閆冰（大慶油田工程建設(shè)有限公司建材公司石油石化設(shè)備廠）

石油是當(dāng)今社會(huì)主要的燃料，也是多種化工產(chǎn)業(yè)的重要原材料之一，可以說(shuō)，石油工業(yè)是一個(gè)國(guó)家工業(yè)體系的命脈。我國(guó)幅員遼闊，地下有著豐富的原油資源，然而直接從地下開(kāi)采出來(lái)的原油是不能夠使用或燃燒的，必須要經(jīng)過(guò)加工提煉等一些列環(huán)節(jié)之后才能走向市場(chǎng)供給消費(fèi)者使用。由于我國(guó)石油資源分布情況比較分散，而且大多數(shù)油田所處的位置都是山區(qū)野外等環(huán)境比較惡劣的地區(qū)，這些地區(qū)是不適宜建造煉油加工企業(yè)的。所以原油開(kāi)采出來(lái)以后，必須通過(guò)相當(dāng)一段時(shí)間的運(yùn)輸，集中到煉油企業(yè)。原油的運(yùn)輸多是將原油裝入特制的儲(chǔ)油罐中，再通過(guò)汽車、火車或其他交通工具運(yùn)送到煉油企業(yè)[1]。

由于原油一般儲(chǔ)藏在很深的地下，地表深層的溫度較之于地面要高出很多，當(dāng)原油被開(kāi)采出來(lái)置于儲(chǔ)油罐中時(shí)，由于溫度的降低，原油會(huì)凝結(jié)成塊而不再保持液體狀態(tài)，所以在利用儲(chǔ)油罐對(duì)原油進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，都要對(duì)原油進(jìn)行不間斷的加熱保持一定的溫度從而防止原油凝結(jié)?，F(xiàn)如今最普遍的加熱方式是在儲(chǔ)油罐的罐底安裝加熱管對(duì)原油進(jìn)行加熱，然而這種方式進(jìn)行加熱會(huì)產(chǎn)生巨大的能源浪費(fèi)，因而有必要對(duì)傳統(tǒng)的加熱系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。

1 傳統(tǒng)加熱方式對(duì)能源的浪費(fèi)

傳統(tǒng)儲(chǔ)油罐對(duì)原油的加熱方式是在油罐的底部安裝加熱管，通過(guò)蒸汽或其他方式對(duì)運(yùn)輸中的原油提供熱能，保持原油的溫度，這種加熱方式存在明顯的不足之處。

1.1 原油由于含有較多雜質(zhì)，成分比較復(fù)雜，其流動(dòng)性極差，影響加熱的效率

大家印象中應(yīng)該都有這樣的感覺(jué)，就是原油不像加油站出售給顧客的成品油那樣干凈且富有流動(dòng)性，而是給人一種黏糊糊的感覺(jué)，那么這種情況下的原油流動(dòng)性是很差的。傳統(tǒng)的在儲(chǔ)油罐罐底安裝加熱管的方式，熱能只能在罐底附近傳遞給原油，然后通過(guò)原油的自身受熱后的熱對(duì)流，交換熱量，使全部的原油都能得到熱量從而防止原油凝結(jié)。正如前文所述，原油自身的流動(dòng)性相當(dāng)差，要通過(guò)原油自身的熱對(duì)流來(lái)實(shí)現(xiàn)整罐原油的加熱耗時(shí)相當(dāng)長(zhǎng)，往往熱量還未傳輸?shù)膬?chǔ)油罐上層原油的時(shí)候，下層熱油已經(jīng)涼的差不多了。所以，由于原油本身的缺乏流動(dòng)性，通過(guò)儲(chǔ)油罐罐底安裝加熱管的方式對(duì)原油進(jìn)行加熱的方法不僅加熱效率不高，而且會(huì)造成能源的巨大浪費(fèi)[2]。

1.2 原油中含有的水分對(duì)加熱產(chǎn)生的不良影響

原油開(kāi)采出來(lái)之后，其本身不僅僅含有各種各樣的碳化合物，還含有大量的水分。由于原油是不能溶解在水中的，所以當(dāng)儲(chǔ)油罐中的原油經(jīng)過(guò)加熱之后，水和原油會(huì)分離而在儲(chǔ)油罐中出現(xiàn)分層現(xiàn)象。又由于水的密度比原油的密度要大，所以在儲(chǔ)油罐中，水處于下層而原油位于上層。這樣，儲(chǔ)油罐底部的加熱管在對(duì)原油進(jìn)行加熱的時(shí)候首先受熱的是水而不是原油，熱量首先是通過(guò)水傳遞給原油的。由于水本身不是很好的導(dǎo)熱材料，通過(guò)他來(lái)向原油傳遞能量效率不高。同時(shí)水與原油不能互溶而是存在明顯的上下分層，這進(jìn)一步降低了熱量傳遞的效率。再者，水的沸點(diǎn)是攝氏一百度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原油的沸點(diǎn)，這就給我們的加熱又設(shè)置了一道障礙，加熱的熱量源必須控制好，不能過(guò)高。所以原油中的水分會(huì)給罐底加熱造成很大的影響。

1.3 底部加熱原油的直接受熱范圍過(guò)小

原油罐裝運(yùn)輸中通常所使用的儲(chǔ)油罐是圓形桶狀結(jié)構(gòu)，其與運(yùn)輸工具的接觸部分即罐底的面積很小，相較于罐體中部最大的橫截面而言還不足橫截面面積的一半，由于罐底面積的限制，在罐底安裝加熱管，數(shù)量受到嚴(yán)格的限制。同時(shí)儲(chǔ)油罐中原油直接受熱的量很少，這樣一來(lái)，勢(shì)必會(huì)造成加熱管心有余而力不足的情況。

2 加熱管分層分段的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)的在儲(chǔ)油罐罐底安裝加熱管對(duì)原油進(jìn)行加熱的方式效率非常低，而且造成了能源的極大浪費(fèi)。因此極有必要對(duì)這一傳統(tǒng)方式進(jìn)行節(jié)能改造，提高原油的開(kāi)采和運(yùn)輸效率，節(jié)約資源。一個(gè)很好的方式就是將原有的安裝在罐底的加熱管，進(jìn)行改造，使其不再是只限于安裝在罐底，而是分層安裝在整個(gè)儲(chǔ)油罐中，這樣的改造具有很明顯的優(yōu)點(diǎn)。

2.1 增加了原油的受熱面積

傳統(tǒng)的罐底安裝加熱管的加熱方式，原油直接受熱的量只局限于油罐底部的少量原油。通過(guò)對(duì)加熱管的分層改造，可以在儲(chǔ)油罐空間的各層都安裝加熱管，這樣無(wú)論是處于油罐下層還是油罐上層的原油都可以直接并且迅速地受熱。原油直接受熱量的增加避免了間接通過(guò)介質(zhì)傳熱造成的能量損耗[3]。

2.2 避免了原油對(duì)流性差造成的加熱效率低的問(wèn)題

原油的對(duì)流性很差，傳統(tǒng)的罐底加熱的方式需通過(guò)原油的對(duì)流，下層的原油受熱之后由于體積膨脹密度變小而上浮，上層的原油下沉，從而使整罐油都被加熱，這樣的過(guò)程效率慢而且能源浪費(fèi)極大。通過(guò)對(duì)加熱管的分層改造，在各個(gè)油層都安上加熱管，這樣無(wú)論處于哪一層的原油都可以同時(shí)直接受熱，而不再需要通過(guò)原油自身的對(duì)流傳熱，通過(guò)對(duì)流傳熱不僅速度慢，而且效率低，極易造成能源浪費(fèi)。

2.3 避免了原油中水分對(duì)傳熱的阻礙

由于原油與水在受熱之后相互分離并在儲(chǔ)油罐中分層，而且由于水的密度大使水全部留在儲(chǔ)油罐底部，從罐底對(duì)原油進(jìn)行加熱的時(shí)候先受熱的是水，再通過(guò)水向原油傳輸熱量。通過(guò)對(duì)加熱管分層改造后，使原油直接與加熱管接觸，直接受熱，而不再需要通過(guò)水的傳導(dǎo)。

2.4 易于對(duì)加熱過(guò)程靈活控制，避免浪費(fèi)

傳統(tǒng)的加熱方式，通過(guò)油罐底部安裝的加熱管，由于隔著一層水，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油罐內(nèi)整體的受熱情況，通俗的來(lái)說(shuō)，就是“閉著眼睛”加熱，不論儲(chǔ)油罐中油的溫度如何，需不需要繼續(xù)供熱，都一直不停地像原油輸送熱量。這樣極易造成巨大的浪費(fèi)。通過(guò)對(duì)加熱管的分層改造，加熱管實(shí)現(xiàn)了與儲(chǔ)油罐中原油最大程度上的接觸，這樣通過(guò)安裝在加熱管上的熱敏元件就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油罐內(nèi)原油的溫度，從而決定是否繼續(xù)加熱，加熱力度多大等等。這樣一來(lái)，便可以大大節(jié)約資源。

3 對(duì)加熱管的分層分段節(jié)能改造

3.1 加熱管的設(shè)置

要改變?cè)械闹辉谟凸薜撞堪惭b加熱管的方式，將原有的底部一層加熱盤管變?yōu)槎鄬恿Ⅲw式的結(jié)構(gòu)，即在油罐內(nèi)部每隔一定高度設(shè)置一層加熱盤管。

1）加熱管的設(shè)置密度，首先應(yīng)與加熱管所處罐體的橫切面的面積成正比，例如位于儲(chǔ)油罐中部的加熱管分布就應(yīng)當(dāng)密集一些，而隨著向油罐頂部和底部的延伸，加熱管分布就應(yīng)當(dāng)越來(lái)越稀疏。同時(shí)，加熱管的設(shè)置要充分考慮到原油受熱后的流動(dòng)情況，由于原油受熱后，體積膨脹，密度減小，因此它會(huì)上浮。基于此，油罐上部的加熱管應(yīng)該比下層布置的略密一些，這樣，上層的原油接受的能量更多，溫度上升的快一些，下層的原油受熱慢，溫度低一些，就可以減少油層的對(duì)流。

2）設(shè)立加熱管高度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。在油罐內(nèi)部立體式的增設(shè)加熱管之后，需要輔之以自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備。一般儲(chǔ)油罐起運(yùn)時(shí)都是滿油狀態(tài)，但是不能確保所有的儲(chǔ)油罐都是滿油狀態(tài)，況且，油罐車隨時(shí)可能卸下一部分原油，所以儲(chǔ)油罐中儲(chǔ)存的油量是隨時(shí)可能發(fā)生變動(dòng)的，所以應(yīng)當(dāng)根據(jù)儲(chǔ)油罐中油量的多少靈活調(diào)節(jié)加熱管的高度。

3.2 分層分段式加熱管的控制

1）對(duì)分層分段式加熱管進(jìn)行控制。要根據(jù)儲(chǔ)油罐內(nèi)油位高度及油水界面的高度升降，實(shí)時(shí)對(duì)各層段加熱盤管進(jìn)行靈活合理的控制，實(shí)現(xiàn)原油加熱盤管節(jié)能改造后的功能。當(dāng)某加熱層段上方無(wú)液體或某層段內(nèi)的液體溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，停止對(duì)該層位的加熱，即使該層位的加熱盤管停止工作。為了充分利用熱能，可控制對(duì)水層的熱量輸入，對(duì)處于水層的加熱盤管進(jìn)行流量控制或關(guān)斷水層加熱盤。

2）加熱管輔助性元件的利用。對(duì)加熱管的分層改造不只是管道本身的改造，還要配備有智能控制系統(tǒng)，包括檢測(cè)、控制、執(zhí)行等元件。在選用元器件時(shí)，首要考慮的是安全性和可靠性。原油生產(chǎn)中，原油儲(chǔ)罐是一個(gè)充滿易燃易爆介質(zhì)的容器，只有在絕對(duì)保證設(shè)備安全運(yùn)行的前提下，對(duì)該設(shè)備的節(jié)能降耗改造。

要利用檢測(cè)元件如液位檢測(cè)探頭、溫度傳感器、油水界面檢測(cè)元件及管力傳感器、流量傳感器等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)油罐中的溫度、液位等情況，再通過(guò)控制單元對(duì)各檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理、并根據(jù)處理結(jié)果對(duì)執(zhí)行元件進(jìn)行操作控制。

隨著原油開(kāi)采和利用力度的不斷提升，對(duì)原油利用效率的要求越來(lái)越高。而原油運(yùn)輸中的能源損耗越來(lái)越大，傳統(tǒng)的原油加熱方式已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代的要求，利用現(xiàn)代技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)加熱方式進(jìn)行改造，輔之以現(xiàn)代化的管理方法，提升原油運(yùn)輸過(guò)程中的加熱效率。

[1]嚴(yán)偉麗.常減壓裝置的腐蝕與防腐[C].中國(guó)石油化工股份有限公司常減壓蒸餾技術(shù)論文集,2009:144-154.

[2]鄧壽祿,王貴生.油田加熱爐[M].北京:中國(guó)石化出版社,2011:41-42.

[3]趙欽新,李衛(wèi)東,惠世思.燃油燃?xì)忮仩t結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及圖冊(cè)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2012:25-27.