蘭鄭長成品油管道鄭州站混油量研究

丁俊剛 張 磊 劉 佳 沈 亮 王中良 于 濤

1．中國石油北京油氣調(diào)控中心，北京 100007；

2．中油管道檢測技術(shù)有限責(zé)任公司，河北 廊坊 065000

0 前言

蘭鄭長成品油管道西起蘭州，經(jīng)甘肅、陜西、河南、湖北、湖南5省67個(gè)縣市后，抵達(dá)長沙末站，輸送-10#柴油、0#柴油、93#汽油，全長2 086 km，年輸送量達(dá)1 500×104t。干線共設(shè)16座工藝站場、79座干線線路截?cái)嚅y室，油源來自西部成品油管道、長慶石化、慶陽石化，有蘭州、慶陽、長慶、咸陽、鄭州5個(gè)罐區(qū)，分蘭咸、咸鄭、鄭陽、鄭長、慶咸、長慶、小李莊、長沙、湘潭9個(gè)水力系統(tǒng)。目前全線有咸陽、鄭州、小李莊、陽邏、長沙、湘潭6個(gè)混油切割點(diǎn)，平均4 d切割1次混油，是成品油管道中混油切割點(diǎn)最多的管道。其中鄭州站作為樞紐，其切割實(shí)際混油量大于理論計(jì)算混油量，給運(yùn)行帶來了一定影響，對比實(shí)際與理論混油量差異，分析存在的問題，研究減少實(shí)際混油量的措施。

1 順序輸送管道混油機(jī)理

在同一條管道內(nèi)，按時(shí)間順序連續(xù)地輸送不同種類的油品，稱為順序輸送。順序輸送時(shí)，不同油品在管道內(nèi)流動行成界面。成品油管道輸送最大特點(diǎn)是不同油品的順序輸送，順序輸送必然存在批次界面，界面處會產(chǎn)生混油。

流態(tài)對混油量有很大影響[1]。層流時(shí)，管道內(nèi)油品流動的軸心流速大于管內(nèi)壁邊緣流速，從而使后行油品呈楔形進(jìn)入前行油品中，由于兩種油品密度不同，后行油品的分子將通過前行油品界面，這種擴(kuò)散使界面臨近區(qū)域的兩種油品密度趨于均勻。紊流時(shí)，管道截面上油品的流速接近平均流速，且擴(kuò)散不單單存在于軸向上，還存在于徑向上，對流傳遞不顯著，從而減少了混油量[2]。實(shí)驗(yàn)表明，隨著雷諾數(shù)的增加，相對混油量下降；當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，混油量隨雷諾數(shù)的改變減小[3]。

2 鄭州站混油量計(jì)算

蘭鄭長成品油管道鄭州分輸泵站目前主要功能包括接收咸鄭段管道來油調(diào)壓進(jìn)罐、油品重新組織批次增壓外輸至西平分輸站、罐區(qū)來油增壓分輸至鄭州油庫分輸計(jì)量站、混油處理、清管器收發(fā)、油品倒罐、壓力泄放等。鄭州站功能示意見圖1。

圖1 鄭州站功能示意圖

目前，大部分混油是計(jì)算公式都描述了混油量與輸送距離、管徑和雷諾數(shù)的關(guān)系，并不包含某條管道特有的性質(zhì)，如管徑變化、沿線地形和結(jié)構(gòu)等對混油量的影響，計(jì)算結(jié)果仍與現(xiàn)場數(shù)據(jù)存在差異，僅適用于等直徑水平管道。其中奧斯汀混油公式的應(yīng)用最廣泛，能較為準(zhǔn)確地預(yù)測混油量[4-5]。GB 50253-2003《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中也推薦使用英國研究者J.E.Austin和J.R.Palfrey總結(jié)的奧斯汀混油公式,該公式也被國內(nèi)外一些工程公司在設(shè)計(jì)成品油管道時(shí)普遍采用[6]。

不同輸量由奧斯汀混油公式算得各自混油長度，進(jìn)而確定理論混油量的大小。不同輸量下的理論混油量計(jì)算值見表1。

表1 不同輸量下的理論混油量

通過曲線擬合，鄭州站不同輸量下的理論混油量見圖2。

圖2 不同輸量下的理論混油量

由圖2可見，當(dāng)油品運(yùn)行在低輸量時(shí)，產(chǎn)生的混油量明顯增多，而輸量大于臨界輸量時(shí)，產(chǎn)生的混油量相差不大約700 m3。

3 鄭州站實(shí)際混油量及切割難度分析

對比分析蘭鄭長成品油管道鄭州站近兩年混油量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：鄭州站每次實(shí)際切割的混油量均大于理論混油量。

鄭州站2011年共切混油25次，平均單批混油量為973.24 m3；2012年共切混油25次，平均單批混油量為948.65 m3。2011、2012年鄭州站混油切割具體數(shù)據(jù)見圖3。

圖3 2011、2012年鄭州站單批次混油量統(tǒng)計(jì)

鄭州站正常情況下混油量可控制在980 m3內(nèi)，個(gè)別混油量較大是因?yàn)楣┯筒蛔銓?dǎo)致停輸界面不理想所致。通過中控調(diào)度SCADA系統(tǒng)工作站截圖可知某次柴油推汽油切割混油時(shí)密度變化，見圖4。

圖4 某次切割混油時(shí)密度變化趨勢圖

根據(jù)某次切割油品時(shí)密度變化的趨勢圖看，并不存在大的問題，但大部分切割實(shí)際混油量比理論計(jì)算值稍大，主要原因有：

a）在線密度計(jì)是順序輸送過程中混油切割的主要設(shè)施，但介質(zhì)的密度與其成分直接相關(guān)。管道中的機(jī)械雜質(zhì)及介質(zhì)中所攜帶的水分等均會使密度產(chǎn)生變化，在線密度計(jì)示值偏離純介質(zhì)密度，造成切割操作困難。特別是鄭州站上游油源較多，目前錦鄭成品油管道尚未投產(chǎn)，鄭州站油源就有3個(gè)，3個(gè)油源的油品差異導(dǎo)致同種油品的密度不穩(wěn)定，每次切割時(shí)并不能嚴(yán)格按照某一密度數(shù)值切割，而是根據(jù)比例要求，上一站的密度顯示值及變化分別計(jì)算。由于各站密度計(jì)的顯示差異，同種油品在不同站的密度顯示值也不盡相同。

b）鄭州站只在進(jìn)站處設(shè)有1臺密度計(jì)泵作為在線密度計(jì)。僅依靠這1臺設(shè)備顯示的示值進(jìn)行切割，反應(yīng)時(shí)間短，難度較大，且存在密度計(jì)管路堵塞致示數(shù)不變的風(fēng)險(xiǎn)。

c）混油切割需要在中控調(diào)度下切割2次，第1次切割因前行油品密度變化儀表監(jiān)測報(bào)警，容易判斷，但第2次即將到來的后行油品的密度值不是嚴(yán)格的固定值，因此很難判斷切割點(diǎn)密度。

d）鄭州罐區(qū)設(shè)計(jì)采用單一匯管，“一進(jìn)兩出”的輸送方式極大地增加了控制風(fēng)險(xiǎn)，也導(dǎo)致蘭鄭長管道鄭州站沒法實(shí)現(xiàn)每罐必化驗(yàn)，合格后再外輸?shù)囊蟆?/p>

e）蘭鄭長成品油管道上游分輸量大，導(dǎo)致下游流量較小，且存在不同原因停輸，停輸時(shí)界面位置如果不合適則會導(dǎo)致混油長度增加。

f）混油切割閥有一定的行程時(shí)間，根據(jù)管道控制原則，在混油切割時(shí)一個(gè)切割閥門全開后才能關(guān)閉另外一個(gè)切割閥門，因此閥門啟、閉行程時(shí)間長必導(dǎo)致混油量的增大。

4 結(jié)論

控制鄭州站混油量技術(shù)性較強(qiáng)，涉及蘭鄭長管道順序輸送過程中的眾多環(huán)節(jié)。減少混油量不僅能保證成品油質(zhì)量，還可提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。建議從以下幾方面進(jìn)行混油量的控制：

a）對鄭州站罐區(qū)單一匯管進(jìn)行改造，進(jìn)油和發(fā)油分成兩條匯管，可避免混油直接進(jìn)入下游。同時(shí)先對站內(nèi)油品進(jìn)行化驗(yàn)后再外輸，并調(diào)整混油切割比例。

b）在鄭州站外再加1臺密度計(jì)，既可避免單一密度計(jì)出故障的風(fēng)險(xiǎn)，又可增加觀察、反應(yīng)時(shí)間，有利于監(jiān)測混油界面，減少混油量。

c） 減少非計(jì)劃停輸次數(shù)，每次停輸仔細(xì)核對停輸界面的位置，減少因停輸界面不合理而增加的混油量。

d）對全線密度計(jì)進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)定，根據(jù)上一站的密度值進(jìn)行切割，則可提前計(jì)算得到兩次切割的密度值。

e）縮短混油切割閥行程時(shí)間，加強(qiáng)對混油切割閥的維護(hù)保養(yǎng)，防止切割過程中閥門卡堵。

[1]王 昆，陳保東，郭淑娟，等．管道順序輸送產(chǎn)生混油的問題研究[J].油氣儲運(yùn)，2007, 26(8): 8-12.Wang Kun，Chen Baodong，Guo Shujuan, et al. A Study on the Product Oil Contamination Caused by Batching Transportation[J].Oil & Gas Storage and Transportation,2007, 26(8): 8-12．

[2]徐燕萍，左志恒，徐光春．成品油長輸管道的混油下載與切割[J]. 油氣儲運(yùn)，2010, 29(7): 505-508.Xu Yanping，Zuo Zhiheng，Xu Guangchun．Contamination Unloading and Cutting of Long-Distance Oil Product Pipeline[J]. Oil & Gas Storage and Transportation,2010, 29(7): 505-508．

[3]王 昆，陳保東，王占黎,等.管道順序輸送中混油及混油量的研究[J]. 管道技術(shù)與設(shè)備，2007, (2): 8-12.Wang Kun，Chen Baodong，Wang Zhanli, et al. Research on Contamination Caused by Batching Transportation[J].Pipeline Technique and Equipment，2007, (2): 8-12．

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