长吉输油管道优化运行研究

原油长距离运输的主要方式是通过热油管道来运输,在运行过程中,热油管道的运行能耗主要是电能消耗和燃料油消耗。电能消耗增加,则相应的燃料油消耗减小,电能消耗减小,则相应的燃料油消耗增加。因此加热原油管道优化运行对节能降耗和降低长输热油管道运行成本具有重要意义。在对长吉输油管道系统分析的基础上,建立了长吉输油管道优化运行的数学模型,将这个数学模型看作二维资源分配问题,即把全线总压头和全线总热负荷在各站间进行最优分配,运用动态规划的方法求解。在考虑长吉线的现有设备基础上,提出在3个加热站各安装一台进口泵,并进行优化计算。计算结果表明,该模型具有实际应用价值。     

原油管道安全优化运行研究

加热输送是目前输送高粘易凝油品普遍使用的方式。热油管道在实际运行过程中,管道的能耗费用 主要包括输油泵的动力费用和加热炉的燃料费用。对于一条热油管道,在工艺流程、设备配置、外部环境条件等因 素给定的前提下,随着工艺运行方案的变化,相应的电费与燃料费往往按相反的方向变化。建立了以各站进站温度 为决策变量,以输油总能耗最小为目标函数的管道优化运行数学模型,并应用动态规划法来求解优化模型。实现了 输油管道优化运行的目的,使加热原油管道系统处于安全、经济的最佳运行工况。     

土壤温度场对管内热油流态分布的影响

土壤温度场随季节呈周期性变化,在长输热油管道运行周期内,不同土壤温度场下的管道运行工况不同。当设定出站油温时,管内牛顿流体、非牛顿流体油流长度及进站油温均随土壤温度发生变化。模拟热油管道与周围土壤相互作用下的复合温度场,分析了管道在不同土壤温度场下的散热情况,建立数学模型并分析了不同土壤温度场的管内热油流态分布及进站温度的变化。依据计算结果,调整出站油温可实现整体优化,为输油管道运行投产提供理论依据。     

加热原油管道停输热力计算

在加热原油管道停输过程中 ,油品温度下降 ,粘度上升 ,有时甚至出现冻管事故 ,常常给再启动带来困难。合理地进行热油管道停输后的温度计算 ,模拟原油的凝固过程 ,有利于确定安全停输时间 ,制订再启动方案。针对加热原油管道停输后油品、管道及周围介质的相互关系和它们的不稳定传热 ,提出了热力计算的数学模型。该模型综合考虑了有关物性参数随温度的变化以及在冷却过程中油品的凝固问题。采用保角变换和盒式积分法对数学模型进行了处理 ,并构造出问题的差分方程。通过数值计算分析管道停输后油品冷却和冷凝规律 ,运用文中所提出的方法 ,对加热原油管道停输温度变化和冷凝过程进行了计算 ,与实测数据和文献中计算方法相比 ,该计算结果更符合实际情况     

安全停输时间的数值计算

输油系统出现故障,进行抢修或是输油设备进行定期维修都要求停输。停输可作为输油管道运行管理的一种手段,但停输引起的一些问题也应特别注意,尤其是如何确定安全停输时间成为停输工艺的关键。热油管道停输后,管内存油的温度下降,粘度上升。当存油温度降到一定程度时,管道再启动工作就会变得十分困难,甚至发生凝管事故。输油管道安全停输时间计算的准确与否直接影响到管线安全运行及效益,该项计算极其复杂,需要综合考虑整个输油系统各方面的因素。根据热油管道的流动特征,建立了热油管道停输数学模型,并用追赶法计算安全停输时间,从而为指导生产防止凝管事故发生提供了科学的依据。计算结果与实测数据基本相符     

西部原油管道冷热油交替输送过程温度场

热原油管道温度场的准确计算对管道的安全运行具有重要意义.建立了描述冷热油交替输送过程中非稳态水力、热力问题的数学模型,开发了计算软件,并对西部原油管道交替输送4种原油进行了模拟计算.结果表明:考虑不同管道运行历史得到的管道沿线油品温度最大偏差一般出现在进站位置,即管道加热站间距离越长,建立同样精度的温度场需要的管道运行历史越长.在当前算例范围内,考虑前一个月的管道运行历史计算得到的温度场即可满足工程精度要求.由于任意位置温度场的计算偏差都会累积到进站位置,因此随着站间管道距离的减小,初始温度场对运行过程的影响趋弱.     

多约束条件清管周期优化模型研究

建立了多约束条件清管周期优化模型,同时考虑了管道运行的动力费用、热力费用以及单次清管费用等经济性条件和最大蜡沉积厚度小于2mm等安全性条件。利用多约束条件清管周期优化模型对某含蜡原油管道冬季不同输量和进站温度的清管周期进行计算,综合考虑管道运行的经济性和安全性,给出了合理的清管周期。研究表明,输量减小,清管周期先增加后减小;进站温度升高,清管周期增加。同时研究了燃料油价格、电力价格和单次清管费用等价格因素对清管周期的影响。电力价格增加会导致清管周期减小,燃料价格和单次清管费用增加会导致清管周期增加。     

不加热输油管道最佳清管周期影响因素研究

通过室内蜡沉积实验,建立了适用于杰诺原油的蜡沉积模型,并在满足安全运行的基础上,以日平均动力费用及日平均清管费用的总和即日平均运行成本为目标函数,建立了不加热输油管道的清管周期模型。结合临濮线临邑至赵寨子的站间运行数据,分析了不同出站温度、输量和季节对管道最佳清管周期的影响。结果表明,出站温度的降低会使管道日平均运行成本增加和最佳清管周期延长,输量的增加会使管道日平均运行成本增加和最佳清管周期缩短,地温的升高会使管道日平均运行成本先减小后增大,最佳清管周期延长。     

含蜡热油管道低输量时结蜡对能耗的影响

结蜡现象对含蜡热油管道的运行能耗存在着两个方面的影响。其正面影响是管道结蜡层的存在，将降低管道总传热系数，使热力费用减少；负面影响是结蜡层会使管道的通流截面积减小，摩阻增大，所耗动力费用增加。特别是当管道长期处于低输量、偏离经济流速运行时，结蜡层的存在会对管道的热能及压能消耗产生更为显著的影响。为探讨结蜡层对管道运行经济性的影响规律，通过对比低输量下有无结蜡层时的管道能耗费用，并以节省的能耗费用最大为目标，建立了求解管道低输量运行时的经济结蜡厚度的数学模型。算例的计算结果表明，当管道输量低于设计值时，都对应着一个经济结蜡厚度，使得管道运行的能耗费用最省；同时在一定输量范围内，当输量下降的幅度越大时，其经济结蜡厚度亦随之增加，并且所节省的能耗费用亦越多。此模型为确定热油管道低输量时的经济结蜡厚度及经济清蜡方案提供了一定的理论依据。     

浅谈辽河油田燃料结构调整的工艺技术

辽河油田年产原油1200万吨以上，其中2／3以上为稠油和超稠油。稠油和超稠油在开采、储运、运输过程中要求的操作温度高，需要有加热系统。长期以来，加热系统所需的燃料为原油和天然气，导致自用燃料油、燃料气消耗大，油气商品率低。全油田目前每年因加热开采所消耗的原油超过100万吨，预计到2010年，将达到160万吨原油。在石油行业与世界接轨的市场经济和目前国际原油价格一直处于高位的形势下，这种高消耗、高成本的燃料结构严重制约辽河油田的快速可持续发展和油田的总体经济效益。[第一段]     

浅谈辽河油燃料结构调整的工艺技术

辽河油田年产原油1200万吨以上,其中2/3以上为稠油和超稠油.稠油和超稠油在开采、储运、运输过程中要求的操作温度高,需要有加热系统.长期以来,加热系统所需的燃料为原油和天然气,导致自用燃料油、燃料气消耗大,油气商品率低.全油田目前每年因加热开采所消耗的原油超过100万吨,预计到2010年,将达到160万吨原油.     

冷热油交替输送加热方案的经济比选

针对冷热油交替输送工艺中加热方案的确定问题,建立了冷热油交替输送管道的热力、水力计算模型,采用有限容积法和热力特征线法对非稳态热力、水力耦合问题进行了数值求解,参考国内某原油管道现场实测数据对程序进行了检验.通过模拟不同加热方案的原油进站温度随时间的变化,分析了加热方案的可行性;按对低凝原油加热时是全部加热还是油尾部分加热提出了2种加热控制方式,研究了采取不同加热控制方式时最低加热能耗的变化规律.结果表明:在取得最佳加热方式时,对低凝油油尾部分加热所消耗的燃料油比对低凝油整体加热的要少.     

同沟敷设原油和成品油管道三维温度场的数值模拟

热油管道周围温度场是管道停输再启动及管道安全运行的基础,只有准确掌握管道周围的温度场分布,才能使管道安全运行,避免凝管事故的发生。在同沟敷设管道中,常温输送的成品油管道必将影响热原油管道的温度场,因此同沟敷设管道的温度场与单根输油管道的温度场不同。为了准确掌握同沟敷设原油和成品油管道的温度场,以国内某同沟敷设管段为研究对象,采用Gambit软件的非结构化网格技术和F1uent软件的标准-模型对同沟敷设管道的三维温度场进行数值模拟。通过与相同条件下单根原油管道的温度场比较,分析成品油管道对同沟敷设原油管道的影响。     

输油管道各加热站输油温度的优化计算

以节能降耗为目的，以热力费用、动力费用之和最小为衡量指标，建立了输油管道优化运行的数学模型，通过计算机编程运用MDCP法对各加热站的输油温度进行了优化计算。该计算方法速度快、准确度高、在实际应用中取得了令人十分满意的结果。     

长输热油管道运行方案的优化

对于输油计划已定的热油管道,输油能耗主要包括输油泵的动力费用和加热炉的燃料费用。在保证安全及时完成输油任务的前提下,如何使输油总能耗达到最小,对于降低企业输油成本具有非常重要的意义。以降低能耗为目的,以热力费用与动力费用之和最小为目标函数,建立了长输热油管道优化运行模型,并采用两层嵌套法来求解,即穷举出各种可能的开泵方案作为外层嵌套,将进站温度的优化作为内层嵌套。对于外层嵌套的每一种开泵方案,用动态规划法优化出内层嵌套的各站进站温度,从而计算出一个总能耗费用;遍历各种开泵方案得到不同的总能耗费用,所有能耗费用中的最小者即为最优解。根据所建模型编制了相应软件,为加热原油的长距离优化输送提供了决策依据。     

含蜡热油管道低输量时结蜡对能耗的影响

结蜡现象对含蜡热油管道的运行能耗存在着两个方面的影响。其正面影响是管道结蜡层的存在 ,将降低管道总传热系数 ,使热力费用减少 ;负面影响是结蜡层会使管道的通流截面积减小 ,摩阻增大 ,所耗动力费用增加。特别是当管道长期处于低输量、偏离经济流速运行时 ,结蜡层的存在会对管道的热能及压能消耗产生更为显著的影响。为探讨结蜡层对管道运行经济性的影响规律 ,通过对比低输量下有无结蜡层时的管道能耗费用 ,并以节省的能耗费用最大为目标 ,建立了求解管道低输量运行时的经济结蜡厚度的数学模型。算例的计算结果表明 ,当管道输量低于设计值时 ,都对应着一个经济结蜡厚度 ,使得管道运行的能耗费用最省 ;同时在一定输量范围内 ,当输量下降的幅度越大时 ,其经济结蜡厚度亦随之增加 ,并且所节省的能耗费用亦越多。此模型为确定热油管道低输量时的经济结蜡厚度及经济清蜡方案提供了一定的理论依据     

冷热原油交替输送土壤温度场重建研究

建立冷热油输送管道的土壤截面模型,利用CFD软件模拟夏冬季节冷热原油交替输送土壤温度场的变化情况,以及再次改输热油时温度场的重建情况。模拟结果表明,冬季改输冷油后热油管道形成的温度场120h基本被破坏;夏季改输冷油后热量消耗缓慢,由于地温较高,可继续对冷油放热,温度场不能完全被破坏。当冬季土壤温度场被破坏,再次输送热油时,需要提高热油温度,以保证输送安全。以长吉输油管线冬季情况为例,输冷油240h后土壤温度场完全被破坏,再次输送热油时,将出站热油提高到53℃,输送30h后,即可以恢复到先前的稳定热油温度场。在实际输送过程中,可以把交替输送中的温度场变化作为确保输送安全的参考依据之一。     

用有限元法计算埋地热油管道土壤温度场

埋地热油管道土壤温度场计算是研究热油管道停输再启动及间歇输送的重要组成部分。通过分析埋地热油管道的几何特性建立了热油管道土壤温度场数学模型和求解边界条件。并使用ANSYS有限元软件求解该数学模型。其中,在建立数学模型时,把埋地热油管道土壤温度场简化为二维非稳定传热问题,在求解边界条件中充分考虑了地面温度随季节变化以及土壤温度随深度和季节而变化等诸多因素的影响。通过对土壤温度场一个运行周期的计算可求解出在运行周期内某时刻土壤温度场的温度分布,也可以求解出土壤中任意点在整个运行周期中的温度变化情况。方法简便易行、运行稳定可靠。这些问题的求解为研究热油管道间歇输送过程中确定停输时间以及再启动等问题奠定了基础。     

冷热原油长距离顺序输送动态传热特性数值研究

冷热原油顺序输送对土壤温度场的要求及其严格,这也是确保冷油过后,热油能否安全进站的关键。基于传热学和流体动力学,建立了埋地管道流动与传热控制方程,数值模拟了冷热原油顺序输送过程中管道沿线不同位置轴向油温及土壤温度场的动态变化过程。研究表明,随着出站油温的冷热交替周期运行,管道沿线不同位置 的管内油温及周围一定范围内的土壤温度场呈现周期性变化,并存在一定的时间或空间滞后性,且对于低输量运行的管道来说,超过一定输送距离后,输送温度趋于一致;在热油-冷油交替输送过程中,热油受前端冷油的影响,热油头进站温度最低,这是管道安全运行方案应考虑的主要因素。     

津华管道冷热油交替输送工艺应用研究

针对管道冷热油交替输送过程,建立了数学计算模型并编制了计算程序,对津华管道交替输送冀东原油(热油)与进口原油(冷油)过程进行了水力热力模拟计算;从安全性和经济性等方面,对于不同输送方案进行了比选和确定。研究结果表明,当交替输送循环达到2~3次后,进站油温将呈现周期性的变化;对于前行的冷油(进口原油)进行提前加热或适当热油(冀东原油)输送批量,都可提高交替输送的安全性。通过比选,确定了津华管道冬季适宜的冷热油交替输送方案。