超稠油热媒加热系统设计

超稠油热媒加热系统设计

摘要:针对超稠油需要较高的处理及输送温度,通过对加热设施的比选,采用导热油做为加热超稠油的热媒,对导热油系统工艺流程进行描述,并对热煤系统进行详细的设备计算,选出经济合理的设备,提高了超稠油加热系统的安全性、可靠性和经济性。

关键词:导热油加热设施工艺流程设备选型

要把原油顺利从油田输送到用户,需要给原油以动能和热能,我国大部分输油管道采用加热输送的办法。加热是原油温度升高,可防止在输送过程中原油在输油管中凝结,减少结蜡,降低动能损耗。加热炉是给原油提供热能的设备,它把燃料的化学能转变为热能经炉管传递给原油。

原油粘度在1×104mPa.s以上称之为超稠油,是所有原油中最难处理的。要使其在管道输送时低粘,合理地设计其加热系统尤为重要。辽河油田具有丰富的超稠油资源,近几年已经规模开发。其中杜813块的原油物性为超稠油。本次结合该区块原油进行加热系统设计。

1 工艺设计方案

1.1 加热设施的选择

目前,原油的加热方式有直接加热和间接加热两种。直接加热是原油直接经过加热炉吸收燃料燃烧放出的热量;间接加热是原油通过

中介介质在换热器中吸收热量,达到升温的目的。

直接加热炉热效率一般比较低,最高达到75%～80%,其次,炉管内加热原油,当原油流量较小时,容易发生偏流,容易汽化,甚至导致炉管结焦、穿孔,不利于安全生产。间接加热炉是利用中介介质(常称为热媒)加热而间接取得。采用较高温度、热稳定性好的热媒可以避免结焦,热媒温升大,可以适应原油量的波动。热媒炉系统热效率可到85%～90%左右。

通过杜813块对超稠油物性进行化验分析,超稠油50℃时的动力粘度为50000mPa.s～187000mPa.s,20℃时原油密度998kg/m3～1001.9kg/m3,最佳处理及输送温度为85℃～90℃。可以看出该区块原油特点是粘度大、密度大,需要的处理温度高,热媒炉是目前的首选。热媒介质常为导热油、饱和水蒸气或饱和水,这几种介质,导热油可以加热的温度最高,比较适合需要输送温度高的超稠油。因此本次选择导热油加热系统最为该区块超稠油处理的加热设施。

1.2 导热油物性及加热流程

(1)导热油物性见表1。

从表1可以看出,粘度非常低,接近水,流动性好,导热油凝固点低,常温下液体。自然点高,可以加热较高温度,安全性较高,做为热媒介质比较合适。

(2)导热油流程:如图1所示。

1.3 加热设备选型

(1)导热油炉的选择。

①按照杜813块超稠油量为350m3/d时,经计算站内稠油集中处理系统所需的热负荷为2240kW。

②将站内采暖系统按导热油换热一起考虑,还需热负荷2000kW。

③将站内稠油外输按导热油换热一起考虑,还需热负荷1400kW。

因此共选3台2400kW导热油炉。

当超稠油量达到总体规划1000m3/d时,经计算站内稠油集中处理系统还需增加热负荷为2000kW,本次设计预留1台2400kW加热炉位置。

(2)导热油循环油泵的选择。

导热油循环系统采用强制循环注入式导热油加热炉系统,按规定,导热油循环系统应有备用泵,一组多机运行的液相炉循环系统,可公用1台备用泵。因此本次按照1台泵对1台炉,选导热油循环油泵4台,3用1备。导热油炉所需的流量,整个系统的摩阻,选用风冷式离心泵:Q=200m3/h,H=125m。

(3)导热油膨胀罐的选择。

按照规范要求,膨胀罐的调节容积应不小于导热油炉和管网系统中有机载体在工作温度下因受热膨胀而增加的容积的 1.3倍,计算选取导热油膨胀罐20m3。

(4)导热油储罐的选择:按照规范要求,导热油储罐容积应能接收系统中最大隔离空间的导热油,计算选取导热油储罐20m3。

(5)供油泵的选择:供油泵只是在系统需要补充有机载体时使用,选用液下泵Q=10m3/h,H=40m,安装在导热油储罐上即可。

(6)氮气灭火。

导热油加热炉应配置氮气灭火系统,系统由氮气瓶、阀组、仪表及管路组成。氮气瓶组或氮气罐应与加热炉灭火气体接口连通并保证事故时氮气的持续供应。按照氮气氮气瓶组或氮气罐储存的灭火用氮气量应保证15min内至少可充满3倍炉膛体积计算。

2 结论与建议

本设计方案使整个热媒加热系统能够连续、有效、可靠的稳定运行。要使该热媒系统稳定运行,导热油的性能也非常关键,建议选用优质的导热油,使超稠油处理中加热系统的可靠运行,进一步提高了超稠

油集中处理的安全性、经济性。

参考文献

[1] 油气集输设计规范[M].北京：中国计划出版社,2005.

[2] 黄春芳.原油管道输送技术[M].北京：中国石化出版社,2003.

[3] 导热油加热炉系统规范SY/T0524-2008.北京：石油工业出版社,2008.