油气长输管道节能技术研究.pdf

2 01 2 矩 第 5期 管 道 技 术 5 设 Pi p e l i ne T e c h n i q u e a n d Eq 2 01 2 No ． 5 油气 长输管道节 能技术研 究 刘飞 ， 赵云峰 ， 李秋萍 1 ． 新疆克拉玛依石化公司， 新疆克拉玛依8 3 4 0 0 0； 2 ． 中国石油管道科技研究中心， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 摘要 为 了解 国内外节能技术应用的现状 ， 更好地采用节能技 术以不断降低管道能耗， 对比了近年 来国内外油气长输管道在输送工艺、 运行设备及新 能源 3个方面的各种节能技 术。结果表 明 油品输 送减阻剂技术 、 含蜡原油降凝剂技 术、 天然气管道减阻剂技术 、 输油泵变频调速技术 、 超 声波防／ 除垢技 术以及 太阳能阀室供 电等技术在油气长输管道上的应 用有着明显的节能效果。因此， 开发并利 用新的 节能技术 ， 特别是新能源技术 ， 将是油气长输管道节能降耗发展的方向。 关键词 长输管道 ； 节能； 减 阻剂 ； 变频； 新能源； 太阳能 中图分类号 T E 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 2 0 5 0 0 5 7 0 3 Lo ng- d i s t a n c e Oi l＆ Ga s Pi p e l i ne Ene r g y Co ns e r v a t i o n Te c h no l o g i e s L I U F e i ， Z HA O Y u n f e n g ， L I Q i u p i n g 1 ． Xi n j i a n g Ka r a ma y P e t r o l e u m C h e mi c a l E n g i n e e r i n g C o mp a n y ， Ka r a ma y 8 3 4 0 0 0， C h i n a ； 2 ． P e t r o C h i n a P i p e l i n e R D C e n t e r ， L a n g f a n g 0 6 5 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o k n o w t h e c u r r e n t s i t u a t i o n，a n d p r e for a b l y u s e t h e e n e r g y s a v i n g t e c h n o l o g i e s t o r e d u c e p i p e l i n e e n e r gy c o n s u mp t i o n c o n s t a n t l y ，t h e o i l a n d g a s p i p e l i n e s i n t h r e e a s p e c t s o f t h e e n e r gy s a v i n g t e c h n o l o gy a t h o me a n d a b r o a d， s u c h a s t r a n s mi s s i o n t e c h n o l o gy ，o p e r a t i o n e q u i p me n t an d n e w e n e r gy ， a r e r e v i e w e d ． I t c a n b e c o n c l u d e d t h a t t h e a p p l i c a t i o n o f t h e e n e r gy s a v i n g t e c h n o l o g i e s h a s o b v i o u s e ff e c t s ， s u c h as t h e o i l c o n v e y i n g d r a g r e d u c e r t e c h n o l o gy ，p o u r p o i n t d e p r e s s a n t f o r w a x o i l t e c h n o l o gy ，g a s a n t i f r i c t i o n a g e n t t e c h n o l o gy ， f r e q u e n c y c o n v e r s i o n t e c h n o l o g y，d e s c a l i n g b y u l t r aso u n d t e c h n o l o gy a n d t h e s o l a r e n e r g y f o r p o we r s up p l y t e c h no l o g y ．Th e r e f o r e，t h e de v e l o p me nt a nd us e o f t he n e w e ne r gy s a v i ng t e c h no l o g i e s，e s pe c i Ml y t h e ne w e n e r gy t e c h n o l o g i e s ， w i l l b e o n e o f t h e m a i n w a y s fo r s a v i n g e n e r gy a n d r e d u c i n g c o n s u m p t i o n i n t h e o i l a n d g a s p i p e l i n e s ． Ke y wo r d s l o n g d i s t a n c e p i p e l i n e ；e n e r g y s a v i n g ；d r a g r e d u c e r ； e q u e n c y c o n v e mi o n；n e w e n e r gy ；s o l a r e n e r gy 1 节能技术研究 1 ． 1 输送工艺节能技术研究 1 ． 1 ． 1 油品输送减 阻剂技术 目前 ， 利用配位聚合催化体 系生产 的减阻剂为原 油输送节 约了大量 的能源。 目前作为油 品减 阻剂的 高聚物主要有 聚异丁烯 、 氢化 聚异戊二烯 、 乙烯 一丙 烯嵌段共聚物、 聚 一烯烃 、 聚 甲基丙烯酸癸酯等。减 阻效果 比较好 的是 一烯烃均聚物及其共聚物。其技 术原理是通过降低管流的径 向湍流脉动 ， 从 而减 阻增 输的 目的_ 】 J 。国外 油气长输管道应用减阻剂较早。 1 9 7 9年 ， 美 国 C o n o c o公 司生产 的减阻剂首 次成功地 运用在横贯阿拉斯加 的原油管道 ， 取得很好 的效果。 在 国内， 油品减 阻剂 已广泛用 于原油和成品油管道。 国内研发 的 E P一系列减阻剂在国内市场 占有率达到 9 0 ％ ， 已成功应用于油气长输管道L 3 J 。 收稿 日期 2 0 1 2 0 1 3 0 收修改稿 日期 2 0 1 2 0 8 3 1 1 ． 1 ． 2 含蜡原油降凝剂技术 管道输送高含蜡 、 高黏易凝原油的发展趋势是逐 步降低输油温度 ， 进而实现常温输送。这也是 国内原 油管道输油工艺科技攻 关 的一项重 大课 题 J 。原油 降凝剂在馏分油降凝剂的基础上发展起来 ， 通过加入 很少量 的降凝剂 ， 即可改善 油品中石蜡 的结 晶状态 ， 从而大大降低原油的凝点 ， 黏度 下降 3 0 ％ 一8 0 ％ ， 进 而有效改善原油 的流动性 。该技术对于满输原油管 道 ， 可 以实现首站一次加剂 处理、 沿途不再设加热站 的准常温输送工艺 ； 而通过 采用加剂 降凝 ， 可实现冬 季超低输量下 的常温输送 ， 在保证安全 的前提下 ， 产 生巨大的节能降耗效益 J 。近年来， 降凝剂的复配研 究取得了较大进展。将 2种 以上的降凝剂按照适宜的 比例复配， 将能得到使用范围更大的降凝剂， 以满足 不同油品凝点的需要 。 1 ． 1 ． 3 天然气管道减阻剂技术 国外长输天然气管道发展 比较早 ， 其天然气减阻 技术源 自管道缓蚀剂的研究。2 0世纪 9 O年代 ， 美 国 5 8 Pi p e l i n e Te c h n i qu e a n d Eq u i p me n t 学者 F r a n k E L o w t h e r 和 A n g e l e s C a l i f 率先提 出了气体 管道应用减阻剂 的方法 。1 9 9 8年 ， Y i n g H s i a o L i 筛选 了各类 可能作为天然气减 阻剂 的物质 ， 包括 防冻剂 、 润滑剂及缓蚀剂等物质。2 0 0 0年 ， Hu e y J c h e n在墨西 哥一条天然气输送管道上开展 了天然气减 阻剂的应 用研究 ， 并取得 了成功 J 。目前 ， 天然气减 阻剂仍 然 主要是脂肪酸类 、 脂肪胺类 、 胺化物及酰胺化合物 ， 其 研发工作还在不断进行 。 国内天然气减阻剂研究较晚 ， 中石油管道研究 中 心率先开展了天然气减阻剂的研究 ， 建立 了合成实验 室 ， 并成功 开展 了工业 化应用。山东大学 、 中国石油 大学 、 天津大学等从 2 0 0 6年开始对天然气减阻剂进行 了攻 关研 究 。 1 ． 2 运行设备节能技术研 究 1 ． 2 ． 1 加 热 炉节 能技 术研 究 加热炉是热输原油管道的主要耗能设备 ， 苏联主 要使用直接式加热 炉， 美 国既使用直接式加热炉 ， 也 使用间接式加热炉。热媒炉 系统 自动 控制和调节系 统 的实际使用水平高， 同时采用余 热 回收 ， 节能效果 好 。 2 0世纪 8 0年代后期 ， 国内开始大量采用 间接式 加热炉 ， 近年来大力开展 了燃烧节能新技术 、 新设备 的研究 ， 尤其 是新 型高效燃烧器 、 余热 回收装置等技 术的研究 ， 大大提高 了加热炉 的效率 j 。 1 ． 2 ． 2 输 油 泵 变频 调速技 术 目前 ， 国外大型输油泵普遍采用 电机调速控制 ， 节电率可达 4 0 ％ ， 节能效果十分显著。 国内输油泵运行效率 比国外先 进水平低 1 0 ％ ～ 2 0 ％ ， 有相当数量 的泵处 于部分 负荷下工作 ， 工作流 量远 低 于 额 定 流 量， 而 工 作 压 力 远 高 于 额 定 压 力 J 。传统上采用 阀门节流， 虽然很有效 ， 但浪费 能源。近年来 ， 采用 变频 调速技术 ， 并在新 旧管线上 推广应用 ， 取得了很好的节能效果。 1 ． 2 ． 3 换 热设备 节 能技 术 换热设备使用一段 时间后 ， 会 出现结 垢现象 ， 使 换热效率降低 ， 不利于节能降耗 。目前 多使用停机除 垢方法 ， 使用硫酸进行酸洗除垢 ， 生产效率低 ， 还有可 能带来设备内漏隐患 ， 并带来环境污染 。 为了提高换热效率 ， 可以采用 以螺旋槽纹管为技 术核心的管程强化技术， 双面强化传热的作用， 适用 于对流、 沸腾和冷凝等工况， 抗污垢性能高于光管， 传 热性能较光管提高 2～4倍 。但是 ， 该技术需换置 设备 ， 成本较高 。 一 2 0世纪 9 0年代初 ， 苏联科学家 N c h e P u mo i M． 研究了糖厂糖 液蒸发过程 中超声波对减缓积垢形成 的影响 ， 发现超声波可 以降低积垢 系数 垢层 热阻与 总热阻之 比 ， 整个生产期不用洗罐。 目前 ， 韩 国、 俄 罗斯等国研究 比较深入 ， 产品应用较普遍 ， 在防／ 除垢 领域取得 了明显的效果。在 国内， 在鞍钢给水厂高炉 洗涤塔循环水 管系统 中的应用 ， 得 到显著 的 防垢 效 果 ， 垢厚度 由 5 m m降到 1 ． 5 m m． 超声波除垢在重油 催化裂化油浆换 热设 备 中， 也获得 了 良好 的应 用效 果 。 输油管网热媒原油换热器带垢运行造成设 备热 效率下 降， 最终会 导致单 位有效 热燃料 油消耗 量增 加 。原油换热器在带垢运行状态下 ， 比刚清洗后一段 时间 较清洁状态 燃料油消耗增加 1 1 ％ ～1 6 ％。应 用超声波防／ 除垢 技术对换热器进行处理 ， 能使管束 通畅 ， 实现热媒原油换热器在线 防垢 除垢和零排放 ， 原油换热器热效率平均能够提高 7 ％以上 ， 节 油效果 明显， 经济效益可观。 1 ． 3 新能源节能技术 近年来 ， 新能源 如太阳能等 的开发和利用逐渐 受到重视 ， 在 民用和工业上逐步应用。 在 国外 ， 1 9 9 8年 ， 约旦大学的 B a d r a n等 对利 用太阳能加热燃料油进行了研究 ， 他们设计 了 2种太 阳能燃油预热装置 ， 将燃料油加热到 5 0℃ ， 并在该温 度下储存 ， 由此节约了 5 ％ 一8 ％的能耗。太 阳能热二 极管技术近年来被应用于稠油管道运输 中， 1 9 8 4年澳 大利亚太 阳能公司 J o h n L a z s i c h成功完成 了稠油管道 试验 ， 在 阳光充足条件下 ， 管温可提高 4 0 ， 夜 间也 可保持提高 1 0 c I 二 ． 委内瑞拉一条 3 2 k m长稠油管道采 用太 阳能热二极 管技术 后， 输油温度从 2 8℃提 高到 6 O ， 输送能力提高 1 7 ％ 。 在 国内， 太 阳能 在油气 长输 管道领 域也 有所 应 用 。例如， 在太阳能光 电转换利用上 ， 目前长输 管道无人职守 的中间站 例如 R T U阀室 上大多以太 阳能电池作电源 。另外 ， 光热转换应用研究 的成果 已 广泛应用于 民用太阳能热水器 ， 在辽河油 田、 大港油 田等油气集输领域也有 了一定的应用 ， 取得了很好 的 效果 。但是 ， 目前 在油气 长输管 道上还 没有得 到利 用 。 辽河油 田实施 了太 阳能加热储油罐工程， 日平 均 节约天然气 2 4 0 m ， 天 然气 的节气率 为 4 0 ． 2 3％ ； 系 统的安全性 、 稳定性 、 先进性、 自动化程度 、 智 能化 在 试运行过程 中得到 了很好 的检验。大港 油 田针对 油 田单井 中存在的问题 ， 提 出了太阳能与热泵技术相结 合为油 田单井输油管线及储油罐加温的方案 ， 解决 了 储油罐全天候供热问题 ， 能够保证管道和储油罐 内油 温达到 5 0℃以上 ， 月节省电费 0 ． 9万元 ， 节电率达到 6 0 ％ ， 节能降耗显著。江苏油 田采用太 阳能间接加热 方式 采用加热盘管 ， 利用清水做传热介质 辅助 电加 第 5期 刘飞等 油气长输管道节能技术研究 热系统对储油罐中的原油进行加热。现场试 验表明 从 2 0 0 6年 7月 5 E t 一 2 0 0 7年 7月 5日， 某井组可节约 电量 4 ． 1 41 0 k Wh ． 年节约电费 2 ． 4万元。 2结束语 综上所述， 目前在油气长输管道领域， 油气输送 工艺 、 运行设备 以及新能源利用节能技术的研究均获 得了很好的发展 。针对生产上出现的问题 ， 采 用新 型 降凝剂技术 ， 改善原油低温流动性 ， 降低输送温度 ； 采 用天然气减阻剂技术 ， 进一 步增加输 量 ； 应用超声波 防／ 除垢技术 ， 解决换热器带垢运 行问题 ； 同时可利用 太 阳能对储油罐辅助加热维温 ， 节省加热能耗 。 目前 ， 就油气长输 管道输送工 艺方法本 身而言 ， 国内与国外 的水平相 当， 但在管道 的运行管理和主要 输送设备的有效利用水平上还存在着一定的差距 ； 在 管道输送 的节能 降耗方 面， 应进一步 向国外学 习， 开 发并利用新 的节能技术 特别是新能源技术 ， 将是油 气长输管道节能降耗发展的方向。 参 考文献 [ 1 ] 陶亮亮， 胡瑞 ， 马雄， 等． 油气管输中减阻剂的应用现状及 发 展趋 势． 石油 化工应用 ， 2 0 1 1 ， 3 0 4 81 2 ． [ 2 ] 张秀杰． 减阻剂应用技术研究． 油气储运， 2 0 0 9 1 0 1 - 5 ． [ 3 ] 张娇静． 原油管道减阻技术研究进展． 化工科技市场， 2 0 0 8 5 1 41 7 ． [ 4 ] 李嘉诚 ， 李源源， 刘琦， 等． 含蜡原油的降凝剂研究． 管道 技术与设备 ， 2 0 1 0 1 1 3 ． [ 5 ] 张冬敏， 阳明书， 姜保 良， 等． 纳米技术在含蜡原油管道输 送中的应用． 油气储运， 2 0 1 0 ， 2 9 7 4 8 95 0 4 ． [ 6 ] 张金岭， 张秀杰， 鲍旭晨 ， 等． 天然气减阻剂及其减阻机理 的研究进展． 油气储运， 2 0 1 0 ， 9 7 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． E n e r g y Co n v e r s i o n a n d Ma n a g e me n t ，2 0 0 1， 4 2， 7 1 6 3 76 4 5 ， [ 1 9 ] 王学生， 王如竹 ， 吴静怡， 等． 太阳能加热输送原油系统 应用研究． 油气储运， 2 0 0 4 ， 2 3 7 4 1 4 5 ． [ 2 0 ] 贾庆仲． 太阳能在石油输送中的应用研究． 太阳能学报， 2 0 0 4， 2 5 4 4 8 3 4 8 7 ． 作者简介 刘飞 1 9 8 2 一 ， 本科， 主要研究方向为石油节能炼化 研究 。 上接 第5 1页 度不足 ； 尺寸和壁厚 的局部减小 如不 加强的三通 ； 局部使用低屈服应力的材料。 上述截面缺 陷只要 在管道 的制造 、 现场焊接 、 管 路附件的合理布置等方面提出较高的要求是可以避 免的。 目前 ， 国内已实施 的高温热水 直埋 管网的壁厚 比 一 般为 D N ／ 1 0 0 2 m m， 管径 D N I O 0 0壁厚为 1 2 mm， 管径 D N1 2 0 0壁厚为 1 4 m m． 考虑到该工程供水管温 度和压力较高 以及其他 实际情况 ， 为管网运行安全着想 ， D N 1 4 0 0管道壁厚最 终取用为 供水管 1 8 m ill ， 回水管 1 6 in m ． 4 结束语 目前 ， 该主管 网最高运 行温度 1 1 9 o C， 最 高运行 压力 1 ． 4 6 MP a ， 期间虽发生过电厂停炉及用户大面积 泄水等事故 ， 但管 网运行一 直平稳 ， 没有发现任何 问 题 ， 说明该工程的取用壁厚是合适的。 参考文献 [ 1 ] C J j ／ 1 、 8 l 9 8 城镇直埋供热管道工程技术规程． [ 2 ] D L ／ T 5 3 6 6 --2 0 0 6 火力发电厂汽水管道应力计算技术 规程． [ 3 ] 兰德劳夫 丹麦 ． 区域供热手册． 哈尔滨 哈尔滨大学出 版社 ， 1 9 9 8 ． [ 4 ] 王飞， 赵建伟． 直埋供热管道工程设计． 北京 中国建筑工 业出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 5 ] G B 5 0 2 5 3 --2 0 0 3 输油管道工程设计规范． [ 6 ] 陈学营， 王献庭 ， 邵秋． 直埋供热管道的局部稳定性分析． 区域供热， 2 0 0 3 5 1 7 2 0 ； 4 2 ． 作者简介 张 国栋 1 9 7 4 一 ， 工程师 ， 从事热电联产下热电厂供 热系统生产运行管理、 供热管网工程建设工作。