重質(zhì)油品蒸汽保溫系統(tǒng)操作優(yōu)化研究

2015-12-27 12:34:51劉偉高飛

中國設備工程 2015年5期

劉偉高飛

（中化中石化上海東方石化儲運有限公司，上海 200137）

劉偉高飛

（中化中石化上海東方石化儲運有限公司，上海 200137）

以380#燃料油為研究對象，對重質(zhì)油品儲罐和輸送管道保溫系統(tǒng)的優(yōu)化操作和油品的輸送效果進行了研究，并對現(xiàn)有物料溫度管控方案進行了優(yōu)化。

重質(zhì)油品；蒸汽保溫系統(tǒng)；優(yōu)化操作；節(jié)能

油品運輸?shù)墓?jié)能問題一直是石化行業(yè)所研究的重點課題。重質(zhì)油品由于其黏度較大，其輸送和儲存過程耗能更甚。中化中石化上海東方石化儲運有限公司（以下簡稱為“D公司”）總罐容達24.5萬m3，其中用于儲存重質(zhì)油品的儲罐罐容約8萬m3。

D公司所有重質(zhì)油品儲罐均采用雙管線盤油工藝，管線上均覆蓋保溫層，保溫層內(nèi)通兩根蒸汽管線用于管線內(nèi)物料的加溫。每月船發(fā)重質(zhì)油品20船次左右，可在日常收發(fā)重質(zhì)油品的過程中采集到大量的具有代表性的研究數(shù)據(jù)。

一、管道保溫系統(tǒng)開閉和油品輸送試驗

1.試驗條件和設備簡介

對蒸汽管道保溫系統(tǒng)的節(jié)能以及工藝計算的相關研究主要集中在油品管道保溫系統(tǒng)的理論工藝計算以及試驗模擬上，而對實際生產(chǎn)作業(yè)中蒸汽保溫系統(tǒng)開閉狀態(tài)對生產(chǎn)作業(yè)效率的影響進行的研究較少。本次試驗選取了D公司的T301儲罐、P402螺桿泵、LP8管道等作為試驗主要設備，試驗設備模型如圖1所示。

盤油：泵提供動力使物料在儲罐—進泵管線—泵—出泵管線—碼頭—回罐管線—儲罐的閉環(huán)輸送系統(tǒng)里循環(huán)流動，從而保證管線內(nèi)已灌滿物料，進而保證收發(fā)貨時儲罐計量的準確性。

發(fā)船：將位于儲罐內(nèi)的物料利用管道和輸油泵等工藝設備運輸至船舶的物料倉內(nèi)。

2.管線內(nèi)物料維溫試驗

（1）管線內(nèi)物料溫升速度概況

圖1

開啟管線蒸汽保溫系統(tǒng)后，管線內(nèi)物料的溫度上升速度會受到很多因素的影響，除了季節(jié)氣候的變化外，影響較大的因素還包括物料初始溫度、所用蒸汽的質(zhì)量參數(shù)（壓力、溫度等）、蒸汽流量、保溫層材質(zhì)（傳熱系數(shù)）、保溫層的厚度、油管管壁厚度、保溫蒸汽管的安裝形式和安裝質(zhì)量。其中，影響最大的為保溫層的厚度，其次為蒸汽流量。

根據(jù)相關研究結果，管線保溫系統(tǒng)的工作效果很大程度上還會受到保溫管道結水垢厚度等因素的影響。

由于試驗所用管道的腐蝕程度、結蠟、結水垢等情況未知，蒸汽質(zhì)量參數(shù)不穩(wěn)定，管道蒸汽保溫系統(tǒng)的安裝情況復雜，安裝質(zhì)量具有較多不確定性，故本試驗不再進行相關熱力計算。試驗結論僅圍繞已投用設施進行相關規(guī)律總結，從而對實際生產(chǎn)工作進行指導。本次試驗僅對3～5月的LP8管線內(nèi)物料溫度上升速度進行統(tǒng)計分析。得出開啟保溫系統(tǒng)后，LP8管線內(nèi)物料的平均上升速度K。然后根據(jù)如下公式得出開啟保溫加溫系統(tǒng)的時間提前量T。

T=（開泵最低要求物料溫度-現(xiàn)物料溫度）/K

在3～5月進行的一系列管線內(nèi)物料加溫試驗可幫助總結氣溫在12～24℃之間時，開啟蒸汽保溫系統(tǒng)后管線內(nèi)物料的溫度上升速度。部分典型試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1

根據(jù)所有試驗數(shù)據(jù)分析可知外界氣溫對管線內(nèi)物料溫升速度影響較大，故可根據(jù)外界氣溫范圍，在12～16℃、16～20℃、20～24℃三個區(qū)間內(nèi)對管線內(nèi)物料溫度上升速度進行獨立分析。相關結果如下。

①當外界氣溫t滿足12≤t＜16℃時，開啟管道蒸汽保溫系統(tǒng)后，試驗管道內(nèi)物料溫升速度可概況為：K1=1.4（℃/h），生產(chǎn)作業(yè)中可取1.1℃/h.

②當外界氣溫t滿足16≤t＜20℃時，開啟管道蒸汽保溫系統(tǒng)后，試驗管道內(nèi)物料溫升速度可概況為：K1=1.5（℃/h），生產(chǎn)作業(yè)中可取1.2℃/h。

③當外界氣溫t滿足20≤t＜24℃時，開啟管道蒸汽保溫系統(tǒng)后，試驗管道內(nèi)物料溫升速度可概況為：K1=1.6（℃/h），生產(chǎn)作業(yè)中可取1.3℃/h。

（2）管線保溫系統(tǒng)提前開啟時間量規(guī)律

根據(jù)實驗結果可知，發(fā)船前D公司重質(zhì)油品輸送管道保溫系統(tǒng)的提前開啟時間量可遵循以下結論（在蒸汽質(zhì)量參數(shù)等外在重要條件均和試驗進行時相符的情況下）。

①當外界氣溫t滿足12≤t＜16℃時，開啟管道蒸汽保溫系統(tǒng)的時間提前量T=(開泵最低需求溫度-現(xiàn)管線內(nèi)物料溫度)/1.1℃/h。

②當外界氣溫t滿足16≤t＜20℃時，開啟管道蒸汽保溫系統(tǒng)的時間提前量T=(開泵最低需求溫度-現(xiàn)管線內(nèi)物料溫度)/1.2℃/h。

③當外界氣溫t滿足20≤t＜24℃時，開啟管道蒸汽保溫系統(tǒng)的時間提前量T=(開泵最低需求溫度-現(xiàn)管線內(nèi)物料溫度)/1.3℃/h。

二、盤油試驗

1.盤油試驗方案和數(shù)據(jù)分析

沒有發(fā)船計劃時，物料輸送管道的蒸汽保溫系統(tǒng)均處于關閉狀態(tài)。當接到發(fā)船計劃后，根據(jù)管道內(nèi)物料的溫度現(xiàn)狀和開泵發(fā)船時管道內(nèi)物料所需溫度，提前一定時間開啟保溫系統(tǒng)，從而在節(jié)約蒸汽的情況下，保證可正常開泵發(fā)船。本試驗所探索的即不同外界條件下（管道內(nèi)物料溫度、外界氣溫、蒸汽壓力等）開啟保溫系統(tǒng)的提前時間值和開泵時管道內(nèi)的最低要求溫度。

影響盤油效果的主要因素有泵進、出口管線內(nèi)物料的溫度和儲罐內(nèi)物料的溫度等，其中泵進口管線內(nèi)物料溫度對于開泵后初始階段的運行效果影響較大。對于泵內(nèi)物料溫度，根據(jù)所用螺桿泵的相關技術規(guī)范要求，其最低允許啟泵溫度為35℃。

出于風險控制的考慮，本試驗在其它試驗條件不變的情況下，每次將某一試驗變量的溫度值降低3℃。泵開啟后，若流量、泵出口壓力、電流等數(shù)據(jù)均正常，則說明盤油成功，后續(xù)可正常發(fā)船。若泵出口壓力在1min內(nèi)持續(xù)高于0.65MPa，或在10min內(nèi)持續(xù)高于0.55MPa，則說明盤油失敗，必須立即停泵。進而說明在此工況下不能滿足正常盤油和發(fā)貨要求，須將保溫系統(tǒng)開啟時間量提前。

表2

部分典型盤油試驗數(shù)據(jù)如表2所示（數(shù)據(jù)采集時間為開泵后10min）。

2.盤油試驗小結

開泵盤油作業(yè)中，對盤油結果影響較大的因素為泵進口管線內(nèi)的物料溫度，遠比泵出口管線內(nèi)的物料溫度更為關鍵。若進口管線內(nèi)的物料溫度過低，將直接導致盤油失敗。

由試驗數(shù)據(jù)分析可知，當下列條件有一項不滿足時均不能正常開泵盤油、發(fā)船。

①儲罐內(nèi)物料溫度須大于等于38℃。

②泵進口管線內(nèi)物料溫度須大于等于35℃。

③泵出口管線內(nèi)的物料溫度須大于等于30℃。

三、發(fā)船試驗

1.發(fā)船試驗相關數(shù)據(jù)

在有些工況下，雖能進行開泵發(fā)船，但開泵后發(fā)船流速較小，發(fā)船效率過低，這些工況也不能滿足正常生產(chǎn)需求。在成功進行盤油和開泵發(fā)船后，取開泵10min后的流量數(shù)據(jù)作為開泵后的流速來研究某一工況下開泵發(fā)船的效率，效率過低無法滿足客戶裝貨時間要求，則作為發(fā)船失敗的案例，在相應的操作中應加大開啟保溫系統(tǒng)的提前時間量，將盤油和發(fā)船時的管線內(nèi)物料溫度作相應的提高。

開泵發(fā)船后，若流量在10min內(nèi)未達到100m3/h以上，則發(fā)船效率過低，須在今后的相同操作中改善作業(yè)條件，加大保溫系統(tǒng)的提前開啟時間量。較為理想的發(fā)船狀態(tài)是在開泵10min后流量達到250～450m3/h，開泵30min后，流量穩(wěn)定在400m3/h左右。

在盤油試驗結束后，試驗人員對緊隨其后的開泵發(fā)船作業(yè)的相關數(shù)據(jù)進行了記錄，其結果如表3所示（數(shù)據(jù)采集時間為開泵后10min）。

表3

表4

圖2

圖3

2.發(fā)船數(shù)據(jù)匯總分析

在進行發(fā)船作業(yè)時，盡可能多的采集到各種工況條件下的發(fā)船作業(yè)數(shù)據(jù)，進而在眾多發(fā)船數(shù)據(jù)中進行篩選，比較各種作業(yè)條件對正常發(fā)船作業(yè)的影響程度，從而得出各條件的最低必要條件。經(jīng)過采集和整理多次發(fā)船相關數(shù)據(jù)，將具有代表性的一些試驗數(shù)據(jù)匯總分析（表4、圖2）。

通過以上數(shù)據(jù)分析知罐內(nèi)物料溫度對發(fā)船速度的影響最大。為驗證此結論，試驗采集了一些生產(chǎn)作業(yè)中的實際發(fā)船數(shù)據(jù)，并在此基礎上進行了一些新的試驗。為歸納罐內(nèi)物料溫度對發(fā)船速度的影響程度，這些試驗均保持其它試驗條件（泵回流開啟度、泵進口管線內(nèi)物料溫度控制在35～40℃之間等）不變，僅改變罐內(nèi)物料溫度，記錄整個發(fā)船過程中的平均速度得到圖3。

分析可知，開泵初始流速受出口管線內(nèi)物料溫度的影響比較大，滿足前文所得結論。

3.發(fā)船效率總結

（1）流量穩(wěn)定后的平均發(fā)船速度基本由油罐內(nèi)物料溫度決定。

（2）為保證發(fā)船速度滿足生產(chǎn)基本需求，在進行發(fā)船作業(yè)時，罐內(nèi)物料溫度在大于38℃的基本要求后，以大于40℃為最佳。

（3）當罐內(nèi)溫度介于40～45℃之間時，發(fā)船效率可較好的滿足生產(chǎn)需要。當罐內(nèi)溫度大于45℃后，若溫度繼續(xù)上升，發(fā)船速度已不能有較大提升。

四、結語

結合試驗結果，D公司生產(chǎn)部對在庫物料管控方案進行了部分優(yōu)化。例如，將儲罐內(nèi)物料溫度的管控下限值由40℃調(diào)整為38℃；在進行盤油操作時，可根據(jù)試驗的相關結論進行差異化操作，改變了以往盤油前開啟整條盤油流程上的蒸汽保溫系統(tǒng)的粗放式操作方法。在結合季候天氣特點，有意識的運用以上結論進行合理調(diào)節(jié)后，3個月總蒸汽用量同比降低24.1%，經(jīng)濟效益明顯。

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