專利名稱：運輸熔化硫方法及其相關(guān)運輸設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用液體熱介質(zhì)加熱運輸管道外表面運輸熔化硫的方法，液體熱介質(zhì)其溫度要超過硫的熔點溫度。
硫的熔點溫度為118℃，溫度約在160℃以上時熔化硫的粘度明顯增加。另外，硫的熱脹系數(shù)很大，如果在已凍結(jié)的線段之間出現(xiàn)融化，那么當(dāng)結(jié)凍時和再融化時則會導(dǎo)致管道的裂斷。通過金某在1997年1月號“石油和天然氣雜志”發(fā)表的文章“三年后世界將采用管道運輸硫”的59頁至65頁，公開了這樣一種方法。這一工藝用循環(huán)水作熱介質(zhì)，用于41公里的管道。循環(huán)水的溫度在120℃-150℃，壓力在2-5巴，但它忽視了長距離運輸?shù)膲毫栴}。封閉加熱循環(huán)水所需的回水管道也使設(shè)備費用有所增加。為了使溫度由于長距離運輸和能量的消耗不會降到硫的熔點溫度以下，那么熱介質(zhì)初始溫度必須很高才行。沿運輸管道平行鋪設(shè)一條石油管線是不行的。
用水作熱介質(zhì)有其缺點，水有腐蝕作用，在寒冷地區(qū)如不加熱水會結(jié)冰，管道會凍裂，水溫在100℃以上如不加壓，水會部分蒸發(fā)，以至使水溫降至沸點。
文章說可以用電力加熱，我們可以得出結(jié)論說，其缺點更加明顯，因為加熱電阻的壽命是有限的，而要更換是非常困難實際上是不可能的。
提煉原油和加工天然氣會產(chǎn)生大量的硫。提煉后的石油在距離達5000公里以上者用管道運輸，通常情況下，人們將提煉所產(chǎn)生的液體硫用專用工具以公路、鐵路和水路的方式進行運輸或者就地以固體硫堆存。這樣，在使之凝固和將來再熔化時就需要大量的能源。一個石油或天然氣裝置或普通規(guī)模的煉油廠根據(jù)原油或天然氣質(zhì)量的不同，每天會生產(chǎn)100-1000噸硫，這相當(dāng)于加工提煉原料的3-20％。
管道運輸石油通常的方法是每70-100公里要安裝具有所謂增壓泵的泵站，即要安裝增壓站，以便使壓力保持平衡。
美國專利US-A-4137938公開了通過管道運輸液體硫的方法，其管內(nèi)為熱載體安裝了往返回?zé)岬谰€，用石油、乙二醇或類似的液體作為熱載體，它們在經(jīng)一定距離后由加熱管道取出，在加熱后再送到加熱管道而不需要鋪設(shè)一條與輸油管道平行的輸硫管道，因此從這樣一條輸由管道內(nèi)取出熱載體也是不可能的。這樣，想使用現(xiàn)已不存在的石油管道用燃燒石油來加熱也是不可能的。專利雖然提到，可以沿運輸硫的管道安裝加熱增壓站，在增壓站熱載體可以再次加熱，但是這些增壓站只考慮到了硫運輸所需的熱量和動力。大批量輸送泵油所需的動力是很大的，這里缺少如何運用運油管道沿線的增壓站的大渦輪機的余熱的可能性，比為如何利用大渦輪機的廢熱氣的能源問題。
由于硫的輸送線路在外面，而熱載體的輸送線路在內(nèi)部，這樣就產(chǎn)生了由于大量熱量損失帶來的熱絕緣的問題。在已提到的文獻中建議，硫在管道的外壁凝固，因為硫的導(dǎo)熱性很差。這樣做會導(dǎo)致以下三個問題一，由于硫的凝固會使輸送硫的管道容量損失一部分；二，硫的凝固其表面是不可能光滑的，而是不規(guī)則高凹不平，這樣，會增大硫輸送過程中的阻力；三，熱量的平衡以及硫凝固層的厚度實際上都是不可控制的，更談不上保持恒定不變了。
1984年9月，“管道工業(yè)”雜志曾發(fā)表文章，在39-41頁中就加熱提出過種種設(shè)想(內(nèi)部加熱，外部加熱，用熱水和蒸汽加熱、通過加熱電阻和感應(yīng)偶合的電加熱)就熱絕緣也提出過種種設(shè)想(用聚氯脂，石棉化絕緣材料)。此文主要是講了用凍膠或半固體顆粒作為置換載體使運輸硫的管道得以排空并再次充料的問題。對本發(fā)明的一些基本問題在上述文章中沒有進行討論。
因此，本發(fā)明的目的是，發(fā)明一種本文開頭所講述的方法，使熔化硫就象輸送石油那樣，在費用可以承擔(dān)的情況下，暢通無阻地進行輸送，與此同時還不需要太大的技術(shù)費用和能源消耗。
上述目的是通過本文開始時提到的根據(jù)本發(fā)明的方法這樣來實現(xiàn)的a)用伴隨的石油管道的石油作為熱介質(zhì)；b)為了提高石油的運輸壓力，輸硫管道在輸油管道的運動線段內(nèi)至少要安裝一臺可控制開關(guān)的泵站；c)熱介質(zhì)在至少一個泵站線段需要對石油再次加熱并提高壓力；d)熔化硫至少要在一個泵站使之達到足夠的輸送壓力。
石油沒有凍結(jié)的危險，管道及管套也沒有斷裂或被腐蝕的危險。石油可以根據(jù)需要以任意量提供使用，為輸油必鋪設(shè)的現(xiàn)已有的運管線可用來作鋪設(shè)輸硫管用，這樣就節(jié)省了大批經(jīng)費。特別是通過輸油泵站及其相應(yīng)補充設(shè)備用熱介質(zhì)使石油再次達到所要求的溫度和壓力。
這種操作用現(xiàn)有人員來進行是可能的。壓力和溫度所需的能源費用只是硫價的幾分之幾，因此是可以承受的，即使是硫價降到最低點，這些費用也是可以承受的。重要的是這種長達數(shù)千公里的輸送是安全可靠的，也是可能的。也可使用相同的港口，可以考慮建立加油站，也就是使硫伴隨著油同時平行輸送。油作為熱介質(zhì)不需再運回，這樣可以省掉第二條或第三條管道。
在任何情況下，人們都可以從本發(fā)明中就石油管道的總運籌和技術(shù)設(shè)備總體中得到好處。熱介質(zhì)和石油的總量相當(dāng)于需輸送石油的總量，這樣，可以相應(yīng)減少石油管道的直徑，因此也就減少了相應(yīng)的費用。
特別有益的是，將輸油的一部分在輸油和輸送熔化硫輸送線段的裝料點就分開并加熱后作為熱介質(zhì)并且將這一部分在輸線段的終點又當(dāng)作石油的總量。這就是說熱介質(zhì)只是“借用”輸油的一部分，在完成任務(wù)后又作為石油提供使用。
熱介質(zhì)的流速并不要求與石油的流速一樣快它可通過選擇管道的橫切面在加熱套管和硫輸送管的很大范圍內(nèi)進行確定。
如果石油的一部分燃燒來加熱熱介質(zhì)，那就更有好處了。
此方法至少一部分作為熱介質(zhì)的石油利用泵動力燃氣輪機的余熱來加熱用來輸送石油或輸送熔化硫或作為熱介質(zhì)，這種方法使得能源的利用達到了理想的狀態(tài)。在普通情況下，用燃氣輪機作為動力，會產(chǎn)生溫度很高的高溫廢氣。這種高溫廢氣的能源至今在單一運輸石油時浪費了而且由于二氧化氮對環(huán)境造成嚴重污染。
另一個優(yōu)點是，如果用來作熱介質(zhì)的石油與其熱量的一部分在至少一個泵站內(nèi)與石油的總量進行混合并將與石油的部分量分開在兩次加熱作為熱介質(zhì)使用并輸送到加熱套管，那么能源就利用得更充分。
以上述方法，又以用少量的石油把石油加熱，也可以將石油的粘度降低，這樣就可節(jié)約輸油泵的管道。
本發(fā)明也涉及到用帶加熱套管的管道作為液體熱介質(zhì)輸送熔化硫的輸送設(shè)備問題。
為解決輸送任務(wù)，根據(jù)本發(fā)明，其輸送設(shè)備的特征是a)在輸油管道運作線段內(nèi)的輸硫管至少要鋪設(shè)為提高輸油管道內(nèi)的輸送壓力而安裝的一個泵站，b)至少在一個泵站區(qū)域的加熱套管的相連的兩段通過輸送泵和熱交換器的串聯(lián)相互連接起來。
c)至少要在一個泵站的輸硫管的相連的兩段通過輸硫泵相互連結(jié)起來。
如果在輸油和輸熔化硫運作線段的進料開端為輸送石油的部分輸量安裝一個分流管，并且將運作線段終端的加熱套管根據(jù)運輸流量的大小重新與輸油管予連接起來，那么就有特別的好處。
本發(fā)明的其他設(shè)備如按以下方式安裝，也具有獨到的長處a)在輸油管的輸送泵的泵管中安裝一個調(diào)節(jié)閥b)加熱管套通過輸硫管段的熱介質(zhì)管道與輸送泵的入口一側(cè)相連結(jié)c)輸油管道的泵管在運輸泵的壓力一側(cè)通過一個分離管和一個熱交換器與后面的輸硫管段的加熱管套相連接。
d)在分離管內(nèi)安裝一個熱介質(zhì)流量計，以便調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)閥進入輸油泵管內(nèi)的分流量。
如果把輸送管安裝在輸油管上，這種結(jié)構(gòu)將更加簡單也更加節(jié)省。通過這種巧妙的機械相連可以產(chǎn)生一種穿越河流和沼澤的時候也能承受的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明主題是其它有益結(jié)構(gòu)由其它從屬權(quán)利要求給出。以下根據(jù)

圖1至圖4來講解本發(fā)明的實施例和部分變化情況，它們所示的是圖1示出運輸設(shè)備和管道的一部分，有三個泵站，距離達200公里，局部剖視圖。
圖2示出圖1的縱切面圖，右邊有補充圖3示出相據(jù)圖2的主題的變形圖4通過橫座標和縱座標示出了將把根據(jù)本發(fā)明以后列舉的實施例子中輸硫管中壓力和溫度的變化情況的示意圖。
在圖1中，示出了輸油管道1，它由1a，1b，1c和1d四段組成，這四段軸向相互分離，而通過泵管2相互連結(jié)，每一段中安裝一個輸送泵3，它由燃燒動力機(如燃氣輪機)驅(qū)動。1a段很短，在它前面就是進料始端5。1b，1c和1d段每段50-100公里長，向右方向?qū)嶋H上可以隨意繼續(xù)安裝?？浯罅酥睆胶烷L度的比例并沒有按比例示出。
在分離處6的范圍內(nèi)分別安裝了泵站7，8和9，這些泵站是由泵管道2和燃燒動力機4組成。這只涉及公知輸油管道的結(jié)構(gòu)。
在此與輸石油管平行鋪設(shè)管道10用作輸送硫，它由10a，10b，10c和10d四段組成。四段的分離點11與分離點6的劃分相同。管道10由用作輸硫的內(nèi)管道12和在此集中安裝的熱套管13組成。熱套管13在它的全長中都用絕緣套14包裹，這里只標示出一小段。
10a至10d各段的內(nèi)管12在分離點11的附近各通過泵管道15與運輸泵16相互連通。從一個分離點到下一個分離點壓力將分別由80巴降到12巴，而通過輸送泵16再提高到80巴，每管的開始硫的溫度是150℃，至下一個分離點11時則降到125℃左右。升溫是以以下方式進行的從每個輸油泵3的壓力側(cè)由一條分離線17通過熱交換器18各自引向加熱套管13的開端部分。流量調(diào)節(jié)通過流量計19a對調(diào)節(jié)閥20起作用的調(diào)節(jié)儀19來進行，調(diào)節(jié)閥是安裝在泵管道線上2上。溫度的控制是通過溫度探頭21和對熱量交換器18的調(diào)節(jié)桿(未示出)起作用的調(diào)節(jié)儀22來進行(見圖2)。這樣，流動的熔化硫23的能量總量就得到了平衡。
從燃燒動力機4向每個熱交換器18的初級側(cè)引一條廢氣管雖不是必須的，但這樣做是十分經(jīng)濟的。二者必須其一的或附加的安裝加熱石油的燃燒室25及26在圖2和圖3中標示出來。
對此泵站7，8和9的設(shè)備都一致。在泵站8和9還附加了一條通過回流管27完成把加熱套管13的熱介質(zhì)冷卻后輸送到運輸泵3的進口側(cè)的回流，有關(guān)這方面的情況我們將按照圖2進一步詳細討論。輸油管1的每個分離點6的這側(cè)其壓力在10-12巴，這一壓力通過輸送泵3再升至約80巴。加熱套管13的端頭和運輸送泵3的入口側(cè)面之間的壓差大約是2巴。在圖1中，泵管道15和輸送泵16在泵站7，8和9之外。它們也可以安裝在泵站7，8和9之內(nèi)，如圖2和圖3所示。在圖2和圖3迄今所用的有關(guān)標示符號都無改變地被運用了。
在圖2中，示出了在回流管27中裝有調(diào)節(jié)閥28和壓力傳感器29，通過這些裝置將在運輸泵3前管內(nèi)27a的壓力在調(diào)節(jié)儀31的調(diào)節(jié)下調(diào)到預(yù)定值，即在分離點6以前，略高于油壓。
另外還作了如下的標示；通過管道30可在輸送泵3的壓力側(cè)從石油即熱介質(zhì)中取少量油作為燃料供給燃燒室25，從燃燒室經(jīng)過廢氣管24由燃燒氣管32引向熱交換器18的初級側(cè)，其目的是生產(chǎn)所不足的熱量。如果燃燒機4的廢氣熱量不利用的話，那么燃燒室25就得單獨擔(dān)付起熱交換器18的加熱任務(wù)。
輸送泵16用燃燒動力機33驅(qū)動，燃燒機的廢氣通過廢氣管34和24同時輸向熱交換器18的初級側(cè)。這并非一定這樣做，但這樣做能節(jié)省能源。
在圖3中石油輸送的主流路線和熱介質(zhì)輸送的主流路線相互分開，這樣就需加帶有燃燒發(fā)動機36的第三個輸送泵35來作動力。這里也可從經(jīng)過管道37的石油中取出少量的石油作為燃料供給燃燒室26，從燃燒室由燃燒氣管38經(jīng)過廢氣管24引向熱交換器18。在回流管27中安裝一個帶有調(diào)節(jié)儀40的流量器39。調(diào)節(jié)儀與調(diào)節(jié)閥門41連接，調(diào)節(jié)閥安裝在分管道42中。分管道42把位于輸送石油泵3的壓力側(cè)上的泵管2和回流管27連結(jié)起來。這樣就可使漏損量或熱介質(zhì)體積的波動得以平衡。熱介質(zhì)量的波動是受溫度影響決定的。
已經(jīng)標示，燃燒發(fā)動機4、33和36以及燃燒室26的所有廢氣都輸送到熱交換器18的初級側(cè)。把這種可能性視作是二者必擇其一或附加性的都是可能的。
石油管線和硫管線可以在同一線段內(nèi)同時在地下或根據(jù)適當(dāng)?shù)慕^緣在地上安裝，熱交換器18也可直接作為加熱裝置(加熱器)，以免再另外安裝一個燃燒室。
圖4所示的是以輸送路線為橫座標以及根據(jù)本發(fā)明舉例的硫管道里的壓力和溫度變化為縱座標的示意圖。
通過內(nèi)直徑為750mm長1000km的石油管道，在流速為1.75m/s的情況每天輸送泵油30000噸。與石油管道平行鋪設(shè)一條內(nèi)直徑為200mm，輸送液體硫速度為0.7m/s的帶有熱套管的輸硫管線。這相當(dāng)于每天10000噸的硫量。為使硫保持液體狀態(tài)，硫的溫度必須保持在每次加溫后達155℃而在下一段加溫前在125℃之間。全長1000km平均分為每段長100km的10段，每一段都有一個升溫站使硫的溫度由125℃升至155℃，還要保持所需的壓力。每段開始時流動壓力為80巴，到本段終點時降為12巴，必須升壓68巴。原油的升壓是在相同的升溫站進行的。溫度和壓力的變化過程在圖4中以理想的方式標示出來，即從始發(fā)點TLA經(jīng)過10個升溫站B1，B2……B9，B10直到終點TLE或加油站TK，這10個升溫站是按上述的分段距離安裝的。
要把硫從125℃升溫到155℃，每個升溫站所需熱量為1×10-6KJ/h。這一熱能由原油供給硫，原油從油管取出后在用油加熱的熱交換器里把溫度從135℃升至765℃，再供給熱套管，熱套管對中地將硫管道包嚴實。作為熱載體的油要再加熱所需的油量每天約為3600噸，即每小約150噸左右。熱載體所需量大約是運輸量每天30000噸的12％，從輸油管的開端內(nèi)取用，即供給，而到終端時再輸入到原油中。為硫管道加熱套管的熱載體所需的油量因此只能通過與輸油管平行的另一輸送管道來輸送，以減少用管道輸送原油所需的能量。在硫管道和熱套管間構(gòu)成的熱載體的環(huán)形間隙為50mm，即運輸硫同軸導(dǎo)管的外直徑為300mm。運輸硫管道每個升溫站所需能量為6MW，其中約1MW用于升壓泵，其余約5MW用于熱套管熱截體的加溫。在1000km的距離運輸1000噸硫，按10個升溫站計算，那么，所需能量是約60MW。
權(quán)利要求
1.輸送熔化硫的方法，通過液態(tài)熱介質(zhì)加熱管道(10)的表面，其溫度要加熱到硫的熔點之上，其特征在于a)用伴隨石油管道(1)中的石油作為熱介質(zhì)，b)在石油管道(1)運作階段內(nèi)的硫管道(10)至少必須和為提高輸油壓力而中間安裝的泵站(7，8，9)中的一個相連結(jié)敷線，c)熱介質(zhì)石油至少必須在泵站(7，8，9)中的一個泵站內(nèi)再次加熱并達到應(yīng)提高到的壓力值，d)熔化硫(23)至少要在泵站(7，8，9)中的一個泵站使壓力達到足夠的輸送壓力標準。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在輸油和熔化硫(23)運作段的開端(5)處，將石油輸送量的一部分分流，作為熱介質(zhì)加熱后送入熱套管(13)，在動作的終點，部分石油量再輸入石油的總體量中。
3.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，熱介質(zhì)的加熱要燒掉一部分石油。
4.如權(quán)利要求2的方法，其特征在于，作為熱介質(zhì)的石油至少一部分通過用于石油總量的和/或熔化硫和/或熱介質(zhì)的泵驅(qū)動的余熱來加熱。
5.如權(quán)利要求2的方法，其特征在于，作為熱介質(zhì)使用的石油及至少(7，8，9)泵站內(nèi)一個泵站的熱材料的一部分與石油總量混合，再把石油量的一部分流，重新加熱后作為熱介質(zhì)使用，再送入熱套管(13)。
6.如權(quán)利要求2的方法，其特征在于，熱介質(zhì)的分離的量根據(jù)其壓力和量的大小進行調(diào)節(jié)。
7.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，硫(23)的溫度在通過熱介質(zhì)時應(yīng)保持在120℃至160℃之間，最理想是保持在125℃至157℃之間。
8.用帶有液體熱介質(zhì)的熱套管(13)的管道(10)輸送熔化硫輸送設(shè)備，其特征在于a)輸硫(23)管道(10)在輸油泵(1)的運作段內(nèi)至少要與提高輸送壓力的泵站(7，8，9)中的一個在輸油管(1)內(nèi)相連結(jié)敷線。b)熱套管(13)兩接續(xù)部分(1a，10b，10c，10d)在泵站(7，8，9)中的一個泵站內(nèi)通過輸送泵(3，35)和熱換器(18)的串聯(lián)互相連結(jié)起來。c)輸硫(23)管道(10)的兩接續(xù)部分(10a，10b，10c，10d)在泵站(7，8，9)中的一個泵站內(nèi)通過輸硫(23)泵(16)相互連結(jié)。
9.如權(quán)利要求8的輸送設(shè)備，其特征在于，在輸油和熔化硫(23)的運作段的開端(5)為輸送部分石油安裝一個分管道(17)，在運作段終點的熱套管(13)根據(jù)流量再與石油管道(1)相連結(jié)。
10.如權(quán)利要求8的輸送設(shè)備，其特征在于，在選用燃燒發(fā)動機(4，33，36)作為輸油泵的動力時，或作為熱介質(zhì)的動力時，燃燒發(fā)動機(4，33，36)的廢氣能量應(yīng)可輸送給為熱介質(zhì)的熱交換器(18)。
11.如權(quán)利要求10的輸送設(shè)備，其特征在于，a)在帶有為石油管道(1)的輸送泵(3)的泵管道(2)內(nèi)安裝一個調(diào)節(jié)閥(20)。b)熱套管(13)通過用于硫(23)的管道段(10b，10c，10d)的熱介質(zhì)的管道(27)與運輸泵(3)的入口側(cè)相連結(jié)。c)石油管道(1)的泵管道(2)在運輸泵(3)的壓力一側(cè)通過分離管道(17)和熱交換器(18)與輸硫(23)分段管道(10b，10c，10d)的熱套管(13)相連。d)在分離管道(17)內(nèi)安裝一個熱介質(zhì)流量計(19a)通過此流量計，使通過石油泵管(2)的調(diào)節(jié)閥(20)的分流量可以控制調(diào)節(jié)。
12.如權(quán)利要求8的輸送設(shè)備，其特征在于，熱套管(13)的兩個分段(10b，10c，10d)通過第二輸送泵(35)及熱交換器(18)相互連結(jié)起來。
13.如權(quán)利要求10的輸送設(shè)備，其特征在于，用于熱介質(zhì)的熱交換器(18)在其初級側(cè)至少要與以下熱源之一相連結(jié)a)輸油泵(3)的燃燒發(fā)動機(4)b)用于熱介質(zhì)的輸送泵(35)的燃燒發(fā)動機(36)c)以石油為燃料的燃燒室(25，26)
14.如權(quán)利要求8的輸送設(shè)備，其特征在于，輸硫管(10)要安裝在輸油管(1)的上面。
全文摘要
用液體熱介質(zhì),用加熱套管的管道(10)來運輸熔化硫時,把液體熱介質(zhì)加熱到硫熔點的溫度,這樣就會降低輸送費用,減少技術(shù)費用和能量消耗。a)伴隨石油管道中的石油作熱介質(zhì),b)硫管(10)在油管(1)的運作段內(nèi)至少要與泵站(7,8,9)中的一個相敷設(shè),這些泵站是為提高油的輸送壓力而安裝的。c)熱介質(zhì)石油至少要在泵站(7,8,9)中的一個站內(nèi)再加熱并達到應(yīng)提高到的壓力標準。d)熔化硫(23)應(yīng)在泵站(7,8,9)中的一個站內(nèi)再次把壓力提升到足夠運輸?shù)膲毫藴省?br> 文檔編號F17D1/14GK1203335SQ98102498
公開日1998年12月30日 申請日期1998年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月10日
發(fā)明者M·克里貝, A·霍布勒 申請人:Dsd加氣及加油站設(shè)備股份有限公司, 曼弗雷德·克萊貝爾