珠三角成品油管道湛江～茂名段在溫度和壓力影響下的油品批次量變化

何為

摘 要：珠三角成品油管道有著輸轉批次多、運行流量大和質量要求高的特點。成品油調度通常根據輸油批次計劃執行和管理輸油任務。在日常的生產運行中，為了順利完成批輸任務，調度員除了進行常規的啟停輸操作外，還需要根據實際情況考慮諸多影響因素。通過及時發現油品密度、壓力和溫度等因素對管輸計劃的影響，調度員能更準確的核定首站的計劃批次總量、末站用戶庫區接收罐容以及混油切割時間。通過珠三角管道湛江～茂名段的實例研究，說明在多因素影響下油品批次量變化的主要原因以及所產生的影響。

關鍵詞：管容 油品體積 密度 壓力 溫度

中圖分類號：TE832 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0253-02

湛江～茂名段成品油管道是珠三角成品油管網中其中的一條主管道，位于整片管網的西部。該段管道起點位于廣東省湛江市的三嶺山油庫，毗鄰東興煉廠及湛江港港口；終點位于廣東茂名市的茂石化產區內，管道全長106.585 km，采用DN400管徑，管容12870.07 m3，設計壓力為9.5 MPa。此段管線設有2個工藝站場，3個手動閥室，其中，湛江站為首站，茂名站為末站，管道采用常溫密閉順序輸送的方式，是西南管道油源的重要補充。目前輸送油品主要為0#柴油及93#汽油，根據需要還可以輸送其他石油產品。

1 批次計劃輸送中的常見問題

在珠三角管道調度員的日常工作中，經常會遇到油品批次量與實際不相吻合的現象，表現為首站（湛江站）輸出了一定批次量的油品，但在目標下載站（茂名站）卻常常未能接收到同等數量的情況。這種現象不僅會影響調度員對來油接收罐容的估計、混油界面的計算等，甚至還會被誤判斷為有打孔盜油情況的發生，大大增加了調度員的工作難度。對此，我們有必要對引起油品批次量變化的原因進行探索。

2 影響油品批次量變化的主要因素

華南管網珠三角管道通常以質量流量計作為主要交接計量工具，以“質量”作為交接單位實施計量，而由于當今成品油管道均采用順序輸送的運行方式，各類油品密度不盡相同，甚至在不同的壓力、溫度情形下，同種類油品的物理特性也會產生變化，所以造成了油品質量前后不一的情況。此外還需考慮壓力和溫度改變對管道管容的改變狀況，這些都將對油品的最終批次量產生一定的影響。

通過理論及日常實踐分析，我們發現管輸溫度和壓力對油品體積以及管容產生的影響主要體現在以下幾個方面。

2.1 溫度對油品體積的影響

根據熱力學定律，我們知道油品體積會隨著溫度發生變化，溫度升高則相應的油品體積變大，反正則縮小。由于油品在管道中流動時不斷與周圍介質發生熱交換，使油流溫度始終處于熱力不穩定狀態，因此，該批次油品的體積將處于連續不斷的變化當中。

假設油品從湛江站出站油溫為，管道中心埋深處自然地溫為，則距起點處油溫為。管道沿線的溫度可由下式求得：

其中，

式中為油品質量流量（kg/s）；為油品比熱容（J/（kg·℃））；為管道外徑（m）；為管道總傳熱系數（W/（㎡·℃））；為油流水力坡降；為重力加速度（m/s?）。

根據實際情況將管道分為若干段，并盡量降低各個管段首末端溫差，此時各管段內油品溫度可用平均油溫表示，則第個管段的平均油溫可由下式得：

因此，將20 ℃時油品密度換算成計算溫度為

則由于溫度變化造成的管段內油品體積改變量為：

其中為標準溫度下管內油品體積（m）。

2.2 溫度對管容的影響

溫度變化引起的管段內管容變化量為：

式中為鋼材的熱膨脹系數（1/℃）；為標準溫度（℃）；為管段內油品的平均溫度（℃）；為標準溫度下管容（m?）。

2.3 壓力對油品體積的影響

雖然油品的可壓縮性較小，壓縮系數約為㎡/N?，但當輸送油品整體體積較大時，即使很小的壓力改變也將造成體積的顯著變化，因此，不能忽略該因素。

管段壓力變化引起的油品體積增量為

式中為標準壓力（Pa）；為管段內的平均輸送壓力（Pa）。

2.4 壓力對管容的影響

壓力對管容的影響主要在兩個方面：首先是管外覆土壓力使管容減小；其次是運行時管內油品壓力造成的管容增加。

管外覆土壓力作用將使管容縮小，為了讓管道恢復標準管容，油品需提供額外的壓力。但通常對于壓差、輸量較大的長輸管道而言，覆土壓力相對管內油品的實際動壓要小得多，因此，通常可忽略不計。

管內油品壓力使管容的增加需要考慮各個管段的平均動壓，即同樣將全線分為個管段，結合管段的劃分以及管段內地形起伏情況來確定。由于湛江—茂名段管道沿線高差起浮不明顯，在此為了方便計算，平均動壓取段落起點和終點的壓力算術值。如果段內地形起伏較大，單純的算術平均法會造成較大的計算誤差，則需要考慮按照段內地形起伏情況分段處理。

油品輸送壓力條件下第個管段的管容增量為：

其中為管道外直徑（m）；為壁厚（m）；為第個管道內的平均動壓（Pa）。

2.5 管容總變化量

根據以上公式，在將站間管道分為段條件下，站間管容總變化量為：

3 計算

湛江-茂名段管線外徑為406.4 mm，壁厚7.1 mm。管道埋深（地表至軸心）距離約為1.2 m。根據該段管線6月某日實際運行數據可得：湛江站出站油溫=30.6℃，平均地溫=20 ℃；輸送介質為0#柴油，取20 ℃時油品密度為840 kg/m?；管道材質型號為X60，熱膨脹系數取=1.2×10-5/℃，彈性模量取=2×1011 Pa；輸送流量615 t/h。

表1是上述條件下溫度對各管段內油品體積及管容所產生影響的具體分析。

同樣的，表2表示壓力對油品體積和管容的影響，其中涉及到的各個節點處的動壓需根據具體工況條件并結合管線高程計算得到。

綜合分析表1及表2數據，對各管段變化量進行算術加合得總管容變化量為=-66.962 m?，表示在特定的工況條件下，湛江—茂名段油品批次量受溫度及壓力的影響會產生約67 m?的誤差，基本符合實際運行中的測量值。當然，該值會隨著各類條件如輸送流量及溫度的變化而發生變化。

4 結論

綜上所示，溫度對該段管路中各管段油品體積的影響、以及壓力對各管段管容的影響較明顯，需要特別注意；反之，溫度對管容及壓力對油品體積的影響則較小。長輸管道在溫度及壓力作用下所產生的油品批次量變化，直接影響到調度員對于批次界面的跟蹤以及末站油品接收罐容的估計，尤其是對于里程長、流量大的研究對象，在工況估算時進行針對性的修正將很有必要。

參考文獻

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