某終端原油儲罐及管道加熱保溫改造方案研究

張子波

中海油研究總院有限責任公司，北京 100028

由海上生產(chǎn)平臺管輸來的合格原油經(jīng)某終端站內(nèi)油庫儲存后，通過專用輸油碼頭裝油輪銷售給國內(nèi)用戶。站內(nèi)已建原油儲運設施主要包括油庫（2 座 2 萬 m3和 1 座 1 萬 m3浮頂原油儲罐）、2 萬t 級的原油碼頭、專用油輪航道等生產(chǎn)設施，以及配套的輔助生產(chǎn)及公用工程設施[1]。擬新建生產(chǎn)平臺生產(chǎn)的高凝原油將通過進站管道進入終端，預計進站原油凝點將超過最低環(huán)境溫度。為保證終端安全生產(chǎn)，需考慮對已建的儲罐及相應的管道進行保溫改造。本文將就儲罐和管道的保溫改造方案進行對比研究。

1 已建原油儲運設施參數(shù)

已建原油儲運設施工藝流程如圖1所示。

圖1 終端原油儲運工藝流程示意

終端站內(nèi)現(xiàn)有的2 萬m3油罐參數(shù)為：油罐內(nèi)徑40.5 m，罐壁高度15.85 m，罐頂、罐底面積1 288 m2，罐壁面積2 017 m2。1 萬m3油罐參數(shù)為：油罐內(nèi)徑28.5 m，罐壁高度15.85 m，罐頂、罐底面積638 m2，管壁面積1 419 m2。終端至碼頭架空外輸管道參數(shù)為：DN600，長度700 m 管道。

2 原油溫降計算

根據(jù)逐年進站原油凝點和海底管道出口原油最低溫度，分別計算出逐年進站原油在儲罐不保溫、增加0.1 m 厚保溫層以及增加0.2 m 厚保溫層三種情況下，由海底管道原油最低出口溫度下降到凝點的時間，計算結果如表1所示。

表1 原油溫度降低到凝點的時間/d

從表1可以看出，進站原油下降到凝點的時間與站內(nèi)原油可儲存的時間相比較短，站內(nèi)原油周轉存在風險，因此需要對儲罐及相關管道進行保溫。由表1可知：原油最高凝點為5.8℃，若滿足原油儲存溫度應高于凝點5 ～15℃[2]的要求，按高于凝點5℃計算則原油儲存溫度為10.8℃，考慮到留有一定的余量，本次研究采用原油儲存溫度為13℃來計算散熱負荷。

3 管道伴熱保溫方案

依據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結果，終端至碼頭的原油外輸管道未設置保溫層，且在完成外輸作業(yè)后，僅將輸油臂中原油通過泵排空，而終端至碼頭的管道內(nèi)不進行排空作業(yè)，因此需要考慮對該管道增加伴熱。管內(nèi)保溫溫度考慮與儲罐一致，按照13℃計算，管道保溫計算負荷結果見表2。

表2 管道不同保溫層的保溫負荷

根據(jù)表2計算結果，推薦管道保溫采用增加70 mm 玻璃棉氈保溫層的電伴熱方案。

4 儲罐保溫層改造方案論證

終端現(xiàn)有三個儲罐均為金屬裸罐，若不考慮給儲罐增加保溫層，則計算結果如表3所示。若考慮增加保溫層，則采用不同厚度保溫層的計算結果如表4所示。

表3 儲罐無保溫層時的熱損失

表4 儲罐有保溫層時的熱損失

儲罐不增加保溫層可節(jié)省保溫層投資，但因需對電力系統(tǒng)進行改造，新增變壓器，且因用電負荷增加，電加熱器的投資和年操作運行費用也要增加。經(jīng)計算不設保溫層預計投資可節(jié)省約40 萬元，但是年運行費用增加100 萬元以上，因此不經(jīng)濟。推薦采用增加90 mm 厚玻璃棉氈保溫層的方案。

5 儲罐加熱保溫方案論證

儲罐加熱保溫一般采用兩種方式。一種是采用罐內(nèi)加熱盤管加熱保溫，另一種是采用熱油循環(huán)加熱保溫[3]。此外，目前國內(nèi)廠家提出了一種罐外纏繞電伴熱帶的電伴熱保溫方式。下面就上述三種加熱保溫方式進行對比分析。

5.1 罐內(nèi)加熱保溫法

常用的罐內(nèi)加熱保溫方式和特點如表5所示。對于蒸汽或者熱水加熱法，因終端無現(xiàn)成可利用的熱水和蒸汽熱源，需要新建水處理設施和鍋爐，工程改造量大，且終端基本無可滿足需求的用地，因此罐內(nèi)維持溫度考慮采用電加熱法。經(jīng)計算，罐內(nèi)電加熱法需在罐內(nèi)增設約23 個電加熱棒，總負荷約為442 kW。主要改造工程量為：儲罐清洗、增加罐內(nèi)加熱器、相應的輔助生產(chǎn)設施的改造。

表5 罐內(nèi)加熱保溫方式、特點及應用情況

5.2 熱油循環(huán)法

熱油循環(huán)法的工藝主要為從儲油容器中不斷抽出一部分油品，在容器外加熱到一定溫度，再用泵打回容器中去與冷油混合。由于熱油循環(huán)過程中存在著機械攪拌作用，因此返回容器中的熱油很快把熱量傳給冷油，使容器中油溫逐步提高。這種方法雖然需要增設循環(huán)設備，但罐內(nèi)不需要裝設加熱器，因而就避免了加熱器的銹蝕和隨之而來的檢修工作，近年來受到國內(nèi)外普遍的重視，并逐步在生產(chǎn)實踐中推廣使用[5]。

目前，應用比較廣泛的有以下幾種工藝：第一，罐外設置直接加熱爐；第二，罐外設置導熱油系統(tǒng)加熱；第三，罐外設置電加熱器。對于這幾種工藝，因為考慮到終端用地限制，不能采用明火加熱，因此考慮采用電加熱器作為罐外加熱設施。

在罐外循環(huán)中，可考慮采用終端已建原油外輸泵作為循環(huán)泵，或增設循環(huán)泵進行循環(huán)。對于這兩種方案的加熱負荷計算結果如下：

（1）采用已建原油外輸泵作為循環(huán)泵方案。已建原油外輸泵單臺流量為2 000 m3/h，電加熱器入口溫度取8 ℃，出口溫度取不同值時對應電加熱器的熱負荷見表6。主要改造工程量為：增設1 臺850 ～4 300 kW 的電加熱器，改造相應的輔助生產(chǎn)設施。

表6 電加熱器熱負荷

（2）增設循環(huán)泵方案。取加熱器加熱終了溫度為18℃，罐內(nèi)維持溫度為13℃，計算得到需要的循環(huán)泵排量為210 m3/h，泵功率45 kW，加熱器負荷為450 kW。主要改造工程量為：增設循環(huán)管道，增設1 臺450 kW 的電加熱器，增設1 臺排量為210 m3/h、功率為45 kW 的循環(huán)泵，改造相應的輔助生產(chǎn)系統(tǒng)。

考慮到利用已建原油外輸泵作為循環(huán)泵的方案，其加熱負荷太大，又由于終端電力剩余負荷有限，因此對于熱油循環(huán)法，推薦采用增加循環(huán)泵的罐外電加熱器熱油循環(huán)方案。

對于熱油循環(huán)加熱保溫方案，需在儲罐出口匯管和入口匯管之間增設加熱流程。通過增加1 臺循環(huán)泵將原油輸送至電加熱器，加熱后熱油進入儲罐入口匯管，然后進入儲罐儲存。改造工藝流程示意如圖2所示。

圖2 熱油循環(huán)工藝流程示意

5.3 罐外電伴熱

罐外電伴熱采用在罐體外壁纏電伴熱帶并加保溫層的方式。經(jīng)咨詢相關廠家，罐外電伴熱用電負荷計算結果如表7所示。采用電伴熱維持溫度方式無需對儲罐內(nèi)部進行清洗，也無需動火，對生產(chǎn)影響最小。

表7 電伴熱維持溫度

5.4 三種儲罐加熱保溫方案對比

三種儲罐加熱保溫方案的改造工程量和投資對比如表8所示，三種方式的優(yōu)缺點對比見表9。

6 結束語

對于本項目改造工程，綜合考慮投資、不同工藝特點，結合終端目前實際情況，認為采用熱油循環(huán)法投資最低，且經(jīng)核實，其所需電負荷終端也可滿足要求，改造對生產(chǎn)影響最小。因此，推薦儲罐加熱保溫方案采用熱油循環(huán)法。

表8 三種加熱保溫方式投資對比

表9 三種加熱保溫方式的優(yōu)缺點對比