專利名稱：用于重新啟動含高屈服應(yīng)力值流體管線的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于長距離輸送流體產(chǎn)物的管線，特別是輸送在長時間中止后表面出結(jié)構(gòu)行為的流體。這種常用的名稱涉及在不流動時發(fā)生的現(xiàn)象，由于表面的分子間吸引力趨向于在所述流體的分子之間產(chǎn)生暫時的結(jié)合力，引起所述流體的粘度和密度增加，甚至可以達(dá)到完全結(jié)構(gòu)狀態(tài)，所述流體可能很難被移動以恢復(fù)管線的操作。
本發(fā)明的主題是一種用于重新啟動這種流體用輸送管線的操作。在這些情況下，當(dāng)人們想重新啟動管線的操作時，為了破壞流動中止時形成的分子間的結(jié)合力，以及瓦解所形成的分子間結(jié)構(gòu)，必須施加相當(dāng)大的壓力，促進(jìn)流體的流動，直至流體恢復(fù)其原始流動特性。
利用流變學(xué)術(shù)語，按照通用的命名，這些流體的特性用“屈服應(yīng)力”來表示，并且可以描述它們的狀態(tài)方程，下列方程初步近似描述其狀態(tài)a)τ＝τ0+μγ (Bingham's流體)b)τ＝τ0+kγn(Herschel-Buckley's流體)其中τ和τO分別是在運(yùn)動和靜止?fàn)顟B(tài)下的剪應(yīng)力，用Pa表示，γ為剪切速率，用sec-1表示，k為稠度指度，用Pa·Sn表示，μ為塑性粘度，用Pa·S表示，和n為流動指數(shù)。
靜止?fàn)顟B(tài)下的剪應(yīng)力τO通常稱為“屈服應(yīng)力”，用N/m2表示。
此外，這些流體的重新啟動由于觸度性，即，取決于流動停止的時間，而進(jìn)一步復(fù)雜化。事實(shí)上，隨著時間的繼續(xù)，屈服應(yīng)力值可達(dá)到初始值的10倍以上。
對于帶有高含量的直鏈烷烴組分，即烷烴石蠟的原油，當(dāng)它們被冷卻到接近它們的傾點(diǎn)的溫度，一般接近于0℃時，或?qū)τ诟呙汉康拿核幕旌衔铮?dāng)使用非常高級的活性煤時出現(xiàn)這些特性是典型的。
在帶有高含量的石蠟組分的原油的情況下，可以通過降低它們的屈服應(yīng)力值來消除或減少由所述原油的這些特性帶來的缺陷，例如，通過使用稱為“傾點(diǎn)抑制劑”的適當(dāng)?shù)奶砑觿?，或通過將原油與低粘度烴組分混合，或通過使管線絕熱和/或加熱來使流體加熱并在高溫下完成泵送。這些措施還可以相互結(jié)合。
這些補(bǔ)救辦法導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用負(fù)擔(dān)難以承受，這是考慮到油的管線運(yùn)輸所需的流速，和在加熱管線的情況下還考慮到所需的投資費(fèi)用造成的。除此以外，設(shè)想加熱流體的解決辦法還面臨著加熱系統(tǒng)的失靈和故障。在任何情況下，長時間中止后，在充滿含石蠟原油以前，必須通過使一種熱流體在管線內(nèi)流動，用一種牛頓流體(汽油、煤油之類)置換管線內(nèi)的靜態(tài)流體并使管線預(yù)熱。
在水一煤混合物的情況下，這些補(bǔ)救措施是不適用的，因?yàn)檫@樣的混合物的τO對溫度極不敏感，這相對于τO在靜態(tài)下隨著時間的推移的增加而言的。
通常，重新啟動帶有在管線內(nèi)部的結(jié)構(gòu)流體的管線操作，要求壓力值為它們正常操作壓力的3至5倍。為舉例說明的目的，這意味著在正常的操作條件下，一種工業(yè)管線將以80bar(8·106Pa)的輸送壓力操作，而重新啟動的操作壓力可能達(dá)由240至400bar(24-40·106Pa)的范圍內(nèi)的值。由上可見，設(shè)計(jì)用于在它的重新啟動壓力下操作的整個輸送系統(tǒng)(即泵送站和管線)在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上將是不可行的。
為了消除重新啟動的操作困難，過去還提出除了值得重視的熱絕緣外，提供一種帶有天然氣進(jìn)料的重新啟動輔助系統(tǒng)的處于冷態(tài)范圍的油管線。該系統(tǒng)使主要管線細(xì)分成獨(dú)立的部分(“延伸段”Stretches)，和在它側(cè)面設(shè)置一種用于輸送高壓天然氣的供應(yīng)管線成為可能。通過用加壓甲烷從下游管段開始逐漸處理越來越上游的管段，逐段推動結(jié)構(gòu)的流體來進(jìn)行主要管路內(nèi)的堵塞物的去除。這種技術(shù)方案導(dǎo)致投資費(fèi)用負(fù)擔(dān)過重，而且還需要供應(yīng)天然氣。此外還存在問題，管線內(nèi)的混合相導(dǎo)致控制非常困難，特別是在末端和在沿管線設(shè)置的泵送站處。
因此，按照本領(lǐng)域的現(xiàn)狀，具有高屈服應(yīng)力值的原油的輸送需要采用上述難于負(fù)擔(dān)的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的主題是一種用于重新啟動高屈服應(yīng)力流體所流經(jīng)的管線的操作，而不會出現(xiàn)上述缺陷，并在幾天內(nèi)恢復(fù)管線的正常操作狀態(tài)的方法和裝置。參照附

圖1描述本發(fā)明，附圖1公開了一種典型的實(shí)施例，是為舉例說明而無限制目的。
該輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尺寸取決于與穩(wěn)狀操作條件有關(guān)的參數(shù)，所述系統(tǒng)是由起始和到達(dá)終端、管線、控制閥、壓力波衰減閥，和用于單個的管段的泵送站構(gòu)成的，所說泵站設(shè)置量和位置根據(jù)考慮到管線的長度和高程分布來確定。根據(jù)本發(fā)明，沿著相鄰的泵送站之間的管線部分延伸段，設(shè)置一組重新啟動站，根據(jù)較短的延伸段布置。每個重新啟動站主要由一個泵和一定存貯量的重新啟動液體構(gòu)成，每個重新啟動站在比為重新啟動整個管線的操作所需的流速和壓力條件低的條件下操作。每個重新啟動站如此設(shè)計(jì)和定尺寸以產(chǎn)生基本上等于管線的設(shè)計(jì)穩(wěn)態(tài)壓力的壓力，而且該壓力能夠置換和破壞含在管線內(nèi)的穩(wěn)態(tài)的流體并能重新沿預(yù)定用的兩重新啟動站之間的短的管線延伸段流動。
以這種方式確定每個重新啟動站所用的管線延伸段的長度，即使應(yīng)用的壓力稍高于基于屈服應(yīng)力值所需的壓力，一般高5-10%。事實(shí)上，借助于實(shí)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，一般當(dāng)含石蠟的原油所受的剪應(yīng)力高于屈服應(yīng)力值時，它們在幾小時的時間間隔內(nèi)重新得到它們的流動性，而且如果它們所受到的剪應(yīng)力大于屈服應(yīng)力值時是在低剪率值(如在0.3S-1)下?；谠摌?biāo)準(zhǔn)，使得在幾天的時間內(nèi)沿整個管線重新得到正常的流動性成為可能，所述流動性是通過從輸送系統(tǒng)的端部下游延伸段開始，并逐漸向上游移動來獲得的。相對于基于完全置換管線內(nèi)的結(jié)構(gòu)流體的技術(shù)該方法降低了重新啟動時間和費(fèi)用，前者需要長得多的時間。
每個單獨(dú)的重新啟動站的流速可以比管線的額定操作流速小得多，并且所述流速的選擇與為在主管內(nèi)開始并產(chǎn)生正常的流速所必須的流速和所希望的時間有關(guān)。
實(shí)際上，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)將所述重新啟動壓力施加到流動中止后的管線內(nèi)靜態(tài)流體上持續(xù)必要的時間以置換延伸段內(nèi)一小部分該靜態(tài)流體，便足以使靜態(tài)流體的結(jié)構(gòu)消除，而且足以借助于正常的泵送站重新開始輸送。
這樣的置換部分不超過(為表示目的)含在成問題的延伸段內(nèi)的體積的10～20%的值，而且取決于所述流體的性質(zhì)，所述置換后，恢復(fù)正常的流動狀態(tài)，并重新開始管線的正常的操作。
在水-煤混合物的情況下，用于重新啟動管線操作的液體(“重新啟動流體”)可以簡單地由水或水-煤混合物組成，而在輸送重質(zhì)原油的情況下，所述重新啟動流體可以由輕油餾分如汽油和煤油構(gòu)成，所述流體還可與其它物料一起用作驅(qū)動重新啟動泵的Diesel(柴油)發(fā)動機(jī)的進(jìn)料，這樣提供了能量充沛地自給自足的重新啟動站。當(dāng)就地可得到電能時，電能可供給重新啟動站。重新啟動流體被貯存在每個重新啟動站的貯罐內(nèi)，而且可以借助于同一主管線或分別由運(yùn)輸車隨時批量輸送。
按照本發(fā)明的方法，當(dāng)沿整個管線出現(xiàn)緊急情況和輸送的流體堵塞時，從終點(diǎn)站開始，向后移動，重新啟動管線的操作。換句話說，首先重新啟動含于最后一個重新啟動站和到達(dá)終端之間的管線延伸段，然后，以不間斷的順序重新啟動最接近的上游延伸段，并繼續(xù)下去，啟動后續(xù)上游段，直至達(dá)到起始終端。
重新啟動操作的繁瑣性很大程度上取決于所輸送的流體的性質(zhì);僅為說明起見，在相鄰的重新啟動站連續(xù)地完成的重新啟動操作之間經(jīng)過的時間間隔包括在從10至20小時的范圍內(nèi)。
當(dāng)管線內(nèi)所有的流體重新開始運(yùn)動時，既使借重新啟動站進(jìn)行有限的置換，(所述啟動站的操作流速低于管線的正常流速)則流體的結(jié)構(gòu)基本消除，恢復(fù)正常的流體動態(tài)特性。在管線的第一延伸段消除阻塞后，還可逐漸重新開始主泵送站的操作。
按照本發(fā)明的方法，得到比現(xiàn)有技術(shù)多得多的優(yōu)點(diǎn)，其中，下述特征值得特別注意。
考慮到一般用于工業(yè)管線所設(shè)計(jì)的流速值，則每年需要購買、處理和計(jì)量成千上萬噸的傾占抑制劑或流態(tài)化產(chǎn)品，而按照本發(fā)明不再需要使用這些產(chǎn)品。
不需要用于熱絕緣和加熱流體和/或管線的操作費(fèi)用和投資。
關(guān)于重新啟動站的尺寸和結(jié)構(gòu)，重新啟動站比主泵送站小得多，而且設(shè)立和操作較簡單，它們建立適度地增加必需的投資費(fèi)用，而且它們的操作費(fèi)用是微不足道的。實(shí)際上，它們的使用時間很短，而且僅在緊急情況出現(xiàn)的時候使用，并在正常操作期間暫停不用和只需要定期維修。本發(fā)明的一個有趣的特征在于不必有儲備裝置，因?yàn)橹匦聠诱局挥糜诰o急情況并且持續(xù)時間短和僅僅幾次，正常的定期維修使泵保持在正常的工作狀態(tài)成為可能。
實(shí)施例本發(fā)明用于中華人民共和國(people(原文是popular)Republic of china.)的Kurla-Shan Shan原油管線，示于圖1。
與該輸送裝置有關(guān)的主要數(shù)據(jù)如下。
-流體的種類含有7%石蠟原油，傾點(diǎn)為-2℃。
-額定流速1千萬噸/年，等于1，380m3/hr。
-直徑26英寸。
-長度491Km。
沿管線設(shè)置兩主要泵送站，分別在OKm和148.4Km處，具有下述特征-泵數(shù)2個操作泵+1個儲備泵，平行連接;
-泵型由一個可變轉(zhuǎn)速的電動馬達(dá)驅(qū)動的臥式離心泵;
-每小時流量690m3/hr每個泵;
-輸送壓力72bar表壓(7.2·106Pa);
-設(shè)置功率2，200KW/泵，和6，600KW/站。
按照本發(fā)明，沿管線設(shè)置十個重新啟動站，分別在0、56、100、148.4、185、240、332.8、380、425、460Km處。
每個重新啟動站可以100m3/hr的流速，包括40至100bar表壓(4-10·106Pa)范圍內(nèi)的輸送壓力來輸送流體，而且包括-容積為2，000m3的地下混凝土油罐，以貯存重新啟動的流體，如汽油。所述汽油用同一管線輸送，并用作設(shè)置在站中的發(fā)動機(jī)的供料。在此可以注意到可由每個重新啟動站得到的貯存的流體總量與含于管線內(nèi)的流體的置換量相當(dāng)，所述置換僅涉及6Km的距離，遠(yuǎn)短于由每個重新啟動站加注，單獨(dú)的管線延伸段的長度。
-一個內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的吸入貯存流體的立式離心泵，該泵從地下貯罐吸入重新啟動流體并將它供給重新啟動泵;
-一個主要的、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的重新啟動往復(fù)泵，它將重新啟動壓力施加到出問題的管線延伸段上，設(shè)置的功率為300KW。
該站從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)看是非常簡單的，是易于設(shè)立的，并裝有用于操作和控制所述機(jī)構(gòu)的正規(guī)儀器，而且如果需要，還可手動操作。
權(quán)利要求
1.用于重新啟動含有非常高的屈服應(yīng)力值流體的輸送管線的操作方法，其特征在于所述重新啟動操作是恢復(fù)該流體的正常的流動性，和所述重新啟動的實(shí)現(xiàn)是靠沿同一管線分布的一組重新啟動站將一種輔助的重新啟動液體充入管線中，其流速低于管線的正常操作流速，而且壓力基本上在管線壓力的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，以使靜態(tài)流體產(chǎn)生運(yùn)動，運(yùn)動長度不長于由每個重新啟動站加注的單個的管線延伸段的長度的20%。
2.按照權(quán)利要求1的用于重新啟動含有非常高的屈服應(yīng)力值流體輸送管線的操作方法，其特征在于所述重新啟動是通過反向操作實(shí)現(xiàn)的，從末端到達(dá)站開始，首先重新啟動包括在最后一個重新啟動站和到達(dá)末端之間的延伸段的操作，然后以不間斷的順序，重新啟動后續(xù)上游的延伸段的操作，直至到達(dá)起始端，當(dāng)管線內(nèi)的全部流體的運(yùn)動已經(jīng)恢復(fù)后，管線重新開始正常的操作。
3.按照權(quán)利要求2的用于重新啟動含有非常高的屈服應(yīng)力值流體的輸送管線的操作方法，其特征在于在相鄰的重新啟動站的連續(xù)啟動之間經(jīng)過的時間間隔在從10至20小時的范圍內(nèi)。
4.按照權(quán)利要求1至3的一個或多個的用于重新啟動含有非常高屈服應(yīng)力值的重油餾分輸送管線操作的方法，其特征在于所述重新啟動是通過使用一種輕油餾分如汽油或煤油作為輔助的重新啟動流體來實(shí)現(xiàn)。
5.按照權(quán)利要求1至3的一個或多個的用于重新啟動含有非常高屈服應(yīng)力值的水-煤混合物輸送管線的操作方法，其特征在于所述重新啟動是通過使用水作為輔助的重新啟動流體來實(shí)現(xiàn)。
6.按照權(quán)利要求1至2的用于重新啟動含有非常高屈服應(yīng)力值的水-煤混合物輸送管線的操作方法，其特征在于所述重新啟動是通過使用水-煤混合物作為重新啟動輔助流體來實(shí)現(xiàn)。
7.用于實(shí)施按照權(quán)利要求1至6的一個或多個的用于輸送有非常高屈服應(yīng)力值的流體的管線的方法，其特征在于所述管線在相鄰的主泵站之間細(xì)分成單個的延伸段，而且設(shè)置一組重新啟動站以限定較短的管線延伸段，每個重新啟動站主要是由一個重新啟動泵和一定存貯量的輔助的重新啟動液體構(gòu)成，所述存貯量之對應(yīng)體積等于當(dāng)成問題時重新啟動站加注的管線容積部分。
全文摘要
用于重新啟動含有高屈服應(yīng)力值流體輸送管線的操作方法，沿所述管線的一組位置加液的輔助重新啟動液體裝置。所述輔助的液體裝置負(fù)責(zé)降低流速并在適當(dāng)?shù)膲毫ο?，以使含于管線內(nèi)的流體的結(jié)構(gòu)消除并恢復(fù)其正常的流動性，從而重新開始正常的操作流速。
文檔編號F17D1/14GK1081751SQ9310269
公開日1994年2月9日 申請日期1993年2月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月18日
發(fā)明者D·艾克蘭尼 申請人:斯南普羅吉蒂聯(lián)合股票公司