鲁宁线冬季运行温降计算

鲁宁线冬季运行温降计算

于霜杰

国家管网东部原油储运有限公司 江苏 徐州221108

摘要

我国原油的特点多为高含蜡、高黏度、高凝点，其流型复杂，流动性差。易凝和高黏原油在运输过程中采用加热输送的方法，其目的在于提高油的温度来降低黏度，减少输送时的摩阻损失，并保证油流温度高于其凝点，防止发生凝管事故。但是现有的加热输送方式消耗燃料较多，会造成能源的浪费。本文通过探讨和研究鲁宁线冬季管线温降，计算鲁宁线冬季加热炉的燃料油消耗量，达到在现有管线设施的基础上节能降耗、优化运行的目的。

关键字：温降 加热输送 能耗

1.鲁宁线概况

鲁宁线自临邑站起，到仪征站结束，全长716.28km。全线共11个泵站，其中6个泵站有加热炉。鲁宁线全年运输国产胜利原油与进口原油的混油。混油凝点普遍在0℃以上，与鲁宁线各站冬季地温接近。所以在冬季运行时需要采取加热输送的方法，将油流温度提高至凝固点以上后再输入管线，防止凝管等事故发生。冬季现行的点炉方式为全线除六合站外全部点炉，点炉的温度也是根据经验估算，燃料的浪费现象比较严重。可以通过计算的方式来优化现行的点炉方式。

我们选取鲁宁线某年2月输油凝点和地温，如下表：

表（1）鲁宁线2月凝点及各站地温

由表（1）得鲁宁线1月外输平均凝点为9.07℃。根据规程，加热管线末站进站温度要高于原油凝点的3-5℃，出于安全生产的考虑，我们将进站温度设定为14.07℃，计算相应的上站出站温度。

查阅资料得，鲁宁线拥有加热炉的泵站有临邑、宁阳、滕州、睢宁、泗洪、六合6个站，其中泗洪站周围的地温要高于设定的进站温度，根据苏霍夫公式我们可以知道，睢宁至泗洪、泗洪至六合段管线的温降会非常小，同时六合到仪征的距离较短，经过前期计算，六合到仪征产生的温降也比较小。据此判断冬季运行中泗洪站可以不点加热炉。

通过分析，将鲁宁线划分为临邑-宁阳、宁阳-滕州、滕州-睢宁、睢宁-六合、六合-仪征5段，分别计算这5段的温降。

2.鲁宁线温降计算

原油经过加热后进入管道，在沿管道流动的过程中不断向周围介质散热，使油流温度降低。散热量的多少受很多外界因素的影响，比如输量、环境温度、散热条件等，而这些因素是随时间变化的[1]。在计算时，我们将鲁宁线看成一个稳定的工况，在此前提下进行计算。

由苏霍夫公式得：

Tz=T0+(Tr-T0)e-aLq （1）

a=；

式中

Tz——末站油温，℃；

T0——周围介质温度，取自然地温，℃；选取两站的地温平均值作为自然地温；

Tr——首站油温，℃；

K-管道总传热系数，W/（㎡·℃），查阅资料得K=2.1；

D-管道外直径，m；

G-油品的质量流量，kg/s；

c-输油平均温度下油品的比热容，近似计算时取c=2.1kj/(kg·℃)；

L-管线长度，m；

由表（1）（3）得，D=0.736m，临邑到宁阳的管线长度为179.99km，平均地温为11.11℃；宁阳到滕州的管线长度为150km，平均地温为9.9℃；滕州到睢宁的管线长度为123.12km，平均地温为8.9℃；睢宁到六合的管线长度218.47km，平均地温为11.71℃；六合到仪征的管线长度为44.7km，平均地温为11.53℃。

鲁宁线正常输量为1210m³/h,换算成质量流量为298.46kg/s，即G=298.46 kg/s。

将数据代入公式（1），可得

临邑-宁阳段：Tr=23.04℃；

宁阳-滕州段：Tr=23.22℃；

滕州-睢宁段：Tr=23.28℃；

睢宁-六合段：Tr=24.53℃；

六合-仪征段：Tr=15.12℃。

由计算结果可以看出，六合到仪征站的温降在1℃左右，如果六合站点炉会造成资源的极大浪费，所以我们将加热站进行调整，六合站不点炉，由睢宁站点炉后增加出站温度，在确保仪征进站温度在14.07℃以上的情况下将原油持续输送至仪征站。现在将鲁宁线划分为临邑-宁阳、宁阳-滕州、滕州-睢宁、睢宁仪征4段。通过表（1）（3）得，睢宁到仪征的管线长度为262.54km，平均地温为11.82℃。

将数据代入公式（1），可得

睢宁-仪征段：Tr=29.01℃。

接下来计算各站加热炉达到所需出站温度的燃料油耗油量。

加热站的有效负荷：

q=Gc（Tr-Tz）  （2）

式中：

q—加热炉有效热负荷，kW；

G—油流质量流量，kg/s;

c—平均油温下的油品比热容，kj/(kg·℃)；

加热站的燃料消耗量为：

g=        （3）

式中：

g—加热用燃料消耗量，m³/h;

—加热系统效率；

E—燃料油热值，kj/m³;

临邑、宁阳、滕州、睢宁的加热炉均用天然气作为燃料，经查询资料得，天然气的热值E=38931kj/m³。

将计算结果代入公式（2）（3），得出：

临邑-宁阳段：q=5622.09kW，g=577.65m³/h；

宁阳-滕州段：q=5734.91kW，g=589.24m³/h；

滕州-睢宁段：q=5772.52kW，g=593.1m³/h；

睢宁-仪征段：q=9363.88kW，g=962.1m³/h。

计算得，临邑站每日需要耗气13863.6m³，宁阳站每日需要耗气14141.76m³，滕州站每日需要耗气14234.4m³，睢宁站每日需要耗气23090.4m³。

我们将2月份鲁宁线各站的平均日耗气量与计算结果进行比较，得下表：

表（2）鲁宁线日耗气量与计算结果对比

实际工作中，泗洪的加热炉是用原油作为燃料的，通过查阅报表得泗洪的日耗油量为13.33t，通过热值转换成相应的耗气量为14317.8m³。

由表（2）可得，按照计算的点炉方式，鲁宁线加热能耗可降低6.3%，每日可以减少4421.9m³天然气的消耗。按照冬季12月至次年2月点加热炉来计算，则每年可节省天然气397971m³。

3.新旧运行方式对比

实际运行中，鲁宁线的冬季运行方式为：宁阳双炉，临邑、滕州、睢宁、泗洪单炉。而我们通过计算，可以将运行方式改为：睢宁双炉、临邑、宁阳、滕州单炉。减少宁阳和泗洪的一台大功率加热炉，增加了睢宁的一台小功率加热炉。

从实际工作中我们得知，宁阳站冬季天然气气源严重不足，经常为了保证气源而减少运行加热炉的数量。根据2月份的统计结果显示，28天中有9天宁阳站是因为气源不足而从双炉切换到单炉运行的。而按照计算结果调整运行方式，可以使宁阳站每日节省天然气2248m³，可以有效缓解宁阳站用气困难的情况，同时可以减少设备的启停次数，延长设备的使用寿命。

4.结论

本文通过大量的数据收集和计算，对鲁宁线冬季运行存在的问题进行了分析，并得到如下结论：

（1）计算后改进的冬季运行方式能够更好的利用温降曲线，将油流温度更合理地控制在油品凝点5℃之上；

（2）改进后的运行方式对于天然气的消耗更加平均，可以避免出现对某一加热站过度用气的现象；

（3）改进后的运行方式比原有的运行方式少点了一台加热炉，减少了运行设备，即减少了操作风险，也减少了运行风险，为安全生产提供了保障。

参考文献：

[1] 黄春芳编著。石油管道输送技术，中国石化出版社，2008（2014.7重印）