对压力 波传播的准确分析,管道内原油屈服特性、触变特 性的认知,以及管段的分段对再启动压力有着重要 的影响。另外,由于管内原油存在径向温度梯度, 所以径向不同层的原油也具有不同的流变性。在轴 向 ,不 同位置处的原油经历 的热历史和剪切历史也 会有所差异。对于含蜡原油,蜡沉积一方面对原油 起到了保温作用减弱了温降,另一方面减小了管道 的流通面积增加了压降,在再启动计算中也是
20、不可 忽略的。这些因素的复杂作用,使要获得准确的水 力计算相当困难。 2 再启动水力计算 准确计算热油管道胶凝原油再启动压力的计算 方法一直受到国内外学者的关注,但至今很难找到 符合管道启动实际过程的方法。 2 1 国外研究现状 国外学者都是在 “ 水平管道等温、恒压”的前 提下针对再启动过程的水力问题展开研究 的,研究 以原油流变性变化为主分析再启动过程中管流特性 的变化,忽略了再启动过程中的原油温度变化。 S e s t a k等” 利用迭代法得到流量和启动时间的 关系,忽略了可压缩性、惯性等因素的影响以及启 动初始阶段压力波从管道首端传播到末端过程中管 内原油的可压缩性和沿线各处原油流动
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 热油 管道 启动 过程 研究
![提示](https://www.taowenge.com/images/bang_tan.gif)
限制150内