管輸不同特性原油優(yōu)化運(yùn)行分析

羅朝旺 ，張聆瑜，潘良心 ，呂 偉

1.中國(guó)石化管道儲(chǔ)運(yùn)分公司湛江輸油處 （廣東 湛江 524000）

2.中國(guó)石化管道儲(chǔ)運(yùn)分公司襄陽輸油處 （河南 襄陽 441000）

目前國(guó)家每年從國(guó)外進(jìn)口原油已超過我國(guó)原油消費(fèi)總量的50%，達(dá)到2億多噸。輸送進(jìn)口原油的安全性與經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)越來越引起大家的關(guān)注。湛江—北海管線輸送來自不同國(guó)家地區(qū)的原油，油品差異性較大。完成輸送計(jì)劃的同時(shí)，更需要保證輸送安全、經(jīng)濟(jì)。湛江—北海原油管道全長(zhǎng)198km。其中湛江首站—廉江中間站管道長(zhǎng)度為51km，近期設(shè)計(jì)輸量為1000萬t/a（遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)輸量3000萬t/a），管徑為Φ813mm×10.3mm；廉江輸油站—北海計(jì)量站管道長(zhǎng)度147km設(shè)計(jì)輸油能力1000萬t/a，管徑為Φ711mm×9.5mm。

湛北管線目前月輸量40萬t左右，全線有3個(gè)站，采用首站一泵到底運(yùn)行方式，通過出口節(jié)流閥來調(diào)節(jié)管道的能量消耗，使之達(dá)到新的供需平衡。目前調(diào)節(jié)輸油管道系統(tǒng)工況主要有以下2個(gè)大的方向:改變泵站工作特性；改變管道工作特性。因此，為確定最適合湛北管線的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式，需要考慮各方面因素。

1 調(diào)節(jié)方式的分析

1.1 改變泵站工作特性

1.1.1 改變運(yùn)行泵站數(shù)或者泵機(jī)組數(shù)

湛北線在目前輸量下，采用首站起用一臺(tái)給油泵（揚(yáng)程 100m）、一臺(tái)輸油泵（揚(yáng)程 250m）“一泵到底”，已滿足輸送能量需求，無需增加泵數(shù)。

1.1.2 泵機(jī)組調(diào)速

通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速使之與負(fù)載需求相匹配。但是一般調(diào)速器成本過高，安裝維護(hù)費(fèi)用較高。

1.1.3 換用（切割）離心泵的葉輪直徑

改變離心泵葉輪直徑可以改變泵特性。但是裝配葉輪操作復(fù)雜，工作量大，且切割葉輪不可逆，實(shí)際少有采用。

1.2 改變管道工作特性

對(duì)于現(xiàn)運(yùn)行的湛北管線，管徑、管長(zhǎng)均為定值，改變管道工作特性只能通過調(diào)節(jié)干線閥門 （多數(shù)情況是出站調(diào)節(jié)閥）的開度，人為增加閥門的局部阻力，從而改變管道總的能量消耗。節(jié)流調(diào)節(jié)是壓力小范圍調(diào)節(jié)最可行方法。

通過對(duì)湛北管線運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，根據(jù)其管線特性曲線與輸油能耗來確定調(diào)節(jié)方式[1]。

2 運(yùn)行數(shù)據(jù)采集及計(jì)算

2.1 數(shù)據(jù)采集

湛北管線2012年地溫:春冬地溫較為接近取平均值T冬=24.4℃；夏秋地溫較為接近取平均值 T夏=30.4℃。

取以上具有代表性的沙輕、伊重和索魯士油品進(jìn)行分析（表1），計(jì)算得到密度和黏度，結(jié)果如表2所示。計(jì)算過程以沙輕為例:

表1 輸送各油品參數(shù)

式中:ξ為溫度系數(shù)；ρ20為20℃時(shí)原油密度。

表2 油品參數(shù)計(jì)算結(jié)果

算得黏溫系數(shù) u=0.0336

式中:μ50為 50℃油品黏度，m2/s；μ40為 40℃油品黏度，m2/s。

2.2 能耗計(jì)算

根據(jù)公式 （3）計(jì)算得油品雷諾數(shù)都在3000～100000之間，屬于水力光滑區(qū)[2]。

式中:Re為雷諾數(shù)；Q為輸量，m3/h；μ為油品黏度，m2/s；d 為管道內(nèi)徑，m。

式中:i為 水力坡降；β、m為摩阻計(jì)算公式參數(shù)，流態(tài)為水力光滑區(qū)時(shí)β=0.25，m=0.0246；Q為輸量，m3/h；L 為長(zhǎng)度，m；d 為管道內(nèi)徑，m；h 為管道摩阻，m。

根據(jù)公式（4）（5）計(jì)算得各油品摩阻，結(jié)果如表3所示。

由表 3、表4可知，輸送沙輕油品時(shí)，首站運(yùn)行一臺(tái)輸油泵、一臺(tái)給油泵，在輸油泵的額定輸量1400m3/h下，泵能提供的揚(yáng)程大于管線摩阻損失，有能量剩余，需要少量節(jié)流調(diào)節(jié)。輸量為1500m3/h時(shí)，供需能量大致相等。

表3 各油品摩阻計(jì)算

表4 首站泵參數(shù)

輸送伊重油品，在輸油泵的額定輸量1400m3/h下，能耗供需大致相等。

在輸送高黏度油品—索魯士原油時(shí)，管線能耗遠(yuǎn)大于一臺(tái)輸油泵、一臺(tái)給油泵所提供的能量。根據(jù)泵的特性曲線及管線特性曲線可知，此時(shí)泵輸量將會(huì)不斷減少、直至大大偏離泵運(yùn)行效率區(qū)間。因此輸送該類油品時(shí)，應(yīng)該將低黏度油品與其分段輸送，來調(diào)節(jié)供需能量平衡。經(jīng)計(jì)算，在額定輸量1400m3/h下，將輕質(zhì)沙輕原油與索魯士原油配輸，其夏季、冬季的比例分別為5:1、8:1，此時(shí)供需能耗大致相等[3]。

2.3 能耗對(duì)比

根據(jù)2012年實(shí)際運(yùn)行各輸量下的計(jì)算能耗與全年平均實(shí)際能耗做對(duì)比[4]。

由公式 （6）計(jì)算得各輸量下的效率值，結(jié)果如表5所示。

式中:η為泵機(jī)組效率；U為電機(jī)電壓，額定值為10kV；I為電機(jī)實(shí)測(cè)電流，A；P為泵提供的壓能，Pa。

考慮到泵運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，目前國(guó)內(nèi)一般認(rèn)為，輸油泵工作時(shí)的效率與最高效率點(diǎn)的最大允許差值為7%，這為泵高效運(yùn)行區(qū)間[5]。

由公式（7）計(jì)算各輸量下輸送每噸原油所需要消耗的電力費(fèi)用，結(jié)果如表6所示。

式中:Sp為電力費(fèi)用，元/t；e為電力價(jià)格，元/（kW·h）；H為泵的實(shí)際揚(yáng)程，m；η為泵機(jī)組效率。

2012年首站泵機(jī)組實(shí)際電耗量為6380720 kW·h,電價(jià)平均為 1.1287 元/（kW·h），其輸油量為4714936t。得實(shí)際平均每噸油耗電量為1.528元/t。由上計(jì)算可知，運(yùn)行在1400～1500m3/h為經(jīng)濟(jì)輸量區(qū)間，輸量為1400m3/h左右為最優(yōu)運(yùn)行輸量點(diǎn)。若全年運(yùn)行在該輸量下將節(jié)省:

表5 各輸量下的效率值

表6 各輸量下輸送每噸原油所需消耗的電力費(fèi)用

3 結(jié)論

通過對(duì)湛北管線運(yùn)行的參數(shù)分析計(jì)算，并對(duì)其在各個(gè)輸量下的效率對(duì)比，得到以下結(jié)論:

1）在當(dāng)前泵的特性與管道工作特性下，在輸送一般油品時(shí)，供需能耗相差不大，干線節(jié)流調(diào)節(jié)是其調(diào)節(jié)最可行方法。輸送高黏重油時(shí)，選擇合理輕質(zhì)油品與其配輸，不僅可以減少節(jié)流損失，還可以有效地利用輸送輕質(zhì)油品時(shí)泵所提供的多余能量。也可防止因單獨(dú)輸送超重原油，出現(xiàn)供能不足，使泵運(yùn)行的工作點(diǎn)大大偏離最優(yōu)工作點(diǎn)。

2）1400～1500m3/h為經(jīng)濟(jì)輸量區(qū)間，這個(gè)區(qū)間為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)提供操作方向，使管線運(yùn)行在高效點(diǎn)附近，最終達(dá)到運(yùn)行優(yōu)化的目的。

[1]楊筱蘅.輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M].北京:中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006.

[2]張付卿.不可壓縮單向流體紊流區(qū)沿程阻力計(jì)算[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),1999,18(2):28-30.

[3]周詩(shī)崠.混輸原油管道優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)研究[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2010（4）:1-3.

[4]蔣華義.輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M].北京:石油工業(yè)出版社，2010.

[5]薛向東.油氣管道能耗計(jì)算與評(píng)價(jià)方法[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2011,30（10）:743-745.