一种热含蜡原油管道恒压启动方法与流程

本发明涉及原油管道运输领域，具体涉及一种热含蜡原油管道在恒定压力下快速稳定的启动方法。

背景技术：

目前，国内产出的原油大约80%以上是含蜡原油。在国内含蜡原油产量继续增长，对能源的需求继续加大的情况下，含蜡原油的管输工艺在安全输送、节能降耗等方面的实现具有重要现实意义。

含蜡原油是一种非牛顿型触变性流体，其特点是含蜡量高，凝点高，密度较低，流动性差，且具有表观粘度随剪切力作用时间的延长而降低的性质。因此，一般情况下，在含蜡原油管道输送启动阶段，输油泵对管道内含蜡原油施加剪切力作用，使原油在管道内开始流动。但是由于含蜡原油的触变性，含蜡原油在外输管道内形成堆积结构，流动速度降低，此时外输管道内压力骤然增大。随后由于含蜡原油的剪切稀释性，剪切应力作用时间增加，含蜡原油加快裂降，在达到屈服极限后，缓慢恢复为正常流体流动，从而了降低外输管道全线压力，进入正常开工状态。

在原油管输工艺中，提供输送压力的主要设备是输油主泵，通常一开一备。由于含蜡原油的结构性质，使外输管道内的压力会在瞬间增加，不仅会造成输油主泵过压、过热，热量不能及时疏散，影响核心设备使用寿命，还会造成管道外输压力不稳，影响下游用户对输油压力恒定高压的需求。

目前关于热含蜡原油管道恒定高压启动的研究多集中在停输再启动过程的热力计算及启动压力与启动时间的计算方面，尚未见关于热含蜡原油管道恒定高压启动工艺的相关研究成果。

CN 102003623A公开了一种管道停输再启动实验装置，设置有测试管线和辅助管线并相互配合，实现对含蜡原油管道的停输再启动规律的研究。该装置只可在实验室中做规律性的研究，而不能在实际生产运行中进行应用。

CN 103234119A公开了一种长距离管道输煤系统带浆启动的方法，该发明中各段管道将分别实现从临时开放到串联密闭输送的过程，最终整个管道系统达到正常输送流量，实现管道系统的带浆启动及全系统的串联密闭输送。该发明主要用于含有煤渣等固体颗粒的带浆系统的启动。

CN 202707449U公开了一种用于液体的管道恒压输送启动盘，该实用新型提供的智能型全自动变频节能控制系统对中央空调的冷冻泵进行节能调速，使其水流量和水压力与制冷相匹配，达到降耗节能，提高产品质量的目的。该装置主要用于供水管路，与含蜡原油管道有根本的不同。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种热含蜡原油管道恒定高压启动方法，实现热含蜡原油管道工艺在恒定高压下快速启动，并维持外输管道压力稳定，同时降低泵的能耗，使其平稳运行。

为了实现上述目的，本发明提供了一种热含蜡原油管道系统恒定高压启动方法，包括以下内容：

（1）本发明所述的含蜡原油管道系统包括输油主泵（组）、备用泵、输油管道、缓冲罐、流程切换阀、泄压阀、压力控制系统和内循环管道；

（2）停输的管道系统重新启动时，将备用泵串联接入输油管道中，使之位于输油主泵的下游；输油管道在输油主泵的上游设置有缓冲罐，并在最后一级输油泵即备用泵的出口和所述缓冲罐的入口之间设置内循环管道，内循环管道上设置支路流量调节阀；根据最后一级输油泵出口压力的变化，调节支路流量调节阀的开度，以控制通过内循环管道的原油流量，从而实现原油管道系统的恒定高压启动。

本发明的方法中，还可以包括步骤（3），当含蜡原油外输管道的压力稳定，且输出流量达到下游要求后，关闭流程切换阀和内循环管道，并将备用泵从输油管道中切出，使之处于备用状态，从而实现管道系统的安全重启。

根据本发明的方法，其中，在输油管道上位于输油主泵与缓冲罐之间设置主流量阀，以控制进入输油主泵的流量，并保持输油主泵的入口压力稳定，维持输油主泵（组）的正常工作状态。

根据本发明的方法，其中，由于输油主泵和备用泵串联以后的输出压力及流量显著提高，因此还在备用泵出口管线上设有泄压阀，以防止原油出口压力过大对管道造成的影响，保证管道运行安全。

同时，在外输管道上设置的压力控制系统包括压力监测器以及流量控制器，用以监测外输管道的管道压力，并根据监测到的管道压力控制原油内循环系统中的支路流量调节阀的开度，从而调节外输管道内热含蜡原油的流量和压力，并将部分原油循环至缓冲罐。由于热含蜡原油在经过泵组加压时，泵会对原油做功，使管道内原油的温度显著升高，而在内循环管道中的原油带着热量回到缓冲罐与主管道中的热含蜡原油进行混合后再进入油泵，会使热量在泵中累积，从而耗损泵的使用寿命。因此，在内循环管线上通常还设置有水冷热交换器，用来对循环的热含蜡原油进行降温处理。

本发明的方法中，在管道输送系统重新启动过程中，外输管道压力在流量控制器和支路流量调节阀的调节下，始终保持恒定高压。热含蜡原油在管道中达到屈服极限，使其在管道中的流动性能稳定后，即可关闭支路流量调节阀，关闭备用泵并将之切出管路，恢复由输油主泵（组）维持的动力系统状态，此时外输管道压力会有所下降，但仍处于恒压状态。

本发明的方法中，其中优选在输油管道上，尤其是串联接入管道的备用泵下游与泄压阀之间还设置有管道辅助启动装置。所述的管道辅助启动装置包括：车架、储液箱、反应箱、控制系统和推进系统，所述推进系统安装在所述车架上，用于推动所述车架移动；所述储液箱和反应箱分别安装在所述车架上，且所述储液箱高于所述反应箱，所述储液箱与反应箱通过导管连通；所述储液箱和反应箱分别装有用于反应生成气体的反应物；所述导管上设有截断阀门；所述反应箱设有供气体流出的出气孔；所述控制系统分别与所述推进系统和截断阀门连接。

本发明的方法中，其中在所述出气孔上设有泄压阀。

本发明的方法中，其中在所述储液箱设有压力控制阀，所述压力控制阀与所述控制系统连接。

本发明的方法中，其中所述推进系统包括蓄电池、螺旋驱动器和车轮机构，所述车轮机构安装在所述车架上；所述螺旋驱动器安装在所述车架的后端；所述蓄电池与所述螺旋驱动器连接，用于提供动力。

本发明的方法中，其中所述螺旋驱动器包括两个螺旋桨，两个所述螺旋桨对称设置在所述车架后端的两侧位置，且两个所述螺旋桨的转动方向相反。

其中，所述车轮机构包括分别安装在车架前部和后部的两组卡位滑轮，每组所述卡位滑轮均为3个，3个卡位滑轮之间呈120°夹角布置。

进一步地，所述卡位滑轮包括滚轮、轮架和弹性架，所述轮架的一端固定在所述车架上，另一端安装所述弹性架；所述滚轮安装在所述弹性架上。所述弹性架包括矩形框架和弹簧，所述矩形框架由4根直板依次相铰接而成，所述弹簧安装在矩形框架的一对对角位置；所述矩形框架的另一对对角分别安装所述滚轮和轮架。

本发明的方法中，所述的控制系统还包括定位器、无线信号收发器和压力传感器，所述无线信号收发器分别与所述定位器、压力传感器连接。

进一步，所述车架的前端设有整流罩。

与现有技术相比较，本发明方法的有益效果在于：

1、利用备用泵改进工艺流程，在启动过程中保持外输管道的恒定高压，从而降低热含蜡原油在启动过程中对外输管道因触变压力过大而造成的停输风险。

2、本发明采用缓冲罐以及支路流量调节阀，在含蜡原油启动过程中分散了管道压力，解决了泵对含蜡原油做功产生的热量累积问题，维持了整个管道的启动压力稳定并起到了保护管道安全的作用。

3、本发明方法中，其中提供的热含蜡原油管道辅助启动装置，在车架上安装装有反应生成气体的反应物的储液箱和反应箱，并使用截断阀门隔开，当需要启动原油管道时，启动泵工作时，使管道内的压力增大，此时，打开辅助启动装置的截断阀门，使储液箱和反应箱连通，反应物反应生成气体，气体排到管道内，迅速提高管道的压力，配合主泵与备用泵的作用，使管道内的胶凝原油破裂，管道重新导通，进一步提高管道重启的成功率。

附图说明

图1为热含蜡原油管道恒定高压启动工艺流程图。

图1中各标记：1-缓冲罐，2-输油主泵，3-备用泵，4-流程切换阀，5-泄压阀，6-流量控制器，7-支路流量调节阀，8-水冷热交换器，9-主流量阀，10-备用流程流量阀，11-截止阀，12-压力监测器。

图2为本发明中管道辅助启动装置的左端视图。

图3为图2中沿A-A方向的剖视图。

图2-3中各标记：1-管道；2-车架；3-储液箱；4-反应箱；5-卡位滑轮；6-导管；7-截断阀门；8-控制系统；9-中心轴；10-螺旋驱动器；101-螺旋桨；11-蓄电池；12-整流罩；31-压力控制阀；41-泄压阀；51-轮架；52-弹性架；53-滚轮；521-弹簧。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本发明的含蜡原油管道系统包括输油主泵2、备用泵3、输油管道、缓冲罐1、流程切换阀4、泄压阀5、压力控制系统和内循环管路13；

停输的管道系统重新启动时，将备用泵3串联接入输油管道中，使之位于输油主泵2的下游；输油管道在输油主泵2的上游设置有缓冲罐1，并在最后一级输油泵即备用泵3的出口和所述缓冲罐1的入口之间设置内循环管线13，内循环管线上设置支路流量调节阀7；根据最后一级输油泵出口压力的变化，调节支路流量调节阀的开度，以控制通过内循环管道的原油流量，从而实现原油管道的恒定高压启动；当含蜡原油在外输管道的压力稳定、输出流量达到下游要求后，关闭循环管道，并将备用泵3从输油管道中切出，使之处于备用状态，从而实现管道系统的安全重启。

如图1所示，管道系统启动时，为保证启动过程中外输管道的恒定高压，通过开启流程切换阀4以及关闭截止阀11实现输油主泵2和备用泵3的串联，提高外输出口压力以及流量，满足外输管道的高压需求。

开启流量泵组以后，热含蜡原油从主管道进入缓冲罐1，通过主流量阀9控制进入输油主泵2的流量，保持输油主泵2的入口压力稳定，维持泵的正常工作状态。

输油主泵2和备用泵3串联以后的输出压力及流量显著提高，备用泵3出口管线上设有泄压阀5，以防止原油出口压力过大对管道造成的影响，保证管道安全。在外输管道上设有流量控制器6和压力监测器12，用以监测外输管道的管道压力，并控制原油内循环系统中的支路流量调节阀7的开度，实现控制调节外输管道内热含蜡原油的流量和压力，并将部分原油循环至缓冲罐1。热含蜡原油在经过泵组加压时，泵会对含蜡原油做功，使含蜡原油的温度升高，而在内循环管道中的原油带着热量回到缓冲罐与主管道中的热含蜡原油进行混合后再进入油泵，会使热量在泵中累积，耗损泵的使用寿命。因此，内循环管线上置有水冷热交换器8，用来对热含蜡原油进行降温处理。

在启动过程中，外输管道压力在流量控制器6和支路流量调节阀7的调节下，始终保持恒定的高压力。热含蜡原油在管道中达到屈服极限，使其在管道中的流动性能稳定后，关闭支路流量调节阀7，开启截止阀11并关闭备用泵3和流程切换阀4，恢复由输油主泵2维持的动力系统状态，此时外输管道压力会有所下降，但仍处于恒压状态。

整个启动过程中，外输管道压力不会出现波动性变化，更不会由于启动过程中管道内产生的短时间触变压力过大造成停输事故。工艺流程进入正常工作状态后，备用泵3关闭并恢复正常的工艺路线，在施工改造上也提供了便利。

实施例2

如图2至3所示，本发明中使用的含蜡原油管道辅助启动装置，包括：车架2、储液箱3、反应箱4、控制系统8和推进系统，推进系统安装在车架2上，用于推动车架2移动。储液箱3和反应箱4分别装有用于反应生成气体的反应物，即储液箱3用于装有液态的第一反应物，反应箱4用于装有第二反应物，第一反应物和第二反应物能够反应生成气体。储液箱3和反应箱4分别安装在车架2上，且储液箱3高于反应箱4，储液箱3与反应箱4通过导管6连通，导管6的一端连接在储液箱3的底部，另一端连接在反应箱4上，使储液箱3中储存的液体能够顺利地流到反应箱4中。反应箱4设有供气体流出的出气孔；出气孔上设有泄压阀41。设置泄压阀41的阀值，反应箱4中的压力达到设定值时，气体从泄压阀41流出。导管6上设有截断阀门7；控制系统8分别与推进系统和截断阀门7连接。

进一步的，推进系统包括蓄电池11、螺旋驱动器10和车轮机构，车轮机构安装在车架2上；螺旋驱动器10安装在车架2的后端；车架2的前端设有整流罩12。蓄电池11安装在车架2上，位于储液箱3的下方，蓄电池11与螺旋驱动器10连接，用于向螺旋驱动器10提供动力。

进一步的，螺旋驱动器10包括两个螺旋桨101，两个所述螺旋桨101对称设置在车架2后端两侧位置，且两个螺旋桨101的转动方向相反。两个螺旋桨101的型号相同并对称布置，在推进车架2移动的同时，相互抵消各自产生的反向扭转力矩作用，以防辅助启动装置翻转或刮擦管道内壁，提高辅助启动装置的使用稳定性。

本实施例中，车轮机构包括分别安装在车架2前部和后部的两组卡位滑轮5，每组卡位滑轮5均为3个，3个卡位滑轮5沿圆周布置，与管道1相配合，且3个卡位滑轮5之间呈120°夹角。卡位滑轮5包括滚轮53、轮架51和弹性架52，轮架51的一端固定在车架2上，另一端安装弹性架52；滚轮53安装在弹性架52上。弹性架52包括矩形框架和弹簧521，矩形框架由4根直板依次相铰接而成，矩形框架的一对对角分别安装滚轮53和轮架51，弹簧521安装在矩形框架的另一对对角位置。相铰接的矩形框架通过弹簧521的拉伸力，使矩形框架具有弹性力，因此，滚轮53具有自动伸缩功能，确保辅助启动装置能够始终紧抵管道内壁，防止辅助启动装置与管道发生碰撞，同时可减小辅助启动装置行进过程中的摩擦阻力。

在车架2上设有一个中心轴9，中心轴9位于整个辅助启动装置的圆心位置，即中心轴9位于每组卡位滑轮5的中心位置。当辅助启动装置推进支管道1中时，中心轴9的位置恰好与管道1的轴心相同。通过中心轴9，使辅助启动装置在管道1中行进时具有较好的稳定性。

进一步的，储液箱3的上方设有压力控制阀31，压力控制阀31与控制系统8连接，控制系统8发送控制指令给压力控制阀31，使压力控制阀31开闭，从而控制储液箱3中的压力，控制第一反应物是否从导管6流出。当管内压力超出限定值，则外部控制中心通过控制系统8向截断阀门7发送控制指令，截断阀门7隔离两种溶液，化学反应停止。当截断阀门7失灵时，管道1内的高压可使压力控制阀31关闭，储液箱3中的第一反应物无法流到反应箱4中，使反应停止。通过压力控制阀可以双重保证管道内的压力在控制范围内。

进一步的，控制系统8包括定位器、无线信号收发器和压力传感器，无线信号收发器分别与定位器、压力传感器、推进系统、压力控制阀31和截断阀门7连接。具体的，无线信号收发器与螺旋驱动器连接，控制螺旋驱动器的工作。压力传感器检测管道1内的压力，并通过无线信号收发器发送给外部控制中心，外部控制中心通过对信号进行计算，发送指令给无线信号收发器，无线信号收发器将信号发送给推进装置、压力控制阀31和截断阀门7。定位器检测到辅助启动装置的位置信号，并将位置信号通过无线信号收发器发送给外部控制中心，从而确定辅助启动装置的位置，并控制推进系统工作或者停止。

在储液箱3中装入第一反应物，在反应箱4中装入第二反应物。本实施例中，第一反应物为硫酸铝，第二反应物为碳酸氢钠；或者第一反应物为碳酸氢钠，第二反应物为硫酸铝。当管道1停输后，将辅助启动装置置于管道末端，外部控制中心发出启动指令给控制系统。控制系统8接到该启动指令后，接通蓄电池电路，启动螺旋驱动器，辅助启动装置向管道上游推进。辅助启动装置推进过程中，控制系统8的定位器不断检测位置，并发射定位信号给外部控制中心，由外部控制中心接收分析。当装置抵达指定位置后，外部控制中心发出停车指令，辅助启动装置在预定位置停车。

管道再启动时，控制系统上的压力传感器向外部控制中心发送“当地”压力信号，当压力出现增长时说明启动压力前锋已经推进至该位置。此时，外部控制中心发出“起爆”指令。辅助启动装置的控制系统接到“起爆”指令后，打开后备压力控制阀及截断阀门，储液箱中的第一反应物经导管流入反应箱中。两种物质接触发生化学反应，产生大量气体。化学反应式为：

Al₂(SO₄)₃+6NaHCO₃=3Na₂SO₄+2Al(OH)₃↓+6CO₂↑。

反应气体经泄压阀排入管道1，从而使管道产生高压，辅助串联的启动泵（主泵和备用泵）破坏管内油品的胶凝结构，使管道恢复流动。

需要说明的是，第一反应物和第二反应物不限于本实施例的两种化学反应物，任何两种可以产生不溶于原油的气体均能够作为本发明辅助启动装置使用的化学反应物。第二反应物不需要为液体物质，可以为固体物质。具体要求为：（1）反应过程不吸收热量，也即不会增加油品结构强度；（2）反应生成物质酸性不强，也即不会腐蚀管道；（3）形成的固体不成块状，也即不会堵塞管道；（4）生成气体量多且不易溶于原油，也即不会造成过多的压力损失。

优选的，控制系统8也可以包括CPU（中央处理器），CPU分别与无线信号收发器、定位器、压力传感器、推进系统、压力控制阀31和截断阀门7连接。当压力传感器检测到压力增长时，将信号发送给CPU，CPU对信号进行处理，发出控制指令控制截断阀门7、压力控制阀31和推进系统工作。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，所不同之处在于：本实施例的车轮机构采用4个车轮，4个车轮呈矩形布置在车架的下方位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。