原油儲罐加熱盤管的節能改造

閆冰（大慶油田工程建設有限公司建材公司石油石化設備廠）

石油是當今社會主要的燃料，也是多種化工產業的重要原材料之一，可以說，石油工業是一個國家工業體系的命脈。我國幅員遼闊，地下有著豐富的原油資源，然而直接從地下開采出來的原油是不能夠使用或燃燒的，必須要經過加工提煉等一些列環節之后才能走向市場供給消費者使用。由于我國石油資源分布情況比較分散，而且大多數油田所處的位置都是山區野外等環境比較惡劣的地區，這些地區是不適宜建造煉油加工企業的。所以原油開采出來以后，必須通過相當一段時間的運輸，集中到煉油企業。原油的運輸多是將原油裝入特制的儲油罐中，再通過汽車、火車或其他交通工具運送到煉油企業[1]。

由于原油一般儲藏在很深的地下，地表深層的溫度較之于地面要高出很多，當原油被開采出來置于儲油罐中時，由于溫度的降低，原油會凝結成塊而不再保持液體狀態，所以在利用儲油罐對原油進行運輸時，都要對原油進行不間斷的加熱保持一定的溫度從而防止原油凝結?，F如今最普遍的加熱方式是在儲油罐的罐底安裝加熱管對原油進行加熱，然而這種方式進行加熱會產生巨大的能源浪費，因而有必要對傳統的加熱系統進行節能改造。

1 傳統加熱方式對能源的浪費

傳統儲油罐對原油的加熱方式是在油罐的底部安裝加熱管，通過蒸汽或其他方式對運輸中的原油提供熱能，保持原油的溫度，這種加熱方式存在明顯的不足之處。

1.1 原油由于含有較多雜質，成分比較復雜，其流動性極差，影響加熱的效率

大家印象中應該都有這樣的感覺，就是原油不像加油站出售給顧客的成品油那樣干凈且富有流動性，而是給人一種黏糊糊的感覺，那么這種情況下的原油流動性是很差的。傳統的在儲油罐罐底安裝加熱管的方式，熱能只能在罐底附近傳遞給原油，然后通過原油的自身受熱后的熱對流，交換熱量，使全部的原油都能得到熱量從而防止原油凝結。正如前文所述，原油自身的流動性相當差，要通過原油自身的熱對流來實現整罐原油的加熱耗時相當長，往往熱量還未傳輸的儲油罐上層原油的時候，下層熱油已經涼的差不多了。所以，由于原油本身的缺乏流動性，通過儲油罐罐底安裝加熱管的方式對原油進行加熱的方法不僅加熱效率不高，而且會造成能源的巨大浪費[2]。

1.2 原油中含有的水分對加熱產生的不良影響

原油開采出來之后，其本身不僅僅含有各種各樣的碳化合物，還含有大量的水分。由于原油是不能溶解在水中的，所以當儲油罐中的原油經過加熱之后，水和原油會分離而在儲油罐中出現分層現象。又由于水的密度比原油的密度要大，所以在儲油罐中，水處于下層而原油位于上層。這樣，儲油罐底部的加熱管在對原油進行加熱的時候首先受熱的是水而不是原油，熱量首先是通過水傳遞給原油的。由于水本身不是很好的導熱材料，通過他來向原油傳遞能量效率不高。同時水與原油不能互溶而是存在明顯的上下分層，這進一步降低了熱量傳遞的效率。再者，水的沸點是攝氏一百度，遠遠低于原油的沸點，這就給我們的加熱又設置了一道障礙，加熱的熱量源必須控制好，不能過高。所以原油中的水分會給罐底加熱造成很大的影響。

1.3 底部加熱原油的直接受熱范圍過小

原油罐裝運輸中通常所使用的儲油罐是圓形桶狀結構，其與運輸工具的接觸部分即罐底的面積很小，相較于罐體中部最大的橫截面而言還不足橫截面面積的一半，由于罐底面積的限制，在罐底安裝加熱管，數量受到嚴格的限制。同時儲油罐中原油直接受熱的量很少，這樣一來，勢必會造成加熱管心有余而力不足的情況。

2 加熱管分層分段的優點

傳統的在儲油罐罐底安裝加熱管對原油進行加熱的方式效率非常低，而且造成了能源的極大浪費。因此極有必要對這一傳統方式進行節能改造，提高原油的開采和運輸效率，節約資源。一個很好的方式就是將原有的安裝在罐底的加熱管，進行改造，使其不再是只限于安裝在罐底，而是分層安裝在整個儲油罐中，這樣的改造具有很明顯的優點。

2.1 增加了原油的受熱面積

傳統的罐底安裝加熱管的加熱方式，原油直接受熱的量只局限于油罐底部的少量原油。通過對加熱管的分層改造，可以在儲油罐空間的各層都安裝加熱管，這樣無論是處于油罐下層還是油罐上層的原油都可以直接并且迅速地受熱。原油直接受熱量的增加避免了間接通過介質傳熱造成的能量損耗[3]。

2.2 避免了原油對流性差造成的加熱效率低的問題

原油的對流性很差，傳統的罐底加熱的方式需通過原油的對流，下層的原油受熱之后由于體積膨脹密度變小而上浮，上層的原油下沉，從而使整罐油都被加熱，這樣的過程效率慢而且能源浪費極大。通過對加熱管的分層改造，在各個油層都安上加熱管，這樣無論處于哪一層的原油都可以同時直接受熱，而不再需要通過原油自身的對流傳熱，通過對流傳熱不僅速度慢，而且效率低，極易造成能源浪費。

2.3 避免了原油中水分對傳熱的阻礙

由于原油與水在受熱之后相互分離并在儲油罐中分層，而且由于水的密度大使水全部留在儲油罐底部，從罐底對原油進行加熱的時候先受熱的是水，再通過水向原油傳輸熱量。通過對加熱管分層改造后，使原油直接與加熱管接觸，直接受熱，而不再需要通過水的傳導。

2.4 易于對加熱過程靈活控制，避免浪費

傳統的加熱方式，通過油罐底部安裝的加熱管，由于隔著一層水，無法實時監測油罐內整體的受熱情況，通俗的來說，就是“閉著眼睛”加熱，不論儲油罐中油的溫度如何，需不需要繼續供熱，都一直不停地像原油輸送熱量。這樣極易造成巨大的浪費。通過對加熱管的分層改造，加熱管實現了與儲油罐中原油最大程度上的接觸，這樣通過安裝在加熱管上的熱敏元件就可以實時監測油罐內原油的溫度，從而決定是否繼續加熱，加熱力度多大等等。這樣一來，便可以大大節約資源。

3 對加熱管的分層分段節能改造

3.1 加熱管的設置

要改變原有的只在油罐底部安裝加熱管的方式，將原有的底部一層加熱盤管變為多層立體式的結構，即在油罐內部每隔一定高度設置一層加熱盤管。

1）加熱管的設置密度，首先應與加熱管所處罐體的橫切面的面積成正比，例如位于儲油罐中部的加熱管分布就應當密集一些，而隨著向油罐頂部和底部的延伸，加熱管分布就應當越來越稀疏。同時，加熱管的設置要充分考慮到原油受熱后的流動情況，由于原油受熱后，體積膨脹，密度減小，因此它會上浮。基于此，油罐上部的加熱管應該比下層布置的略密一些，這樣，上層的原油接受的能量更多，溫度上升的快一些，下層的原油受熱慢，溫度低一些，就可以減少油層的對流。

2）設立加熱管高度自動調節裝置。在油罐內部立體式的增設加熱管之后，需要輔之以自動調節設備。一般儲油罐起運時都是滿油狀態，但是不能確保所有的儲油罐都是滿油狀態，況且，油罐車隨時可能卸下一部分原油，所以儲油罐中儲存的油量是隨時可能發生變動的，所以應當根據儲油罐中油量的多少靈活調節加熱管的高度。

3.2 分層分段式加熱管的控制

1）對分層分段式加熱管進行控制。要根據儲油罐內油位高度及油水界面的高度升降，實時對各層段加熱盤管進行靈活合理的控制，實現原油加熱盤管節能改造后的功能。當某加熱層段上方無液體或某層段內的液體溫度達到預設的溫度時，停止對該層位的加熱，即使該層位的加熱盤管停止工作。為了充分利用熱能，可控制對水層的熱量輸入，對處于水層的加熱盤管進行流量控制或關斷水層加熱盤。

2）加熱管輔助性元件的利用。對加熱管的分層改造不只是管道本身的改造，還要配備有智能控制系統，包括檢測、控制、執行等元件。在選用元器件時，首要考慮的是安全性和可靠性。原油生產中，原油儲罐是一個充滿易燃易爆介質的容器，只有在絕對保證設備安全運行的前提下，對該設備的節能降耗改造。

要利用檢測元件如液位檢測探頭、溫度傳感器、油水界面檢測元件及管力傳感器、流量傳感器等實時監測儲油罐中的溫度、液位等情況，再通過控制單元對各檢測信號進行處理、并根據處理結果對執行元件進行操作控制。

隨著原油開采和利用力度的不斷提升，對原油利用效率的要求越來越高。而原油運輸中的能源損耗越來越大，傳統的原油加熱方式已經無法滿足現代的要求，利用現代技術，對傳統加熱方式進行改造，輔之以現代化的管理方法，提升原油運輸過程中的加熱效率。

[1]嚴偉麗.常減壓裝置的腐蝕與防腐[C].中國石油化工股份有限公司常減壓蒸餾技術論文集,2009:144-154.

[2]鄧壽祿,王貴生.油田加熱爐[M].北京:中國石化出版社,2011:41-42.

[3]趙欽新,李衛東,惠世思.燃油燃氣鍋爐結構設計及圖冊[M].西安:西安交通大學出版社,2012:25-27.