沈牛高凝原油长输管线设计概要
A Design Summary of Shen-Niu Pipeline for Crude 0il of High Pour Point
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摘要: 针对我国高减原的特点及管输沿线的地貌、地带气象条件。分析其特珠的流变性,认为高凝原油的输送温度必须高于凝国点,设计上提出以下技术措施确保安全输送。①各站设置水套加热炉。管道保温采用聚氨酯泡沫外加黄夹克,高压热稀油循环等②进用高强度钢管及对钢管的强度、热应力及稳定性的核算: ③在站内流动运行过程中各阶段的防凝和停运再启动,各设备的防凝保温等;④施工中的特殊要求, 试压后的清管预热及投油试运等。投产运行表明:设计所采取措施得当,施工达到了设计要求突破了高凝原油输送的技术难关,取得了较高的经济效益,为今后大规模开发高凝原油提供了实践依据。
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关键词:
- *(辽宁沈牛输油管线) /
- *〔高凝原油〕 /
- 凝固点 /
- *管线设计
Abstract: In consideration of the characteristics of our high pour point crude oil and the terrain, meterological conditions along the pipelines, it is assumed through analiysis of special rheological properties that the transporting temperature must be higher than the pour point. To garantee safe transportation there should be taken the following technical measures: 1. To install water jacket furnaces in pump stations, and to have pipelines insulated with yellow jacketed polyurethane and hot thin oil circulated at high pressure, etc, 2. To select steel pipes of high strength and make accounting of the properties of steel pipes such as strength, heat stress and stability; 3. To prevent solidification of oil at varied phases passing through a station and to have all apparatus insulated to keep them from soldification; 4. To meet special requirement in construction, do pipeline clearing and preheating after pressure test and trial operation。The commisioning operation shows. The measures taken in design are proper, and construction meet the requirement of the design. the technical hard nut in tran-sporting high pour point crude oil is broken with considerable economic efficiency, providing practical basis for developing such kind of crude oil on a large scale. -
我国第一条长距离输送高凝原油的沈牛输油管线, 全长51.4km,全线设首站、热泵站和末站8个泵站,该管线于1986年9月中旬正式投产,一次成功。投产运行以来,经受了严冬的考验,实践证明该项设计是成功的。不仅解决了沈阳油田当前急需解决的高凝原油输送难题, 并节省了大量汽车运输费用, 而且为我国开发高凝原油提供科学依据,并为高凝油品的输送积累了可靠的设计和实践经验。
一. 工程概况
1 管线沿途地貌
沈牛输油管线横过8个县,穿过两大河流, 穿越水利干渠5条, 跨越水利干渠3条, 穿越黑色路面9条。沿途水田、旱田各占一半。土壤为粘土和沙土。
2 设计参数
首站进油温度56℃,输出原油温度70℃~85℃热泵站和末站进油温度大于56℃, 平均输油温度65.7℃管线输油压力5 MPa, 管线设计压力6 MPa。
3 管线沿途地带气象条件
年平均气温8 ℃~8.8℃;年最高温度35℃~38.3 ℃;月平均最低温度―17.3℃(1月份);极限最低气温-30.6 ℃;最大冰冻深度-1.48 m;冰冻期10月上旬至次年4月下旬;年均降水量734.5mm;月最大降水量215.5mm;全年主导风向为西南风,冬季为北风。
二. 设计特点
1 保证高凝原油输送的热力条件
高凝原油吴有特殊的流变性。当原油在析蜡温度以上时,粘度很小; 低于析蜡温度时,原油髫赝塑性流体,在接近凝固点和凝固点以下有一定屈服性,原油属屈服赝塑性流体。高疑油在低予凝固点以下的温度输送时,其动剪切应力急剧上升,动力消耗骤增。为此,高凝原油的输送温度必须高于凝固点。
经过全面的技术经济论证,认为热力输送方式具有较成熟的现实条件。因此,本设计采用加热法输送高凝原油。为保证高凝原油输送的热力条件,采取以下的热力措施:
(1) 各站设置水套加热炉 使管线输送温度在到达末站时能高于凝固点(51℃)的5 ℃~10℃,保证油品流态为牛顿流体。
(2) 提高管线保温措施 全线管道用硬聚氨酯泡沫塑料40mm厚外加黄夹克,使K值达到1.047W /(m2·K)即〔0.9kcal /(m2·h· ℃)〕, 管道埋深在土壤冰冻线以下。
(3) 集油系统的热力条件 采用高压热稀油循坏的方式来达到。总循环热油量按站外油量规模确定为90m3/h时,出站压力4 MPa。循环热油出站后,经各计量站加热后送至各单位井,然后再循环返回首站。
(4) 高凝油卸车、储罐温度 高凝油卸车温度保持65℃以上,卸到零位罐后,由高凝油卸车泵打到加热炉升温至70℃。罐内储存高凝油维持在70℃。
(5) 油气集输系统的热力条件 油气混输进站为56℃,经加热炉升温到70℃后,进入油气分离器,再进入储油罐。
2 中温中压长输管道的热强度
为了维持高凝原油所要求的较高热力条件,相应地提高了对管道本体的特殊要求。根据管道的水力计算,要求管道工作压力能达到6 MPa。同时为了保证高凝油输送的热力条件,管道最高工作温度能达到85℃。
为了保证该长输管道在中温中压下的热强度,主要采取了如下的具体措施:
(1) 选用较高强度管材 选用日本工字焊直缝钢管(JISG 3454-1978,SJPG42),其中5.5km采用SJPG38钢管,管道最大工作压力为6.4MPa。
(2) 对管道的强度、热应力以及稳定性进行核算校验 通过稳定性核算,要求对于个别受地貌条件限制的管段,最小埋深不得小于0.8m,并采取适当稳管措施。在施工中严格检查埋设质量,埋深小于0.8m的管段要求返工,防止管道因热膨胀拱出地面。
通过埋地管道弹性敷设应力的校核,提出管道弹性敷设的最小曲率半径为250m, 对于因为施工受地形限制而使曲率半径ρ=100~150m的个别管段, 采用加地下锚固墩办法改善弯头的受力状况。
通过弯头受力分析和校核,在热油输送条件下,同时考虑到通球清管的要求:
弯头的弯曲半径为12倍管径; 管线转角大于80°,采用90°直角弯头; 管线转角小于25°,全部弹性敷设; 管线转角在25°~80°之间的尽可能弹性敷设,若受地形限制必须设弯头时,弯头两侧设锚固墩。
(3) 穿跨河流、公路要求 在所有出玊端以及穿跨河流、公路时,设置立体膨胀弯,单向胀力腿长度大于10m。穿河流采用复嬖管结构,在河床下采用弹性敷设,穿公路时加设保护套管。
3 站内维持高凝原油正常生产的安全技术措施
在特殊的热力条件下,与之相适应的各项配套措施。一是高凝原油在站内流动运行过程中各阶段的防凝固和停运再启动; 二是各种机泵设备的防凝固。
(1) 站内油管线的安装设计,完全避免“死油段”,全部高凝油管段及管件、阀门以及泵体,均采用美国瑞侃自限式电热带包缠,外包泡沫塑料保温壳,保证全部高凝油管线系统的介质温度能够维持在65℃以上。
(2) 选用了高凝油管段的置换流程,采用稀油或热水经外输泵打入站内各管段。
(3) 首站、中间站及末站设置清管器发收装置,以便定期通管清蜡。
(4) 在站内和管线各分管段上,设置加压解堵吹扫的预留接头。
(5) 压力表接管装设隔离液,流量计采用普通腰轮流量计外缠电热带保温。
(6) 油罐内采用立式加热器,防止油面表层的结蜡所形成“蜡盖”积累。
(7) 压力安全报警大于6 MPa,温度安全报警大于85℃。
(8) 将临时变电所建成简易变电所,对各站执行双回路电源供电。使供电等级成为一级负荷,保证事故状态下有1台外输泵工作,保证站内瑞侃电缆能连续长期运行。
(9) 输油泵的轴承温度因输送介质温度高而易于超过标准, 采用水冷方式来降温。
(10) 输油泵的轴承密封液封源另接管线,引用较低温度的介质作液封。
(11) 站内管线全部低架空敷设,便于维护。同时,在适当管段设置膨胀弯。
4 严格的投产措施和投油条件
(1) 施工技术要求 除了对管道的焊接、保温、防腐、消管及试压提出完整的技术要求外,还针对管道的特点提出以下措施:
a.为缩小敷管安装温度与投产后操作温度之间的温度差,改善工作条件,要求管道在回填土时,必须在上午11时至下午3时之间进行(施工期是3、4、5月份)。
b.为了增加土壤对管道的约束力,减少热变形,要求在回填土过程中,拖拉机碾压不少于8次。当管道出现向上凸起的弹性敷设时,其上凸点距地坪面应大于2m。
(2) 清管预热措施 在全管道进行整体试漏、试压合格后,用清水大排量方法冲洗管道,直到末端出水不含泥沙为止。管内干净后,通橡胶球进行清管。清管合格后,并用热水进行预热暖管。预热最高温度为85℃,略高于正常工作温度。宋站出水温度不低于56℃,全线预热10天,采用正、反输交替方式,每小时平均升温1℃~2℃。
(3) 投油情况 经9天时间的通热水暖管,测算K值为1.163w/(m2·K)。起点最高温度80℃, 末点温度为56℃。先用稀油输送, 继输高凝原油与稀油的混合油3小时,最后转入全部输送高凝原油。起输温度75℃, 末站进油温度58℃。经过15天投油运行后,经测定得知,沿线初步形成了一个半径约1 m的土壤温度场。
三. 投产运行简况
正常输油时,起点温度75℃~77℃,末站进油温度57℃~60℃。当中间站只进行加热作业时,首站输油压力4.7MPa。随着油田产量的增加, 为了提高输油管线的输送量,中间站需启动输油泵。
投产运行后,经检查管道热变形在允许范围之内,全线各种设施包括阀室、穿跨越、鸾头、锚固墩等均未发生异常现象,基本达到设计要求,运行正常。输油过程中,曾出现过停输45分钟再启动时, 未采取其他特殊措施,启动运行是正常的。
站内置换流程,较为可靠。瑞侃自限式电热带运转正常,站内管道未发生堵塞现象,基本保证了站内管线各系统的正常运行。停泵4小时后,站内再启动正常。
压力表隔离液是可靠的。从投产运行情况看来,室内压力表接线不设隔离罐,只设ϕ形减震圈,内装清水即可维持正常。
腰轮流量计在高凝油上使用是可行的。表前过滤器应设置备用的,便于及时清洗。在析蜡温度以下运行中,原油中有一种“蜡皮”,不易咨化,易堵塞过滤器,清洗的周期比一般稀原油要短。
四. 小结
总结起来,这次高凝原油长输管线的设计是成功的。设计所采取的技术措施得当,施工达到了设计标准,投产运行正常,达到了预期效果。设计技术突破了高凝油输送的技术难关,取得了较高的经济效益。
1.我国首次进行了高凝原油的长距离输送,取得了新课题的实践成果。凝固点越高,原油输送温度也高。
2.引进了先进的美国瑞侃公司的自限式电热带,它的使用不仅为输油站内管线解决了保温问题,并且为我国发展自限式电热带生产提供了实践依据。
3.采用了高强度管材,提高了输送压力,节省了钢材和设备,并减少泵站。
4.在输送高凝原油的困难条件下,设计了稀油或清水对高凝油的置换流程,流程设计上有创新。
5.采用加热方案输送高凝原油是可行的方法,它比其它方法投资少、见效快、容易实施。培训操作人员方便,迅速取得经济效果。
本工程的经济效益是十分明显的。原油田生产的高凝原油全靠汽车罐车拉运,每天运费达3.34万元。沈牛输油管线投产后,每天输油费用1.08万元,扣除各种消耗费用,每年可净节省553万元(按350天计)。并为生产稳定增长创造了良好条件,也为今后大规模开发高凝原油提供了实践依据。
计量
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