重質油品蒸汽保溫系統操作優化研究

劉 偉 高 飛

（中化中石化上海東方石化儲運有限公司，上海 200137）

重質油品蒸汽保溫系統操作優化研究

劉 偉 高 飛

（中化中石化上海東方石化儲運有限公司，上海 200137）

以380#燃料油為研究對象，對重質油品儲罐和輸送管道保溫系統的優化操作和油品的輸送效果進行了研究，并對現有物料溫度管控方案進行了優化。

重質油品；蒸汽保溫系統；優化操作；節能

油品運輸的節能問題一直是石化行業所研究的重點課題。重質油品由于其黏度較大，其輸送和儲存過程耗能更甚。中化中石化上海東方石化儲運有限公司（以下簡稱為“D公司”）總罐容達24.5萬m3，其中用于儲存重質油品的儲罐罐容約8萬m3。

D公司所有重質油品儲罐均采用雙管線盤油工藝，管線上均覆蓋保溫層，保溫層內通兩根蒸汽管線用于管線內物料的加溫。每月船發重質油品20船次左右，可在日常收發重質油品的過程中采集到大量的具有代表性的研究數據。

一、管道保溫系統開閉和油品輸送試驗

1.試驗條件和設備簡介

對蒸汽管道保溫系統的節能以及工藝計算的相關研究主要集中在油品管道保溫系統的理論工藝計算以及試驗模擬上，而對實際生產作業中蒸汽保溫系統開閉狀態對生產作業效率的影響進行的研究較少。本次試驗選取了D公司的T301儲罐、P402螺桿泵、LP8管道等作為試驗主要設備，試驗設備模型如圖1所示。

盤油：泵提供動力使物料在儲罐—進泵管線—泵—出泵管線—碼頭—回罐管線—儲罐的閉環輸送系統里循環流動，從而保證管線內已灌滿物料，進而保證收發貨時儲罐計量的準確性。

發船：將位于儲罐內的物料利用管道和輸油泵等工藝設備運輸至船舶的物料倉內。

2.管線內物料維溫試驗

（1）管線內物料溫升速度概況

圖1

開啟管線蒸汽保溫系統后，管線內物料的溫度上升速度會受到很多因素的影響，除了季節氣候的變化外，影響較大的因素還包括物料初始溫度、所用蒸汽的質量參數（壓力、溫度等）、蒸汽流量、保溫層材質（傳熱系數）、保溫層的厚度、油管管壁厚度、保溫蒸汽管的安裝形式和安裝質量。其中，影響最大的為保溫層的厚度，其次為蒸汽流量。

根據相關研究結果，管線保溫系統的工作效果很大程度上還會受到保溫管道結水垢厚度等因素的影響。

由于試驗所用管道的腐蝕程度、結蠟、結水垢等情況未知，蒸汽質量參數不穩定，管道蒸汽保溫系統的安裝情況復雜，安裝質量具有較多不確定性，故本試驗不再進行相關熱力計算。試驗結論僅圍繞已投用設施進行相關規律總結，從而對實際生產工作進行指導。本次試驗僅對3～5月的LP8管線內物料溫度上升速度進行統計分析。得出開啟保溫系統后，LP8管線內物料的平均上升速度K。然后根據如下公式得出開啟保溫加溫系統的時間提前量T。

T=（開泵最低要求物料溫度-現物料溫度）/K

在3～5月進行的一系列管線內物料加溫試驗可幫助總結氣溫在12～24℃之間時，開啟蒸汽保溫系統后管線內物料的溫度上升速度。部分典型試驗數據如表1所示。

表1

根據所有試驗數據分析可知外界氣溫對管線內物料溫升速度影響較大，故可根據外界氣溫范圍，在12～16℃、16～20℃、20～24℃三個區間內對管線內物料溫度上升速度進行獨立分析。相關結果如下。

①當外界氣溫t滿足12≤t＜16℃時，開啟管道蒸汽保溫系統后，試驗管道內物料溫升速度可概況為：K1=1.4（℃/h），生產作業中可取1.1℃/h.

②當外界氣溫t滿足16≤t＜20℃時，開啟管道蒸汽保溫系統后，試驗管道內物料溫升速度可概況為：K1=1.5（℃/h），生產作業中可取1.2℃/h。

③當外界氣溫t滿足20≤t＜24℃時，開啟管道蒸汽保溫系統后，試驗管道內物料溫升速度可概況為：K1=1.6（℃/h），生產作業中可取1.3℃/h。

（2）管線保溫系統提前開啟時間量規律

根據實驗結果可知，發船前D公司重質油品輸送管道保溫系統的提前開啟時間量可遵循以下結論（在蒸汽質量參數等外在重要條件均和試驗進行時相符的情況下）。

①當外界氣溫t滿足12≤t＜16℃時，開啟管道蒸汽保溫系統的時間提前量T=(開泵最低需求溫度-現管線內物料溫度)/1.1℃/h。

②當外界氣溫t滿足16≤t＜20℃時，開啟管道蒸汽保溫系統的時間提前量T=(開泵最低需求溫度-現管線內物料溫度)/1.2℃/h。

③當外界氣溫t滿足20≤t＜24℃時，開啟管道蒸汽保溫系統的時間提前量T=(開泵最低需求溫度-現管線內物料溫度)/1.3℃/h。

二、盤油試驗

1.盤油試驗方案和數據分析

沒有發船計劃時，物料輸送管道的蒸汽保溫系統均處于關閉狀態。當接到發船計劃后，根據管道內物料的溫度現狀和開泵發船時管道內物料所需溫度，提前一定時間開啟保溫系統，從而在節約蒸汽的情況下，保證可正常開泵發船。本試驗所探索的即不同外界條件下（管道內物料溫度、外界氣溫、蒸汽壓力等）開啟保溫系統的提前時間值和開泵時管道內的最低要求溫度。

影響盤油效果的主要因素有泵進、出口管線內物料的溫度和儲罐內物料的溫度等，其中泵進口管線內物料溫度對于開泵后初始階段的運行效果影響較大。對于泵內物料溫度，根據所用螺桿泵的相關技術規范要求，其最低允許啟泵溫度為35℃。

出于風險控制的考慮，本試驗在其它試驗條件不變的情況下，每次將某一試驗變量的溫度值降低3℃。泵開啟后，若流量、泵出口壓力、電流等數據均正常，則說明盤油成功，后續可正常發船。若泵出口壓力在1min內持續高于0.65MPa，或在10min內持續高于0.55MPa，則說明盤油失敗，必須立即停泵。進而說明在此工況下不能滿足正常盤油和發貨要求，須將保溫系統開啟時間量提前。

表2

部分典型盤油試驗數據如表2所示（數據采集時間為開泵后10min）。

2.盤油試驗小結

開泵盤油作業中，對盤油結果影響較大的因素為泵進口管線內的物料溫度，遠比泵出口管線內的物料溫度更為關鍵。若進口管線內的物料溫度過低，將直接導致盤油失敗。

由試驗數據分析可知，當下列條件有一項不滿足時均不能正常開泵盤油、發船。

①儲罐內物料溫度須大于等于38℃。

②泵進口管線內物料溫度須大于等于35℃。

③泵出口管線內的物料溫度須大于等于30℃。

三、發船試驗

1.發船試驗相關數據

在有些工況下，雖能進行開泵發船，但開泵后發船流速較小，發船效率過低，這些工況也不能滿足正常生產需求。在成功進行盤油和開泵發船后，取開泵10min后的流量數據作為開泵后的流速來研究某一工況下開泵發船的效率，效率過低無法滿足客戶裝貨時間要求，則作為發船失敗的案例，在相應的操作中應加大開啟保溫系統的提前時間量，將盤油和發船時的管線內物料溫度作相應的提高。

開泵發船后，若流量在10min內未達到100m3/h以上，則發船效率過低，須在今后的相同操作中改善作業條件，加大保溫系統的提前開啟時間量。較為理想的發船狀態是在開泵10min后流量達到250～450m3/h，開泵30min后，流量穩定在400m3/h左右。

在盤油試驗結束后，試驗人員對緊隨其后的開泵發船作業的相關數據進行了記錄，其結果如表3所示（數據采集時間為開泵后10min）。

表3

表4

圖2

圖3

2.發船數據匯總分析

在進行發船作業時，盡可能多的采集到各種工況條件下的發船作業數據，進而在眾多發船數據中進行篩選，比較各種作業條件對正常發船作業的影響程度，從而得出各條件的最低必要條件。經過采集和整理多次發船相關數據，將具有代表性的一些試驗數據匯總分析（表4、圖2）。

通過以上數據分析知罐內物料溫度對發船速度的影響最大。為驗證此結論，試驗采集了一些生產作業中的實際發船數據，并在此基礎上進行了一些新的試驗。為歸納罐內物料溫度對發船速度的影響程度，這些試驗均保持其它試驗條件（泵回流開啟度、泵進口管線內物料溫度控制在35～40℃之間等）不變，僅改變罐內物料溫度，記錄整個發船過程中的平均速度得到圖3。

分析可知，開泵初始流速受出口管線內物料溫度的影響比較大，滿足前文所得結論。

3.發船效率總結

（1）流量穩定后的平均發船速度基本由油罐內物料溫度決定。

（2）為保證發船速度滿足生產基本需求，在進行發船作業時，罐內物料溫度在大于38℃的基本要求后，以大于40℃為最佳。

（3）當罐內溫度介于40～45℃之間時，發船效率可較好的滿足生產需要。當罐內溫度大于45℃后，若溫度繼續上升，發船速度已不能有較大提升。

四、結語

結合試驗結果，D公司生產部對在庫物料管控方案進行了部分優化。例如，將儲罐內物料溫度的管控下限值由40℃調整為38℃；在進行盤油操作時，可根據試驗的相關結論進行差異化操作，改變了以往盤油前開啟整條盤油流程上的蒸汽保溫系統的粗放式操作方法。在結合季候天氣特點，有意識的運用以上結論進行合理調節后，3個月總蒸汽用量同比降低24.1%，經濟效益明顯。

[1]張猛響.管道保溫的節能優化設計[J].石油化工設計，2012,29（4）：16-17.

[2]戚學貴，譚曉勇，徐宏等.保溫系統及外保溫管體系性能優化技術評述[J].天然氣工業，2007，27(4):108-111.

[3]戚學貴，譚曉勇，徐宏.外保溫管保溫系統傳熱特性及優化的數值研究[J].煉油技術與工程，2006，36(3):43-47.

[4]蘇海濱.蒸汽保溫系統的設計[J].中國高新技術企業，2012，（12）：22-23.

[5]吳曉姝，秦威，姚堯等.油區地熱資源用于管道保溫系統的技術研究[J].當代化工，2013,42（5）：580-583.

[6]田玉江.油田集輸系統利用地熱保溫技術研究[D].中國石油大學（華東）碩士學位論文，2009.

[7]田玉江，王照亮，李曉升.原油管道保溫工藝熱力分析[J].工業加熱，2012,41（1）：39-4 2.

[8]秦凱，楊代軍.原油輸送及罐區保溫系統的方案比選[J].石油庫與加油站，2012.12,21（6）：6-7.

[9]顧先青，王文歡，曹絳敏等.火電廠帶有蒸汽保溫的重油燃油系統節能潛力分析[J].節能技術，2009，（7）：28-30.

[10]劉曉燕，張蘭雙.稠油集輸保溫管道軸向溫度及保溫效果影響因素分析[J].熱科學與技術，2007,6（3）：224-226.

[11]譚曉勇.外保溫管保溫強化技術研究及應用[D].上海：華東理工大學.2006.

[12]RADLEJ.Steamtracingkeepsfluidsflowing[J]. ChemicalEngineering，1997，104（7）：94-97.

[13]王雷，吳明，賈馮睿等.稠油保溫管道結構參數對停輸過程的影響[J].油氣儲運，2013，32（7）：704-708.

[14]吳明，陳永慶，陳保東.保溫輸送油管保溫層最優經濟厚度的探討[J].油氣儲運，1993，12（2）：46-52.

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