重质油品蒸汽保温系统操作优化研究

2015-12-27刘伟高飞

中国设备工程 2015年5期

关键词：蒸汽保温管线

刘伟高飞

（中化中石化上海东方石化储运有限公司，上海 200137）

重质油品蒸汽保温系统操作优化研究

刘伟高飞

（中化中石化上海东方石化储运有限公司，上海 200137）

以380#燃料油为研究对象，对重质油品储罐和输送管道保温系统的优化操作和油品的输送效果进行了研究，并对现有物料温度管控方案进行了优化。

重质油品；蒸汽保温系统；优化操作；节能

油品运输的节能问题一直是石化行业所研究的重点课题。重质油品由于其黏度较大，其输送和储存过程耗能更甚。中化中石化上海东方石化储运有限公司（以下简称为“D公司”）总罐容达24.5万m3，其中用于储存重质油品的储罐罐容约8万m3。

D公司所有重质油品储罐均采用双管线盘油工艺，管线上均覆盖保温层，保温层内通两根蒸汽管线用于管线内物料的加温。每月船发重质油品20船次左右，可在日常收发重质油品的过程中采集到大量的具有代表性的研究数据。

一、管道保温系统开闭和油品输送试验

1.试验条件和设备简介

对蒸汽管道保温系统的节能以及工艺计算的相关研究主要集中在油品管道保温系统的理论工艺计算以及试验模拟上，而对实际生产作业中蒸汽保温系统开闭状态对生产作业效率的影响进行的研究较少。本次试验选取了D公司的T301储罐、P402螺杆泵、LP8管道等作为试验主要设备，试验设备模型如图1所示。

盘油：泵提供动力使物料在储罐—进泵管线—泵—出泵管线—码头—回罐管线—储罐的闭环输送系统里循环流动，从而保证管线内已灌满物料，进而保证收发货时储罐计量的准确性。

发船：将位于储罐内的物料利用管道和输油泵等工艺设备运输至船舶的物料仓内。

2.管线内物料维温试验

（1）管线内物料温升速度概况

图1

开启管线蒸汽保温系统后，管线内物料的温度上升速度会受到很多因素的影响，除了季节气候的变化外，影响较大的因素还包括物料初始温度、所用蒸汽的质量参数（压力、温度等）、蒸汽流量、保温层材质（传热系数）、保温层的厚度、油管管壁厚度、保温蒸汽管的安装形式和安装质量。其中，影响最大的为保温层的厚度，其次为蒸汽流量。

根据相关研究结果，管线保温系统的工作效果很大程度上还会受到保温管道结水垢厚度等因素的影响。

由于试验所用管道的腐蚀程度、结蜡、结水垢等情况未知，蒸汽质量参数不稳定，管道蒸汽保温系统的安装情况复杂，安装质量具有较多不确定性，故本试验不再进行相关热力计算。试验结论仅围绕已投用设施进行相关规律总结，从而对实际生产工作进行指导。本次试验仅对3～5月的LP8管线内物料温度上升速度进行统计分析。得出开启保温系统后，LP8管线内物料的平均上升速度K。然后根据如下公式得出开启保温加温系统的时间提前量T。

T=（开泵最低要求物料温度-现物料温度）/K

在3～5月进行的一系列管线内物料加温试验可帮助总结气温在12～24℃之间时，开启蒸汽保温系统后管线内物料的温度上升速度。部分典型试验数据如表1所示。

表1

根据所有试验数据分析可知外界气温对管线内物料温升速度影响较大，故可根据外界气温范围，在12～16℃、16～20℃、20～24℃三个区间内对管线内物料温度上升速度进行独立分析。相关结果如下。

①当外界气温t满足12≤t＜16℃时，开启管道蒸汽保温系统后，试验管道内物料温升速度可概况为：K1=1.4（℃/h），生产作业中可取1.1℃/h.

②当外界气温t满足16≤t＜20℃时，开启管道蒸汽保温系统后，试验管道内物料温升速度可概况为：K1=1.5（℃/h），生产作业中可取1.2℃/h。

③当外界气温t满足20≤t＜24℃时，开启管道蒸汽保温系统后，试验管道内物料温升速度可概况为：K1=1.6（℃/h），生产作业中可取1.3℃/h。

（2）管线保温系统提前开启时间量规律

根据实验结果可知，发船前D公司重质油品输送管道保温系统的提前开启时间量可遵循以下结论（在蒸汽质量参数等外在重要条件均和试验进行时相符的情况下）。

①当外界气温t满足12≤t＜16℃时，开启管道蒸汽保温系统的时间提前量T=(开泵最低需求温度-现管线内物料温度)/1.1℃/h。

②当外界气温t满足16≤t＜20℃时，开启管道蒸汽保温系统的时间提前量T=(开泵最低需求温度-现管线内物料温度)/1.2℃/h。

③当外界气温t满足20≤t＜24℃时，开启管道蒸汽保温系统的时间提前量T=(开泵最低需求温度-现管线内物料温度)/1.3℃/h。

二、盘油试验

1.盘油试验方案和数据分析

没有发船计划时，物料输送管道的蒸汽保温系统均处于关闭状态。当接到发船计划后，根据管道内物料的温度现状和开泵发船时管道内物料所需温度，提前一定时间开启保温系统，从而在节约蒸汽的情况下，保证可正常开泵发船。本试验所探索的即不同外界条件下（管道内物料温度、外界气温、蒸汽压力等）开启保温系统的提前时间值和开泵时管道内的最低要求温度。

影响盘油效果的主要因素有泵进、出口管线内物料的温度和储罐内物料的温度等，其中泵进口管线内物料温度对于开泵后初始阶段的运行效果影响较大。对于泵内物料温度，根据所用螺杆泵的相关技术规范要求，其最低允许启泵温度为35℃。

出于风险控制的考虑，本试验在其它试验条件不变的情况下，每次将某一试验变量的温度值降低3℃。泵开启后，若流量、泵出口压力、电流等数据均正常，则说明盘油成功，后续可正常发船。若泵出口压力在1min内持续高于0.65MPa，或在10min内持续高于0.55MPa，则说明盘油失败，必须立即停泵。进而说明在此工况下不能满足正常盘油和发货要求，须将保温系统开启时间量提前。

表2

部分典型盘油试验数据如表2所示（数据采集时间为开泵后10min）。

2.盘油试验小结

开泵盘油作业中，对盘油结果影响较大的因素为泵进口管线内的物料温度，远比泵出口管线内的物料温度更为关键。若进口管线内的物料温度过低，将直接导致盘油失败。

由试验数据分析可知，当下列条件有一项不满足时均不能正常开泵盘油、发船。

①储罐内物料温度须大于等于38℃。

②泵进口管线内物料温度须大于等于35℃。

③泵出口管线内的物料温度须大于等于30℃。

三、发船试验

1.发船试验相关数据

在有些工况下，虽能进行开泵发船，但开泵后发船流速较小，发船效率过低，这些工况也不能满足正常生产需求。在成功进行盘油和开泵发船后，取开泵10min后的流量数据作为开泵后的流速来研究某一工况下开泵发船的效率，效率过低无法满足客户装货时间要求，则作为发船失败的案例，在相应的操作中应加大开启保温系统的提前时间量，将盘油和发船时的管线内物料温度作相应的提高。

开泵发船后，若流量在10min内未达到100m3/h以上，则发船效率过低，须在今后的相同操作中改善作业条件，加大保温系统的提前开启时间量。较为理想的发船状态是在开泵10min后流量达到250～450m3/h，开泵30min后，流量稳定在400m3/h左右。

在盘油试验结束后，试验人员对紧随其后的开泵发船作业的相关数据进行了记录，其结果如表3所示（数据采集时间为开泵后10min）。

表3

表4

图2

图3

2.发船数据汇总分析

在进行发船作业时，尽可能多的采集到各种工况条件下的发船作业数据，进而在众多发船数据中进行筛选，比较各种作业条件对正常发船作业的影响程度，从而得出各条件的最低必要条件。经过采集和整理多次发船相关数据，将具有代表性的一些试验数据汇总分析（表4、图2）。

通过以上数据分析知罐内物料温度对发船速度的影响最大。为验证此结论，试验采集了一些生产作业中的实际发船数据，并在此基础上进行了一些新的试验。为归纳罐内物料温度对发船速度的影响程度，这些试验均保持其它试验条件（泵回流开启度、泵进口管线内物料温度控制在35～40℃之间等）不变，仅改变罐内物料温度，记录整个发船过程中的平均速度得到图3。

分析可知，开泵初始流速受出口管线内物料温度的影响比较大，满足前文所得结论。

3.发船效率总结

（1）流量稳定后的平均发船速度基本由油罐内物料温度决定。

（2）为保证发船速度满足生产基本需求，在进行发船作业时，罐内物料温度在大于38℃的基本要求后，以大于40℃为最佳。

（3）当罐内温度介于40～45℃之间时，发船效率可较好的满足生产需要。当罐内温度大于45℃后，若温度继续上升，发船速度已不能有较大提升。

四、结语

结合试验结果，D公司生产部对在库物料管控方案进行了部分优化。例如，将储罐内物料温度的管控下限值由40℃调整为38℃；在进行盘油操作时，可根据试验的相关结论进行差异化操作，改变了以往盘油前开启整条盘油流程上的蒸汽保温系统的粗放式操作方法。在结合季候天气特点，有意识的运用以上结论进行合理调节后，3个月总蒸汽用量同比降低24.1%，经济效益明显。

[1]张猛响.管道保温的节能优化设计[J].石油化工设计，2012,29（4）：16-17.

[2]戚学贵，谭晓勇，徐宏等.保温系统及外保温管体系性能优化技术评述[J].天然气工业，2007，27(4):108-111.

[3]戚学贵，谭晓勇，徐宏.外保温管保温系统传热特性及优化的数值研究[J].炼油技术与工程，2006，36(3):43-47.

[4]苏海滨.蒸汽保温系统的设计[J].中国高新技术企业，2012，（12）：22-23.

[5]吴晓姝，秦威，姚尧等.油区地热资源用于管道保温系统的技术研究[J].当代化工，2013,42（5）：580-583.

[6]田玉江.油田集输系统利用地热保温技术研究[D].中国石油大学（华东）硕士学位论文，2009.

[7]田玉江，王照亮，李晓升.原油管道保温工艺热力分析[J].工业加热，2012,41（1）：39-4 2.

[8]秦凯，杨代军.原油输送及罐区保温系统的方案比选[J].石油库与加油站，2012.12,21（6）：6-7.

[9]顾先青，王文欢，曹绛敏等.火电厂带有蒸汽保温的重油燃油系统节能潜力分析[J].节能技术，2009，（7）：28-30.

[10]刘晓燕，张兰双.稠油集输保温管道轴向温度及保温效果影响因素分析[J].热科学与技术，2007,6（3）：224-226.

[11]谭晓勇.外保温管保温强化技术研究及应用[D].上海：华东理工大学.2006.

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