马xx石油工程专业论文开题报告Word文档格式.docx

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国内盛产含蜡原油,据统计,蜡的质量分数超过10%的原油几乎占整个产出原油的90%,而且大部分原油蜡的质量分数均在20%以上,有的甚至高达40%～50%。

含蜡原油在地层条件下,蜡一般溶解在原油中,随着采出过程中压力、温度的下降和轻质组分的逸出,蜡逐渐析出,并在地层、油管、管线中沉积,给原油的开采和输送带来许多困扰。

集输油管道的结蜡不仅会增加管道运行的能耗、影响管道的安全运行,而且还可能造成凝管事故,给管道的输送带来很大的安全隐患。

因此,集输油管道的结蜡问题和清防蜡技术一直是管道工作者研究的热点和重点课题。

通常,我国均采用传统的逐站加热法输送。

加热法输送,虽然可行,但这种输送方法能耗较高,每年我国仅用于加热输送而烧掉的原油就达这是一个相当可观的数目,在我国原油资源十分紧张的情况下,必须尽快寻找出含蜡原油不加热输送方法。

引起集输油管道结蜡的主要原因是原油与管壁间的温差。

原油在流动过程中不断向周围环境散热,以管壁处的油流温度最低,当管壁处的油温下降到析蜡点后,蜡开始以粗糙的管道内壁为结晶核心而结晶析出,并形成结蜡层,进一步吸附原油中的蜡晶颗粒。

同时,由于原油与管壁间存在温差,而蜡在原油中的溶解度是温度的函数,所以油流中就会出现石蜡分子的径向浓度梯度,由于浓度梯度的存在,使石蜡分子从管道中心向管内壁扩散,为结蜡进一步提供条件。

影响结蜡的因素：

原油的组成和性质（原油中所含轻质馏分越多,蜡的结晶温度就越低,即蜡越不易析出,保持溶解状态的蜡量就越多。

蜡在油中的溶解量随温度的降低而减小。

原油中含蜡量高时,蜡的结晶温度就高。

在同一含蜡量下,重油的蜡结晶温度高于轻油的结晶温度[1]），原油中的胶质和沥青质（原油中不同程度地含有胶质和沥青质。

它们影响蜡的初始结晶温度和蜡的析出过程以及结在管壁上的蜡性质。

由于胶质为表面活性物质,可以吸附初始结晶蜡来阻止结晶的发展。

沥青质是胶质的进一步聚合物,它不溶于油,而是以极小的颗粒分散在油中,可成为石蜡结晶的中心。

由于胶质、沥青质的存在,使蜡结晶分散得均匀而致密,且与胶质结合紧密[2]。

但在胶质、沥青质存在的情况下,在管壁上沉积的蜡更不易被油流冲走。

故原油中所含的胶质、沥青质既可减轻结蜡程度,又在结蜡后使沉积蜡勃结强度增大而不易被油流冲[1]）油温（在温差相同、流速相同的情况下,油温越高,结蜡倾向系数越大。

这是因为,随着油温的升高,管壁处蜡分子浓度降低,原油勃度降低,扩散系数增大,而管壁处温度梯度基本不变,管壁剪切应力降低,油流对结蜡层的冲刷作用减弱,因此在管壁结晶析出并沉积下来的蜡分子比例相对增加），管壁温差（管壁结蜡量随管壁温差的增大而增大。

这是因为,壁温与中心油流温差越大,石蜡分子的浓度梯度越大,分子扩散作用越强；

当中心油温一定时,壁温越低,管壁附近的蜡晶浓度越大,剪切弥散作用增强,布朗运动引起的蜡晶间的相互碰撞也加强,这些都有利于管壁结蜡），流速（随着流速增大,结蜡速率降低,结蜡强度减弱。

这是因为,随着流速增大,管壁剪切应力增大,油流冲刷作用增强,从而使得管壁上的结蜡层减薄[3]），管壁材质和原油中所含杂质（管壁粗糙度越大,越易结蜡,同时,原油中所含的其他机械杂质越多,越易结蜡。

这是因为,这些杂质和粗糙的表面为蜡提供了更多的结晶核心,从而容易结蜡），运行时间（随着运行时间的延续,结蜡层的厚度在缓慢增加,而蜡沉积的增量减少。

这是因为随着结蜡层厚度的增加,热阻增加,散热量减少,结蜡层表面与油流的温差减小,使蜡沉积增量减小）。

原油降凝剂在输油管道中的应用,已有多年历史,至今已在美国、英国、荷兰、法国、苏联、印度、澳大利亚、新西兰等十多个国家的数十条原油长输及集输管线上采用了原油降凝剂处理技术,效果都十分显著。

地处我国西北黄土高原的甘肃宁夏两省区内的马岭一惠安堡一中宁输油管道,全长270km,由于地理条件差,沿途设加热站9座。

该管道自1979年建成以来,因油田产量不足,实际输量只有设计最低输量60%左右。

为了安全运行,只好采用正反交替加热输送,耗能甚大,年亏损上千万元。

1987年12月9日～1988年3月20日期间,在该管道上使用了关国埃克森公司的原油降凝剂,全线运行正常,经济效益显著,百天节省燃料原油2918t，扣除药剂费,共节约资金118万元,成为我国第一条不用加热常温输送的输油管线。

中银输油管道是石油龙昌（集团）股份有限公司（简称石油龙昌）与宁夏大元炼油化工有限责任公司（简称宁夏大元）合作的结晶。

在中国石油管道分公司和自治区计委的大力支持下，工程建设方案获得批准并公开向社会招标选择施工队伍。

中国石油管道一、二、三公司，华北油田油建一、二公司和中国化学工程第三建设公司承担了艰巨的施工任务。

2000年6月25日，防腐工程开工；

7月1日，全线开焊。

经过近半年时间的艰苦奋战，于2000年12月2日完成管道主体工程建设。

近几年来，长庆油田原油产量直线上升，宁夏大元公司经过去年的二期工程改造后，年炼化能力也提升近两倍，已达到225万吨，进入大中型炼厂行列。

中银输油管道的建成投产，解决了长庆油田陕北原油到达大元公司的“瓶颈”难题，使长庆油田的原油经靖马线、马惠宁线、中银线直接到达宁夏大元，发挥了管道运输安全、平稳、低耗的优势，结束了宁夏大元靠铁路拉运原油的历史，也减少了环境污染和原油损耗[4]。

近年来，尤其是随着我国西气东输一线、二线管道的铺设，管道运输特别是长距离输油管道已经成为原油和成品油最主要的运输方式。

长距离大口径油气管道运输，具有输送能力大、能源消耗低、损耗少、成本低、可连续均衡运输、不受气象季节影响、永久性占用土地少和运输安全性高等特点，是公路、铁路、水路、航空运输方式无法替代的第五大运输方式。

在五大运输方式中，对于油品及天然气的运输，采用水路运输当前逐渐被认为是最为经济方式，但它要受到地理条件等自然环境的制约及各种人为因素的干扰；

公路运输虽然较为灵活，但因其运输量小且运费高，一般用于少量且短途的区域运输；

铁路运输成本较高，对于大量的油气运输是不经济的，而且铁路总的运力的有限也使油气的运输量受到限制；

航空运输虽然快捷，但因其高昂的运输价格使其只在特殊的情况下偶尔被采用。

管道建设的规模大，投资多，对国民经济发展有重大的影响。

我国输油管道建设、运营管理已取得不小的成绩，但也面临着不少的问题和挑战。

我国东部油区不少已进入了产量递减阶段，需对东部原油管网进行技术改造，确保高粘易凝原油管道在低输量下安全运行，节能降耗；

我国石油开发的重点正向西部转移，随着新疆、陕甘宁地区大型油气田的开发，建设西部外输管道的任务已摆在面前。

这就给我们提出了更高的要求，因此很有必要对输油管道的设计做比较详尽的了解。

此次设计在遵守国家有关规定，通过技术对比选择最优工艺方案，设计中在保证安全运行条件下，尽量节约投资，便于生产操作，并考虑环境保护的要求。

中银输油管道位于宁夏，考虑气候地形等因素采用加降凝剂输送是经济、有效、可行的。

2.国内外研究现状

石油是目前世界上最重要的战略能源。

1865年美国在宾夕法尼亚州建成世界上第一条原油管道起，油气管道的发展已有近130年的历史了。

到目前为止，估计世界各种管道的总长度超过200万公里，其中油气干线的总长度超过150万公里。

世界石油管道工业历经400多年的风风雨雨，现已成为民经济的支柱产业，管道技术已经发展成为一门独立的学科和行业。

1963年印度建成的纳霍卡蒂亚—高哈蒂—伯劳尼输油管线,加热输送工艺第一次在原油管输系统中实施,迄今已发展到包括:

加热输送、热处理输送、添加化学剂输送、掺水保温输送及稀释输送等多种输送工艺技术。

我国的输油管道始建于20世纪50年代。

1958年建成克拉玛依—独山子输油管道，这是我国的第一条原油管道。

到21世纪初，我国的油气管道已超过2万公里，其中干线原油管道超过1万公里，已形成东北、华北、华东输油管网，西部的西气东输工程正在建设之中，“西油东输”也正在拟议中，在原油运输量中，管道输送的比重近几年骤然上升，已达到80%以上。

目前，管道运输已与铁路、公路、水运、航空一起，成为我国的五大运输行业。

能耗指标已成为代表当前各生产企业有无竞争力乃至企业生死存亡的最重要的表征之一。

低耗、节能、提高管道输送的经济社会效益，是管道运输行业科研攻关的大目标。

由于管道输运中普遍存在析蜡、结垢、凝管及堵塞现象，严重影响管道输送能力和效率，因此，所有这些输送工艺研究和应用（包括物理的和化学的方法）的目的旨在解决原油输送过程中存在诸如析蜡、结垢、凝管、堵塞等问题，从宏观效果上改善原油的流动特性，尤其是低温状况下的流变特性，从而达到降低能耗，安全输油，提高社会与经济效益之目的。

当前，含蜡粘性原油输送工艺研究与实施情况分述如下：

（1）加热输送

这是世界上实施最早，应用最广的一种输送工艺。

就加热方式而言，有直接加热和间接加热两种。

前苏联的长距离大口径乌金——古里耶夫——古比雪夫原油管道（长1500km，直径1020mm），属于前者；

美国最大的科阿林加（Coalinga）——阿文重质（Avon）重质原油管道（长275km。

直径508mm），属于后者。

我国多数管道目前采用前者，即直接加热的加热输送工艺。

这种输送工艺虽容易实现。

但工艺复杂，能耗高，投资巨大且安全性差。

因此，并非理想的输送工艺。

（2）热处理输送20世纪60年代以来，国内外研究开发了原油热处理输送工艺。

其中，印度的纳霍

卡蒂亚（Nahorkatiya）——高哈蒂（Ganhati）——伯劳尼（Barauni）输油管道（长1150km，直径400和356mm）采用一种完备热处理输送工艺，处理后的原油在地温条件下等温输送；

我国的克拉玛依——独山子、克拉玛依——乌鲁木齐、濮阳——临邑和马岭——惠安保——中宁等输油管道，则采用一种简易热处理输送工艺，实现了特定温度下的常温输送。

目前，我国油田大部分原油集输干线均仍在使用这种输送工艺，虽然简易，但仍收到了相当明显的经济效益。

（3）添加降凝剂、减阻剂输送工艺该工艺是20世纪70年代末发展起来的一种化学处理工艺。

不少国家已经实施原油添加这些化学药剂输送，例如，澳大利亚的杰克逊（Jackson）——布里斯班（Brisbane）输油管道（长1100km，直径305和254mm），全年实现添加降凝剂输送。

1979年美国纵贯阿拉斯加管道第一次大规模商业性使用减阻剂以来，世界上不少国家和地区的陆地和海底管道，先后都实现了添加减阻剂输送。

我国在20世纪90年代也开展了原油降凝剂、减阻剂的合成、筛选与应用研究，并且进行了工业性应用试验，取得很好的减阻和增输的效果。

现在我国国内的大部分原油长输管线均采用或部分线路采用这种化学工艺。

但这些化学助剂价格较高，常年注入的结果带来了原油输送成本的提高，如河南油田的魏岗——荆门输油管线，年输量120万吨，距离160公里，采用添加降凝剂、减阻剂输送，整条管输系统年运行成本300多万元。

因此，这种化学处理工艺远非经济的方法。

（4）稀释输送作为稀释剂有轻质原油、石油产品和天然气凝析油等"

这种输送工艺，在前苏联、

加拿大和美国等国家，已应用于长输管道，在我国，稀释输送工艺已广泛应用于油田稠油集输系统，如用稀油掺稠油的方法，加拿大的洛伊德莱姆尼斯切尔——哈尔吉斯基输油管道（长116km，直径219mm），则是采用掺入22.5%的凝析油以输送高粘原油的。

（5）低粘液环输送

该工艺在国外已有实际应用。

例如，在美国中途岛森塞特（Sunset）油田建有一条长40km、直径159mm的特高粘原油管道，用水环法输送，水占整个输液量的30%。

在我国，针对大庆、辽河和胜利油田等粘稠原油，正在试验研究这种输送工艺。

但由于存在许多技术难点，至今仍处在研究阶段。

（6）乳化输送在国内外油田采油过程中以及集输系统，都采用了乳化输送工艺。

为了形成稳定

的水包油乳化液，往往在水中加入表面活性剂。

在国外，新近开发研究一种生物乳化的方法，目前正在进行中型试验。

（7）伴热保温输送工艺在国内外输油生产实践中，输油管道往往同时伴热和保温。

伴热方法有电伴热和

热水或蒸汽伴热两种。

伴热管又分为置于油管内的（穿心伴热管）和外部伴热的两种方法，印度尼西亚有几条海底管道在输送特高含蜡原油时!

采用了这种输送工艺的前一种方法；

河南油田魏岗油区原油是典型的“三高”原油（高含蜡、高凝固点、高胶质沥青质），由于物性差，只好设计采用了井口掺热水的双管集输、高温热洗清蜡的工艺流程，这属于后一种方法。

该工艺投资较大，能耗高。

（8）水悬浮输送印度尼西亚的丹戎（Tanjung）油田——巴厘巴板（Balikapan）输油管道（长238km，直径508mm），实现了掺水后水为连续相、油为分散相的水悬浮输送。

我国也曾进行过水悬浮输送的试验。

（9）天然气饱和输送这种输送工艺在前苏联研究和应用较多。

实践表明，当管道通过多年冻土带或沼泽地时，由于不能对原油进行加热，采用这种方法输送含蜡粘性原油是比较适宜的。

（10）浆料输送美国、日本和英国等国家开展了这种输送工艺研究，并进行了环道试验。

其要点是，先把原油蒸馏，得到轻重两种馏分，然后把重馏分变成小球粒，分散到轻质液体馏分之中，制成一种烃类浆料进行输送（烃类浆液悬浮输送）。

（11）剪切处理输送1983年，前苏联人哥洛瓦诺夫开始了剪切处理输送工艺的研究。

实验中将剪切温度升高到22℃，剪切前原油表现粘度为19800mPa•S，剪切后的粘度平均降低到1000mPa•S由此可见，剪切处理正是利用含蜡易凝原油的低温触变性对原油施加高速剪切后，使其破坏低温时原油的网络结构，从而改善原油的流动性能。

据国外报道，剪切1～5分钟，含蜡原油的表观粘度即可下降90%，并且经过35小时才能恢复，这就预示剪切处理输送工艺在改变流体流变特性、低耗节能方面有其广阔的发展前景，引起管道科技工作者的高度重视，并对其具有浓厚的研究兴趣。

我国目前已开展这方面的研究工作。

（12）压力处理输送为了解决高粘易凝原油的输送问题，国外研究工作者正在探索该输送工艺。

根据前苏联的研究报道，压力处理（各向压缩）有可能成为改善非牛顿流体流动特性的一种方法。

实验表明，压力处理可使这种非牛顿流体的表观粘度降低，并且所加压力越大，其处理效果就越明显。

这亦引起了我国科研人员的关注。

（13）其它输送工艺除上述的主要输送工艺外国内外，已经研究和正在酝酿研究及部分实施的输送工艺还有：

热裂解、脱蜡、加氢减粘、磁处理、器输（滑箱、膜袋等）、核辐照和界面处理减阻等。

但这些工艺普遍存在技术研发难度大、操作复杂、安全性差等不足。

应当说明的是，为了解决含蜡原油的管输问题，国内外越来越多地采用组合输送工艺技术，例如，前面已提到的澳大利亚的杰克逊——布里斯班管道，在输送杰克逊原油时，除添加降凝剂外，同时掺入5%～10%的轻质原油作为稀释剂!

再如美国的阿拉斯加管道，采用高流速输送（3.1m/s）,利用磨擦生热来加热原油，并用泡沫塑料对管道进行保温。

我国的马岭——惠安堡——中宁输油管道，在采用热处理输送工艺[5]的基础上，为了实现全年常温输送，在冬季还要添加降凝剂。

3.毕业设计（论文）的主要内容

本次设计的题目是原油管道工艺的初步设计。

长输管道的投资巨大，需在长期的时间内保持在其经济输量范围内，才有明显的经济效益。

所以选择合适的路线走向，合理确定建设规模，选择正确的站址，对于节省投资和运行费用，以及安全环保都有很重要的意义。

（一）计算内容1.分别用输油成本及费用现值比较法确定经济管径2.经济管径下的水力及热力计算3.主要设备选型（包括泵、炉、罐等）4.站址确定5.站址调整及工况校核

6.站内工艺流程设计

7．确定各个输量下的运行方案

（二）绘图部分内容

1.布站图

2.首站/中间泵站平面布置图

3.首站/中间热泵站工艺流程图

4.泵房安装图

4.所采用的方法、手段以及步骤等

管道设计是一门综合性的技术。

作为从事这项设计的工程技术人员，我既要结合生产实习中：

设备、生产操作、检修和施工等方面的知识；

更要熟练运用输油管道设计与管理、油气集输、原油流变学、泵与压缩机等专业知识及材料力学、理论力学、计算数学等基础知识；

还需要电工，仪表自动化等广泛的知识。

首先，查阅管线设计相关书籍、搜集资料、分别计算：

最优管径、几种开泵点炉方案下的运行参数、管材强度和管道阴极保护。

其次，确定泵站数、加热站数、站址及管材、进行站址调整、工况校核、主要设备选型及管道防腐。

再者，对站内流程进行设计，并绘制：

布站图、首站/中间泵站平面布置图、首站/中间热泵站工艺流程图、泵房安装图最后，撰写设计说明书和计算说明书，认真整理，细致检查。

并在严格执行国家

有关法律，法规及相关设计标准的前提下，从安全、环保、经济等诸多因素综合审核。

参考文献：

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石油工业出版社，2006.7[2]苗青,石蕾.加剂大庆原油结蜡规律研究[J].油气储运，2004,23（7）53-58[3]潘永梅.长翰管线析蜡特点分析及应用[J].油气田地面工程,2001,20（6）:

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