펌핑 기술로 고점도 오일을 처리하는 파이프라인의 비용 절감

파이프라인을 통해 중질유를 이동하는 것은 어렵고 비용이 많이 들 수 있습니다. 파이프라인 운영자의 운영 지출(opex)에 가장 큰 단일 기여자는 에너지 비용, 특히 펌프 구동에 필요한 에너지입니다. 중유 및 역청과 같이 점성이 높고 밀도가 높은 재료의 경우 에너지 효율적인 펌프 기술을 선택하는 것은 비용 제어에 특히 중요하며 전력 소비를 20%~50% 절감할 수 있습니다.

새로운 원유 생산에 대한 글로벌 수요가 증가함에 따라 점도가 펌핑 성능에 미치는 영향을 이해하는 것이 더욱 중요해졌습니다. 글로벌 관리 회사인 McKinsey & Company는 향후 20년 동안 탐사 및 생산 회사가 수요를 충족하기 위해 하루 3,800만 배럴의 새로운 원유 생산량을 추가해야 할 것으로 추정합니다.

수요가 증가함에 따라 중질유에 대한 의존도도 높아지고 있습니다. 전 세계 회수 가능한 원유의 절반 이상이 미국석유협회(API) 비중 22도 이하이며, 점도는 API 비중, 온도 및 화학적 구성에 따라 50~1000센티스토크(cSt) 범위에 이릅니다. 전 세계에서 기술적으로 회수 가능한 중유 및 천연 역청의 80% 이상이 서반구에 집중되어 있으며, 여기에는 베네수엘라, 캐나다, 캘리포니아, 알래스카, 유타의 대규모 매장지가 포함됩니다.

파이프라인 운영자는 높은 점도의 영향을 완화하기 위해 다양한 접근 방식을 모색해 왔습니다. 북부 앨버타에 있는 파일럿 시설은 점도를 줄이기 위해 단열되고 매설된 장거리 파이프라인을 통해 가열된 상태의 무거운 타르 형태의 역청을 펌핑하기 위해 건설되었습니다. 다른 방법으로는 석유가 파이프라인에 유입되기 전에 수소화분해, 수소처리 또는 수소정제를 통해 석유를 부분적으로 업그레이드하는 방법이 있습니다. 이 접근 방식에는 업스트림 시설의 구축이 필요합니다. 보다 일반적으로 유효 점도를 줄이기 위해 점성 유체에 희석제를 첨가합니다. 희석제는 탄화수소(응축물, 휘발유, 등유 또는 나프타)일 수 있습니다. 그러나 희석제 자체는 상당한 운영 비용(나중에 운반된 유체에서 회수하더라도)이며 희석제를 운반, 저장, 혼합 및 제거/재활용하는 시설로 인해 비용이 추가됩니다. 수중유 에멀젼을 제조하려면 30~35%의 물과 소량의 계면활성제를 첨가해야 합니다.

재정적 이익과 함께 고점도를 처리하는 가장 효과적인 방법은 적합한 펌핑 기술을 사용하는 것입니다.

원심 펌프는 파이프라인 작업에 널리 사용되지만 물, 정제된 탄화수소 및 경질유와 같이 점도가 상대적으로 낮은(API 45도 이상) 액체용으로 설계되었습니다. 이러한 저점도 유체에서 원심 펌프는 비용 효율적으로 작동하여 80% 중반 이상의 효율성을 달성할 수 있습니다. 그러나 점도가 조금만 증가해도 마찰 손실로 인해 원심 펌프의 성능이 저하됩니다. 점도는 에너지가 가해질 때 전단에 대한 유체의 저항을 측정한 것입니다. 펌핑 작용은 유체가 원심력에 의해 임펠러에서 떨어져 나가기 때문에 높은 액체 전단력을 생성합니다. 점도가 높을수록 저항이 커지고 원심 펌프 작동이 더 어려워지므로 더 많은 마력이 필요하므로 더 많은 에너지를 소비합니다.

반세기 동안 석유 회사와 파이프라인 운영자는 고점도 오일을 이송할 때 원심 펌프에 대한 대안을 모색해 왔습니다. 용적 펌프로 알려진 용적형(PD) 펌프는 원심 펌프와 다른 작동 원리를 사용하여 마찰 손실의 영향을 줄여 점성이 높은 유체를 펌핑할 때 효율성을 높입니다. PD 펌프는 1회 펌핑 주기당 용량을 갖습니다. 그 주기는 왕복운동일 수도 있고 회전일 수도 있습니다. PD 펌프의 장점은 각 작동 주기 동안 일정한 양의 액체를 이동시켜 압력이 변하더라도 상대적으로 일정한 유량을 유지할 수 있다는 것입니다. 이 기능을 통해 파이프라인 운영자는 유체 압력과 관계없이 펌프 속도를 제어하여 정확하고 일관되게 흐름을 제어할 수 있습니다.