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利用SPS仿真模拟软件优化风城特稠油输送工艺

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利用 SPS 仿真 模拟 软件 优化 风城特稠油 输送 工艺
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  [收 稿 日 期 ] 2009202220[作 者 简 介 ] 姚 玉 萍 (19622) , 女 , 1984 年 大 学 毕 业 , 高 级 工 程 师 , 现 从 事 油 气 储 运 及 地 面 规 划 设 计 研 究 工 作 。利 用 真 模 拟 软 件 优 化风 城 特 稠 油 输 送 工 艺姚 玉 萍 , 沈 晓 燕 , 熊 小 琴 , 宋 学 华   (新 疆 油 田 分 公 司 勘 探 开 发 研 究 院 , 新 疆 克 拉 玛 依 834000)范 江 峰   (克 拉 玛 依 创 拓 有 限 责 任 公 司 , 新 疆 克 拉 玛 依 834000)[摘 要 ] 针 对 前 风 城 油 田 原 油 运 输 存 在 的 主 要 问 题 , 利 用 仿 模 拟 软 件 ( 立 模 型 , 对 风 城 油 田 稠 油 管 道 进 行 多 方 案 的 水 力 、 热 力 计 算 。 根 据 计 算 结 果 , 利 用 灰 色 优 选 评 价 法 , 对方 案 进 行 优 选 。 结 果 表 明 , 25 间 距 布 站 出 站 温 度 100 ℃ , 设 计 压 力 614 管 道 采 用 `32319711 最 优 的 。[关 键 词 ] 长 距 离 输 送 ; 件 ; 工 艺 优 化 ; 灰 色 优 选 评 价 法 ; 特 稠 油 ; 风 城 油 田[中 图 分 类 号 ] 文 献 标 识 码 ] A     [文 章 编 号 ] 100029752 (2009) 0320330203以 前 风 城 油 田 原 油 的 运 输 主 要 采 用 汽 车 拉 运 的 方 式 , 随 着 特 稠 油 产 量 的 不 断 增 加 , 实 现 其 管 道 输 送显 得 越 来 越 迫 切 。 针 对 特 稠 油 高 凝 高 粘 、 高 剪 切 应 力 的 特 点 , 要 实 现 长 距 离 管 道 输 送 必 须 解 决 2 个 方 面的 问 题 : 水 力 计 算 和 热 力 计 算 。1   风 城 稠 油 输 送 存 在 问 题 分 析111   加 工 工 艺风 城 地 区 稠 油 属 高 凝 、 低 酸 值 稠 油 , 与 西 北 缘 地 区 其 他 稠 油 在 性 质 上 有 较 大 差 别 。 根 据 石 化 加 工 工艺 要 求 , 不 能 混 合 处 理 , 因 此 不 能 利 用 现 有 稠 油 管 道 进 行 输 送 。112   高 凝 高 粘对 比 分 析 风 城 特 稠 油 与 九 6 区 原 油 的 组 成 及 基 本 物 性 (表 1) , 以 及 它 们 的 粘 温 特 性 , 风 城 稠 油 的凝 固 点 和 粘 度 均 较 高 , 50 ℃ 粘 度 为 37012 s , 相 同 温 度 粘 度 比 九 6 区 原 油 高 几 倍 到 十 几 倍 , 属 于 特稠 油 的 范 畴 。表 1   风 城 特 稠 油 与 九 6 区 原 油 物 性 参 数 对 比原 油 产 地 组 成 / %蜡 胶 质 沥 青 质 基 本 性 质凝 固 点 / ℃ 初 馏 点 / ℃ 密 度 / g · 3 70 ℃ 粘 度 / 地 区 2~ 8 15~ 25 2~ 8 22~ 28 142~ 270 019459 (50 ℃ ) 3197九 6 区 21 24 - - - 91 11 120~ 200 019405 (20 ℃ ) 855然 而 , 风 城 特 稠 油 的 粘 度 对 温 度 极 为 敏 感 , 当 其 温 度 升 高 到 70 ℃ 左 右 时 , 其 粘 度 显 著 降 低 。 当 温度 达 到 80 ℃ 时 , 风 城 特 稠 油 的 粘 度 一 般 在 2000 s 以 内 。 因 此 , 当 输 油 温 度 保 持 80 ℃ 以 上 时 , 可以 确 保 风 城 特 稠 油 的 正 常 管 输 。113   高 剪 切 应 力特 稠 油 低 温 剪 切 应 力 一 般 较 高 , 其 停 输 再 启 动 将 严 重 威 胁 管 道 及 设 备 的 安 全 。·033·石 油 天 然 气 学 报 (江 汉 石 油 学 院 学 报 )   2009 年 6 月   第 31 卷   第 3 期il I)   J 真 管 线 建 模根 据 流 变 性 试 验 , 在 凝 固 点 以 上 温 度 , 风 城 特 稠 油 呈 牛 顿 流 体 特 性 , 可 应 用 达 西 公 式 计 算 管 道 水 力摩 阻 [ 1 ] 。 但 是 由 于 特 稠 油 管 道 是 热 油 输 送 管 道 , 沿 管 径 方 向 有 温 度 变 化 , 达 西 公 式 是 假 定 在 径 向 上 流 体粘 度 相 同 而 导 出 的 。 而 且 特 稠 油 粘 度 高 , 多 为 层 流 , 由 于 摩 擦 而 产 生 的 热 也 会 使 油 温 升 高 , 如 果 仍 然 按照 达 西 公 式 计 算 , 就 会 存 在 较 大 的 误 差 。 张 维 志 [2 ]在 对 辽 河 油 田 超 稠 油 输 送 的 研 究 中 提 出 超 稠 油 管 道 的设 计 计 算 应 考 虑 附 加 摩 阻 , 这 样 也 随 之 增 加 了 计 算 的 复 杂 性 。鉴 于 此 笔 者 利 用 模 拟 软 件 ( 行 水 力 、 热 力 计 算 , 提 高 了 工 作 效 率与 方 案 设 计 的 可 靠 性 。 根 据 计 算 结 果 , 利 用 灰 色 优 选 评 价 法 , 对 方 案 进 行 优 选 。 结 果 表 明 , 25 间距 布 站 出 站 温 度 100 ℃ , 设 计 压 力 614 管 道 采 用 `32319 711 最 优 的 。为 了 方 便 运 行 管 理 , 考 虑 均 匀 布 站 方 式 : 20253313 其 中 25 3313 站 方 式的 模 型 一 样 , 只 将 模 型 中 管 线 的 长 度 进 行 调 整 。3   模 型 分 析 及 结 论311   管 径 优 选在 设 计 输 量 (100 × 104 t/ a) 下 , 按 均 匀 布 站 方 式 , 根 据 不 同 起 输 温 度 , 保 温 层 厚 度 初 定 为 80 酯 泡 沫 塑 料 保 温 。 利 用 件 计 算 了 `273、 `325、 `377 管 径 下 的 终 点 温 度 与 管 压 。 根据 计 算 结 果 , 在 设 计 输 量 下 , `273 案 的 输 送 压 力 均 较 高 , 不 推 荐 采 用 。 其 余 两 种 管 径 压 力 均 能满 足 输 送 要 求 , 再 以 最 小 输 量 (进 站 温 度 不 低 于 80 ℃ ) 、 设 计 输 量 下 的 管 压 、 运 行 温 度 为 指 标 作 进 一 步筛 选 。 对 余 下 18 种 方 案 的 计 算 结 果 进 行 统 计 , 见 表 2。表 2   稠 油 管 道 输 送 工 艺 方 案 一 览 表 ( 100 × 104 t/ a)方 案 号 管 径/ 离/ 输 温 度/ ℃ 终 点 温 度/ ℃ 平 均 温 度/ ℃ 管 压/ 小 起 输 量/ 104t/ a 优 缺 点1 325 20 100 901 8 931 9 312 45 合 适2 25 881 6 921 4 416 55 合 适3 3313 851 7 901 5 619 70 压 力 太 高4 20 95 861 5 891 3 414 50 合 适5 25 841 8 881 2 519 60 压 力 太 高6 3313 821 1 861 4 816 80 压 力 太 高7 20 90 821 6 851 1 517 65 压 力 太 高8 25 811 0 841 0 715 80 压 力 太 高9 3313 - - - 95 压 力 太 高10 377 20 100 891 3 921 9 211 55 压 力 太 小11 25 861 9 911 3 218 70 最 小 起 输 量 大12 3313 831 2 881 8 412 85 最 小 起 输 量 大13 20 95 851 1 881 4 217 70 最 小 起 输 量 大14 25 821 9 861 9 316 85 最 小 起 输 量 大15 3313 791 5 841 7 513 110 最 小 起 输 量 大16 20 90 801 9 831 9 314 80 最 小 起 输 量 大17 25 901 8 931 9 312 95 优 缺 点18 3313 881 6 921 4 416 120 合 适312   方 案 优 选布 站 方 式 和 出 站 温 度 确 定 后 , 根 据 《 输 油 管 道 工 程 设 计 规 范 》 ( , 对 钢 管 的 管 道 材质 、 壁 厚 进 行 了 计 算 , 对 管 道 强 度 、 刚 度 、 稳 定 性 进 行 校 核 , 以 及 设 备 进 行 了 选 型 。 根 据 选 型 计 算 结·133·第 31 卷 第 3 期 姚 玉 萍 等 : 利 用 真 模 拟 软 件 优 化 风 城 特 稠 油 输 送 工 艺  果 , 再 对 方 案 的 工 程 投 资 进 行 了 计 算 , 方 案 1、 2、 4 的 工 程 投 资 及 一 年 的 运 行 总 费 用 分 别 为 : 21670 万元 、 22878 万 元 、 23810 万 元 。虽 然 方 案 1 的 总 费 用 最 小 , 但 3 个 方 案 的 总 费 用 相 差 不 大 , 可 比 性 不 强 。 因 此 , 还 因 考 虑 工 程 实 际的 其 他 因 素 。 对 方 案 作 进 一 步 的 优 选 。 仅 以 总 费 用 这 一 单 因 素 的 最 小 值 来 确 定 最 优 方 案 , 会 显 得 比 较 片面 。 再 将 其 他 因 素 进 行 综 合 考 虑 , 利 用 灰 色 优 选 评 价 法 对 方 案 进 行 优 选 。 该 方 法 就 是 求 出 预 选 方 案 与 理想 方 案 的 关 联 度 , 再 按 关 联 度 的 大 小 进 行 排 序 , 预 选 方 案 考 虑 的 各 个 因 素 见 表 3。表 3   特 稠 油 管 道 工 程 优 化 设 计 预 选 方 案方 案 壁 厚/ 站 温 度/ ℃ 压 力/ 间 站 数/ 个 工 程 总 投 资/ 万 元 能 耗 费 用/ 万 元 管 理 费 用/ 万 元 总 费 用/ 万 元1 512 100 4 4 14980 6210 480 216702 711 100 614 3 15990 6528 360 228784 516 95 614 4 16040 7290 480 23810在 进 行 灰 色 关 联 分 析 时 , 为 了 保 证 相 同 因 素 间 的 可 比 性 , 需 要 对 原 始 数 据 进 行 无 量 纲 化 处 理 。 根 据数 理 统 计 中 常 用 的 极 差 归 一 化 处 理 方 法 [ 2 ] , 确 定 了 最 优 方 案 。从 排 序 结 果 看 出 (表 3) , 总 费 用 最 小 的 方 案 1 排 在 了 方 案 2 后 面 , 成 为 次 优 方 案 。 分 析 各 参 数 可以 看 出 , 方 案 2 比 方 案 1 少 一 个 中 间 热 泵 站 , 更 方 便 管 理 。 而 且 方 案 2 的 压 力 较 高 , 由 于 特 稠 油 的 屈 服值 高 , 停 输 再 启 动 压 力 高 , 一 旦 发 生 停 输 , 有 利 于 提 压 。 因 此 , 推 荐 采 用 方 案 2。4   结 论 及 建 议1) 利 用 件 提 高 了 管 道 设 计 的 工 作 效 率 与 可 靠 性 。2) 风 城 特 稠 油 输 送 工 艺 采 用 方 案 2 , 25 间 距 布 站 、 出 站 温 度 100 ℃ 、 设 计 压 力 614 管道 采 用 `32319 711 最 优 的 。3) 仅 以 总 费 用 这 一 单 因 素 的 最 小 值 来 确 定 最 优 方 案 , 会 显 得 比 较 片 面 。 建 议 在 以 后 的 方 案 优 选 中 ,采 用 灰 色 优 选 评 价 法 或 其 它 方 法 , 结 合 工 程 实 际 , 进 行 多 因 素 综 合 比 选 。[参 考 文 献 ][ 1 ] 严 大 凡 1 输 油 管 道 设 计 与 管 理 [ M ] 1 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 , 19861[ 2 ] 张 维 志 1 超 稠 油 管 道 输 送 水 力 及 热 力 计 算 [J ] 1 油 气 储 运 , 2007 , 26 (4) : 11~ 131[编 辑 ]   苏 开 科·233·   石 油 天 然 气 学 报 (江 汉 石 油 学 院 学 报 ) 2009 年 6 月
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