顧朝紅

(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315000)

1 前言

中海石油寧波大榭石化有限公司三期餾分油綜合利用項目總體工藝流程規(guī)劃，將原75萬噸/年重交瀝青裝置改建為中質(zhì)原油常壓加工裝置——1#常減壓裝置，原油加工能力200 萬噸/年，主產(chǎn)常壓渣油作為DCC裝置的加工原料；原225萬噸/年重交瀝青裝置——2#常減壓裝置，原油加工能力600 萬噸/年，保持原功能繼續(xù)加工海洋重質(zhì)原油，主產(chǎn)瀝青、蠟油、直餾柴油、石腦油等，為保持下游裝置原料性質(zhì)穩(wěn)定，兩套裝置對原油采用分儲分煉方式進(jìn)行加工。大榭石化擁有3臺10萬方、2臺5萬方、2臺2萬方共7臺原油儲罐，合計罐容44 萬方，由于海洋重質(zhì)原油品種多、每批次量少、供應(yīng)不穩(wěn)定等特點，使得現(xiàn)有原油儲罐數(shù)量和罐容顯得不足，周轉(zhuǎn)難以滿足分儲分煉生產(chǎn)需要，受當(dāng)?shù)卣?guī)劃限制，也沒有多余的土地供應(yīng)用來新建原油儲罐。為解決原油罐容不足問題，大榭石化和臨近企業(yè)寧波大榭開發(fā)區(qū)信海油品倉儲有限公司(以下簡稱：信海倉儲)達(dá)成租罐合作協(xié)議，由大榭石化長期租用信海倉儲其中2臺10萬方、1臺5萬方原油儲罐，專門用來接卸儲存大榭石化1#常減壓裝置加工所需的中質(zhì)原油，并由大榭石化投資建設(shè)連通雙方的原油長輸管道，長輸管道一方面向信海倉儲進(jìn)行原油卸船，另一方面進(jìn)行原油轉(zhuǎn)輸，根據(jù)大榭石化生產(chǎn)需要階段性將中質(zhì)原油從信海倉儲回輸至大榭石化1#常減壓裝置原油供料罐。

2 長輸原油管線建設(shè)基本情況

大榭石化和信海倉儲連通的原油長輸管線，遠(yuǎn)期按規(guī)劃中擬建800 萬噸/年常減壓裝置生產(chǎn)要求配套建設(shè)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性原則，管徑選擇為DN500，管線材質(zhì)為L245，管線設(shè)計壓力3.8 Mpa，設(shè)計溫度80 ℃，采用超輕硅酸鋁卷氈做為保溫隔熱材料，保溫層厚度60 mm。大榭石化與信海倉儲直線距離約2.1公里，中間間隔有多家石油化工類企業(yè)，由于管線跨越相鄰企業(yè)難以實現(xiàn)，因此管線路由最終選擇走大榭公共管廊架空鋪設(shè)。管線鋪設(shè)通過信海倉儲裝船管線上已有甩頭接出，經(jīng)大榭公共管廊，再接入關(guān)外碼頭至大榭石化的已有原油卸船線。新建原油管線4904 m，利用關(guān)外碼頭至大榭石化進(jìn)罐管線2213 m，整條轉(zhuǎn)輸流程兩段原油管線全長7117 m。信海原油長輸管線主要輸送高凝點中質(zhì)原油，主要有潿洲、陸豐、番禺、西江等原油品種，凝點絕大部分都在30 ℃以上，如陸豐原油凝點達(dá)36 ℃，為保證管線輸送流動暢通性，防止凝線，管線內(nèi)介質(zhì)溫度應(yīng)始終保持在40℃以上。根據(jù)原油船到港卸船時的油品溫度和儲罐內(nèi)的儲存溫度情況，動態(tài)管輸時管線內(nèi)油品的溫度基本上介于50 ℃-60 ℃之間。當(dāng)原油連續(xù)輸送時，按管線起點油品溫度55 ℃計算，油品溫降為1.2 ℃。當(dāng)原油停輸時，從55 ℃降至40 ℃時，該段時間理論上需要105 小時[1]，這根長輸原油管線為非連續(xù)性輸送作業(yè)，因此必須對管線設(shè)置伴熱。大榭公共管廊沒有專用蒸汽線，新鋪1根蒸汽管線投資較大，能耗過于浪費，且后期操作、維護(hù)工作量大，且每年還需支付公共管廊管位租用金，得不償失。最后選擇對新建的原油管線通過設(shè)置1套集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)來解決原油管線伴熱問題。

3 集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)配套設(shè)置情況介紹

3.1 集膚伴熱管設(shè)置

集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)是通過電磁波在鐵磁體內(nèi)衰減、電磁感應(yīng)過程、將大部分電能以渦流形式轉(zhuǎn)化為熱能。大榭石化與信海倉儲間的長輸原油管線集膚電伴熱系統(tǒng)配電設(shè)在管道中段，兩側(cè)管道長度分別是2265 m和2639 m，管道配電點作為集膚電伴熱系統(tǒng)起點，并在管道首端分別設(shè)2個電源接線盒，在管道末端分別設(shè)2個尾端接線盒。從電源盒到尾端盒各有1根與DN500原油管道等長的φ27×3的無縫碳鋼管作為電伴熱系統(tǒng)的集膚加熱管，并焊接固定在原油管線兩側(cè)(雙伴熱)，集膚加熱電纜穿在集膚加熱鋼管內(nèi)，每根集膚加熱電纜和集膚加熱管各自組成1個集膚加熱控制回路。電熱帶型號JSEF-25，電伴熱集膚電纜芯線采用無氧銅鍍錫復(fù)絞線，集膚電纜絕緣和護(hù)套材料為氟塑料，集膚加熱鋼管采用優(yōu)質(zhì)無縫精密級冷拔鋼管，整體設(shè)計壽命不低于15年。

圖1 集膚電伴熱安裝示意圖

3.2 電伴熱主要控制系統(tǒng)組成

電伴熱系統(tǒng)組成包括專用特種變壓器、箱式配電控制柜、集膚加熱電纜、加熱鋼管、各型接線盒等配套附件。

在電伴熱管道中段起點設(shè)1個10KV配電站，內(nèi)設(shè)集膚電伴熱用特種變壓器和配電控制柜各1臺，特種變壓器斯采用考特變壓器(T形)型號：SLR-700/10-1.2，初級為10 KV，2個(T1和T2)次級輸出各設(shè)置五個抽頭，T1和T2具有±5%和±10%五檔電壓調(diào)整和功率輸出，默認(rèn)第三檔，輸出回路：2路(最大輸出電流250A)。變壓器次級另有1個5 KW容量的220 V負(fù)載抽頭輸出，用于箱變內(nèi)照明、風(fēng)機(jī)和控制柜儀表供電。

特種變壓器工作電壓如下：

輸入：10 KV(電源來自10 KV變電所經(jīng)環(huán)網(wǎng)進(jìn)入集膚用特種變壓器)

輸出：T1(a-b間)1050 V——127 A*2

T2(b-c間)1150 V——127 A*2

T3(x-b間)220 V——23 A

電伴熱系統(tǒng)配電控制柜包括高壓隔離開關(guān)、真空接觸器、中間繼電器、手自動切換開關(guān)、急停按鈕、啟停按鈕、指示燈、控制模塊及觸摸屏等?？娠@示運(yùn)行電壓、電流、溫度及各加熱回路通電狀態(tài)指示等。配電控制柜的控制系統(tǒng)具有過流保護(hù)、斷路保護(hù)、短路保護(hù)及溫度、電流異常監(jiān)測和控制功能，在觸摸屏上可設(shè)置電流異常保護(hù)(欠電流、過電流)，并設(shè)置超溫報警和復(fù)位功能，具有測溫元件斷線保護(hù)報警(即測溫信號斷開、停止加熱并保持)，具有手動調(diào)試及自動恒溫控制功能，配電箱預(yù)留RS485通訊接口，用于遠(yuǎn)程監(jiān)測。配電控制柜內(nèi)配置相應(yīng)電壓等級的元件，管線溫度由溫度控制器進(jìn)行恒溫控制，控制溫度可設(shè)定，控制精度±1 ℃，測溫元件采用Pt100，安裝在現(xiàn)場管道外壁表面，溫度信號經(jīng)變送器引至配電控制柜，在觸摸屏上可顯示管壁溫度并且可設(shè)定管道維持溫度的上、下限溫度值和超溫報警值。

4 集膚電伴熱運(yùn)行能耗統(tǒng)計分析

根據(jù)大榭石化所處區(qū)域氣象資料，冬季極端溫度取-6.6 ℃，夏季最高38.5 ℃，一月份平均氣溫5.4 ℃。電伴熱設(shè)計管道介質(zhì)維持溫度45 ℃±5 ℃，最高工作溫度60 ℃。計算得出，輸送管線冬季最大散熱量為69.7 w/m[2]，電伴熱管道補(bǔ)償量按85 W/m選用，新建的4904 m長輸原油管線冬季理論運(yùn)行最大補(bǔ)償量為342 KW，如保溫不良時，最高補(bǔ)償量應(yīng)為417 KW。

大榭石化長輸原油管道建成投用后，將電伴熱工作上下限啟停溫度設(shè)定在49 ℃-57 ℃。原油管道及電伴熱系統(tǒng)投用后，對電伴熱運(yùn)行能耗分階段進(jìn)行了統(tǒng)計測算：

2019年1月11日15：00至2月4日11：00共用電202393 KW，平均每小時耗電354 KW，該時間段正處于冬季最寒冷階段，可以代表冬季電伴熱運(yùn)行耗能指標(biāo)。

2019年7月18日15：00至8月16日14：00共用電152000 KW，平均每小時耗電219 KW，該時間段正處于夏季最高溫階段，可以代表夏季電伴熱運(yùn)行耗能指標(biāo)。

從2019年1月4日電伴熱系統(tǒng)投入運(yùn)行至2020年1月3日共耗電2802382 KW，全年平均每小時耗電320 KW。

5 集膚電伴熱運(yùn)行加熱效果趨勢分析

5.1 電伴熱在冬季運(yùn)行維溫效果

為了解電伴熱在冬季是否能長時間保持管線溫度，確保使原油管線能時刻保持流動暢通，在管內(nèi)介質(zhì)不流動狀態(tài)下對電伴熱運(yùn)行時管線溫度變化情況進(jìn)行觀察，列出如下表1數(shù)據(jù)：

表1 電伴熱在冬季運(yùn)行維溫情況

觀察記錄2：2019年1月30日-2月10日 1月30日0：50卸油結(jié)束，結(jié)束后溫度50.215 ℃

從表1可以看出，原油管線在冬季停止流動后，在2組電伴熱開啟運(yùn)行的情況下，只要會頻繁出現(xiàn)8 ℃以上的氣象環(huán)境溫度，則至少能維持住40 ℃以上管線輸送最低要求溫度在10天以上。

5.2 電伴熱低溫條件下加熱散熱平衡環(huán)境溫度點

為掌握低溫氣象條件下環(huán)境溫度對原油管線保溫層散熱的影響，找出集膚電伴熱能維持住原油管線溫度不下跌的最低環(huán)境溫度，通過在管內(nèi)介質(zhì)不流動狀態(tài)下對電伴熱運(yùn)行時管線溫度變化情況進(jìn)行觀察，列出如下表2數(shù)據(jù)：

表2 電伴熱加熱散熱平衡溫度點

觀察記錄1：2019年3月7日 氣溫3 ℃-14 ℃ 時間24小時

從表2可以看出，電伴熱加熱散熱平衡溫度點在7 ℃-8 ℃之間，即當(dāng)環(huán)境溫度高于8 ℃時，集膚電伴熱能將管線介質(zhì)溫度加上去；當(dāng)環(huán)境氣溫低于7 ℃時，集膚電伴熱不能維持住管線介質(zhì)溫度，此時在電伴熱運(yùn)行的情況下，管線內(nèi)介質(zhì)溫度還是會呈緩慢下降趨勢。

5.3 電伴熱停止工作時管線散熱降溫速率

為了解電伴熱在停止工作時管內(nèi)介質(zhì)散熱降溫速率，找出電伴熱啟停時間間隔規(guī)律，防止停電時及時采取管線防凝應(yīng)對補(bǔ)救措施，通過在管內(nèi)介質(zhì)不流動狀態(tài)下對電伴熱運(yùn)行時管線溫度變化情況進(jìn)行觀察，列出如下表3數(shù)據(jù)：

表3 電伴熱停止工作狀態(tài)下溫度下降趨勢

觀察記錄3：2019年3月15日 氣溫8 ℃-11 ℃ 13：55卸油結(jié)束，結(jié)束后溫度56.785 ℃電伴熱設(shè)定上下限啟停溫度：49 ℃-57 ℃

從表3可以看出，電伴熱停止工作后，管線自然降溫速度很快，在10小時內(nèi)就跌破電伴熱8 ℃的啟停控制溫度差。

5.4 電伴熱能中斷連續(xù)運(yùn)行的氣溫條件

隨著環(huán)境溫度持續(xù)升高，在電伴熱運(yùn)行過程中管線升溫也逐漸加快，當(dāng)環(huán)境氣溫上升到一定值時，管線溫度也勢必突破電伴熱設(shè)定上限工作溫度57 ℃，此時電伴熱在繼電器作用下將停止運(yùn)行。經(jīng)對電伴熱運(yùn)行趨勢進(jìn)行觀察，能突破電伴熱設(shè)定上限工作溫度對應(yīng)的氣象環(huán)境溫度為19 ℃，即在環(huán)境日最低氣溫在19 ℃以下時，電伴熱始終處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。在環(huán)境氣溫超過19 ℃時電伴熱突破上限工作溫度停運(yùn)后，到溫度跌破電伴熱設(shè)定下限工作溫度49 ℃，過程時間需要10小時，隨著氣溫進(jìn)一步上升，啟停時間將進(jìn)一步延長。

6 集膚電伴熱節(jié)能應(yīng)用

原油管線在夏季高溫時，管內(nèi)原油介質(zhì)被加熱到電伴熱上限設(shè)定溫度后，電伴熱停止工作，原油管線受外部保溫層保護(hù)，自然降溫是一個緩慢的過程，結(jié)合原油管輸生產(chǎn)周期性，通過在一定環(huán)境氣溫下試驗摸索關(guān)停1組電伴熱進(jìn)行運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境最低氣溫高于17 ℃時，大榭石化——信海倉儲長輸原油管線只開1單組電伴熱運(yùn)行，管線溫度跌破40 ℃需要3天以上，已能滿足原油經(jīng)常性輸轉(zhuǎn)生產(chǎn)最長時間要求。該溫度點的確定，為季節(jié)變化后對集膚效應(yīng)電伴熱適時關(guān)停1組或全部來開展節(jié)能降耗具有積極意義。夏季經(jīng)關(guān)停1組電伴熱進(jìn)行測試，平均每小時運(yùn)行電耗僅71 KW，比開2組運(yùn)行省電148 KW。一般情況下，大榭石化所處地域在每年5月中旬至10月中旬，環(huán)境最低氣溫會持續(xù)高于17 ℃，按此計算，在該時間段關(guān)停1組電伴熱運(yùn)行，每年可節(jié)省電耗532800 KW。

7 結(jié)論

集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)在大榭石化長輸原油管線中應(yīng)用已超過兩年時間，在運(yùn)行過程中，電伴熱系統(tǒng)除需定期維護(hù)臨時停運(yùn)外，未發(fā)生過影響正常運(yùn)行的故障，且定期維護(hù)過程時間較短，基本上在12小時內(nèi)就能完成。在此期間，原油基本上每3天進(jìn)行一次輸送，每次輸送量在12000噸-13000噸左右，輸送時間在12小時-14小時左右，即長輸原油管線每次停輸后處于靜止?fàn)顟B(tài)時間在60小時以內(nèi)。在整個運(yùn)行期內(nèi)，冬季出現(xiàn)過的最低氣溫為-6 ℃，未產(chǎn)生過任何因電伴熱運(yùn)行問題而導(dǎo)致原油輸送時流動性不良或凝線事件。當(dāng)集膚電伴熱系統(tǒng)發(fā)生故障或出現(xiàn)極端寒冷天氣，原油管線溫度有跌破40 ℃趨勢時，可以通過增加原油輸送頻次，利用罐內(nèi)原油溫度或?qū)⒐芫€內(nèi)高凝點原油置換成低凝點原油來彌補(bǔ)原油管線溫度下跌引起凝線風(fēng)險。由于集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)的自動啟停運(yùn)行主要依據(jù)安裝在現(xiàn)場管道外壁表面的測溫元件，因此對測溫元件部位的保溫密封效果要求比較高，否則可能會因外部環(huán)境溫度、雨水滲入等因素影響測溫元件對管道實際溫度檢測的準(zhǔn)確性。在能耗方面，集膚電伴熱使原油管線溫度始終維持在工作上限57℃以下，如采用1.0 MPa蒸汽作為伴熱介質(zhì)，疏水溫度超過100 ℃，熱利用率浪費明顯，由此可見，選用電伴熱比蒸汽伴熱更加節(jié)能。因此，大榭石化——信海倉儲長輸原油管線采用集膚效應(yīng)電伴熱系統(tǒng)，在應(yīng)用上能完全滿足生產(chǎn)要求。