我國成品油管道相關技術進展及展望

王 旭，張圣柱，江世超（.中國石油大學（北京），北京 049； .中國安全生產科學研究院，北京 000）

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我國成品油管道相關技術進展及展望

王 旭1，張圣柱2，江世超1
（1.中國石油大學（北京），北京 102249； 2.中國安全生產科學研究院，北京 100012）

摘要：近年來，我國成品油管道技術發展迅速，成品油管網已初具雛形。著重介紹了成品油管道技術在混油處理、調度、運行和完整性管理等方面的工程以及理論進展情況，并結合國內外管道發展現狀及趨勢，給未來我國成品油管道技術的進一步發展、管網系統成熟化提供參考。

關鍵詞：成品油管道；技術進展；現狀及展望

石油運輸行業一般有鐵路、公路、海運、空運、管道等方式，管道運輸作為其中之一，目前扮演著越來越重要的角色。在原油管道運輸蓬勃發展的基礎上，成品油管道運輸后來居上，漸有取代成品油的鐵路和公路的運輸方式，成為成品油運輸的主要動力［1，2］的趨勢。

“十一五”期間，國家規劃建立了眾多的成品油管道，其中包括西部管道工程等重點管道工程［3，4］。“十二五”規劃中明確要加快油氣骨干管網建設。截至2014年底，全國成品油管道已達2萬余公里［5］。但相比較美國等西方國家而言，我國的成品油管道起步較晚，輸送管網還不夠成熟（圖1）。

提高成品油管道運輸比例是完善油氣儲運物流體系現代化的重要一步，隨著全球化的進一步加深和經濟的進一步發展，各國都積極調整成品油運輸結構，不斷完善運輸方式。管道就是經濟發展的大動脈，大量采用管道成品油運輸，對于促進國家經濟的快速發展具有重要戰略意義［3］。

1　我國成品油管道技術進展

近年來，我國成品油管道無論是在里程數還是在運營技術上的發展均令人矚目。

圖1　國內成品油管道現狀布局圖Fig.1 China refined oil pipeline status layout

陸續設計建造了包括蘭成渝管道、西南管道、西部管道、珠江三角管道、蘭鄭長管道等一批規模較大、技術難度較高的成品油輸送管道。其中蘭鄭長管道于2008年建成運營，全長2 073 km，是我國目前最大的一條成品油管道［6］；西南管道是我國運營狀況最為復雜的成品油管道系統之一；蘭成渝管道是國內設計難度最高的管道之一。隨著大批的成品油管道設計、建設、投產、運營，我國的成品油管道技術突飛猛進，與世界一流水平的差距不斷縮小［7］。

1.1混油處理技術

成品油在管道的順序輸送過程中產生的混油不僅降低了管道輸送的經濟效益，而且增加了現場處理工藝的難度。因此通過一定的計算方法去預測混油量，借由一定的技術手段提高混油切割精度，從而減少混油量，進而解決混油異常等問題，對于成品油管道輸送具有重要意義。

結合生產實際，趙曉剛［8］重點介紹了順序輸送成品油管道混油量的常用計算方法，包括理論公式［9，10］、修正的理論公式以及經驗公式（主要是奧斯汀（J.E.Austin）和柏爾弗萊（J.R.Palfrey）總結得出的經驗公式［9-11］），并結合相應的實例對各種計算公式進行比較，得出了如下結論：經驗公式與理論公式的計算結果差距不大，但修正理論公式的計算結果要明顯高于經驗公式的計算結果。然后結合工程實際分析了影響混油量的因素，提出了關于減少混油量的一些應用措施。

基于奧斯汀混油公式，宮敬［12］等通過對近兩年西南成品油管道混油數據的整理和分析，結合混油量的理論值和實際值的變化關系，提出了一種計算精度更高、現場操作更簡易的符合管道特性的新計算方法。

趙海燕［13］以質量輸運方程為基礎，使用壁面函數法處理固壁邊界，采用 k-ε紊流模型，利用FLUENT流體計算軟件，對順序輸送中的混油問題進行了數值模擬，重點分析了盲支管、90°彎管以及變徑管等特殊工況下的混油狀況。

華北成品油管網通過調節管輸運行管理環節和站場工藝環節等措施有效的控制了批次混油量，增加了管網混油回摻處理能力。針對管道設計階段，付永杰［14］建議提高終端站的混合罐容積，合理設置節點。

針對蘭成渝成品油管道混油異常增多的情況，王中良［15］分別選取混油正常和異常兩種狀態為研究對象，通過現場數據和理論計算結果的對比分析，發現了江油站越站流程的缺陷，并提出改進措施：在流程中的單向閥之前加裝截斷球閥。

針對魯皖成品油管道不能只靠終點站進行全部混油回摻處理的問題，結合混油管道的運行規律，考慮設施、運行、經濟等多方面因素，于金廣［16］建議在管道末段中間站增添混油處理設備，提高了成品油管道混油回摻處理能力。

結合西部成品油管道實際運行和理論計算混油量的變化情況，丁小勇［17］建議在末站上游新堡站混油量的基礎上增加50 m3作為末站混油的切割量。該方法解決了因后油密度不能準確的預先確定，導致第二混油切割點的計算誤差較大，造成混油切割量過大或油品不合格問題。

1.2調度計劃優化技術

成品油管道的調度管理相當復雜，既要兼顧順序輸送又要多點分輸，具體還涉及油源、銷售和管道系統的協調優化等。制定調度計劃是調度管理的核心任務之一，調度計劃需滿足上下游需求的同時確保管道的安全、高效。

以最小的全線泵機組消耗費用為目標函數，張松等［18］建立了考慮管道水利約束、采用集中分輸模式的數學模型，并利用遺傳算法對模型進行了求解。然后該模型的基礎上，利用C語言編譯了成品油管道調度優化程序。利用該程序對西南成品油管道進行優化計算，結果表明優化后的各批次時間、能耗消費、以及批次跟蹤等均合理可行。

對于新疆成品油管道存在的問題及發展需求，徐敬波等［19］利用matlab軟件，以線性規劃為基礎，成功搭建了成品油管輸計劃自動優化調度模型。經實踐證明，切實有用的提高了新疆區內的油品調輸效率。

結合西部成品油管道流動模型，李季等［20］采用VB語言，研究編譯了西部成品油管道調度計劃制定軟件。然后依據此軟件自動編制的成品油調度計劃，給出了混油界面到站圖、運行批次帶狀圖和分輸計劃輸出表，為調度管理提供了參考。

1.3運行技術優化技術

鑒于輸送油品的密度和粘度的多樣性，加上啟停輸干擾、輸量調節以及中途分輸或進油等復雜操作，成品油管道運行時常常處于不穩定的水力狀態。因而為使管道經濟高效運行，必須采取多種優化手段減少混油損失，降低能耗費用，使得管道在滿足沿線需求的情況下最大化的利用管線的輸送能力，獲得最佳效益。

基于一天中電價的波動，在保證輸送油品的情況下，康正凌等［21］建立了數學模型用于成品油管道運行電費優化，并進行了全線最優配泵方案的求解。電價低谷時，增大輸量，高峰時，輸量減小。以蘭成渝成品油管道為例，分時輸送時的總耗電費至少可降低30%。

同樣基于峰谷分時電價體制，蔣洋等［22］建立了泵站單機組變轉速優化運行的數學模型。發現節約電費比例與輸量以及輸送介質息息相關，為使管道發揮最大的節能潛力，必須依據管道的具體情況來確定每天的最優流量和轉速匹配。

從能耗的角度出發，朱培明等［23］結合克烏成品油管道復線的原設計方案和近兩年輸油工況，對設計泵組能耗和投產運行能耗進行了對比分析，然后據此提出了針對不同年輸量從而采取不同泵機組優化的運行方案，該方案對節約運行費用，合理安排檢修時間、提高泵組利用率和效率提供了參考。

以管道全線動力費用最低為目標函數，陳媛媛等［24］和楊雪等［25］建立了泵站開泵方案優化過程的數學模型。通過設置合理距離，將調速泵離散化為一系列不同轉速的固定轉速泵，并編制了相應的計算機程序，實現了泵性能參數的計算，從而確定合理開泵方案。

1.4管道完整性管理

管道完整性管理是繼風險管理之后管理方式的變革，該理念傳入中國十余年，促進了國內油氣管道管理方式的變革［26］。目前國內已經基本形成了以中石油為代表的在役管道完整性管理的體系，包括相關標準的引進、數據庫及應用平臺的搭建，初步實現了管道完整性管理循環模式的初步布局，完整性管理的進一步深化，相關標準、平臺的進一步統一也已經提上了日程。

谷雨雷等［27］將管道完整性管理視為多投入、多產出的復雜經濟系統，按照具體業務將其劃分為數據管理、高后果區識別、風險評價、完整性評價、腐蝕防護、本體管理、自然災害、管道保護、管道保衛等9個業務模塊和1個綜合管理模塊。針對不同評價單元，利用數據包絡分析進行相對有效性評價，同時給出了資源配置的相關建議。

董紹華等［28］介紹了物聯網技術在管道完整性管理中的應用。通過傳感器連接管道與附屬設施，管道物聯網可建立數據的整合體系，進行數據的綜合分析與利用，基于業務需求開發數據的智能化應用平臺，實現對管道運營各個環節的優化管理。董等［29］全面探討了管道系統完整性評估技術，包括線路和場站兩方面，提出了不同評價方法的適用范圍。綜合分析了目前管道完整性評估領域面臨的問題，提出了進一步深化發展的方向和管理措施。

基于中國管道行業的完整性實踐，馮慶善等［30］分析了當前管道面臨的挑戰，分享了在完整性管理實踐過程中的收獲，提出了關于大數據［31］、管道安全和建設期完整性管理等三個方面的前瞻問題，為完整性管理在國內安全、高效發展指明了方向。

在深入剖析我國油氣管道完整性管理存在問題的基礎上，姚偉等［32］從系統研究、提升行業標準和職業化發展等3個方面探討了未來發展策略。

周利劍等［33］系統闡述了管道完整性管理信息化技術的發展現狀，包括技術標準、數據管理［34-37］、系統架構、決策分析四個方面。并從大數據下的物聯網技術、關聯分析技術、移動智能終端的應用3個方面探討了管道完整性管理信息化技術的發展方向。

在比較了國內外管道完整性管理差別的基礎上，么惠全等［38］結合實踐效果，重點從地質災害、第三方損壞和管道本體完整性 3個方面介紹了西氣東輸管道完整性管理應用，并從事故發生率和管理維護投入兩個方面對西氣東輸管道完整性管理的效能進行了統計分析。有理有據的證明了管道完整性管理技術的經濟效益和社會效益以及工程示范意義。

2　國內外成品油管道發展趨勢

（1）高鋼級材料的應用。隨著管輸要求的提高，高強度管線鋼是發展趨勢，也是制約目前管輸技術發展的瓶頸之一［39］。

（2）更加經濟安全高效，節能環保。國外管輸發展更加注重安全與經濟高效并重，以節省資源、有利生產為原則［39］。

（3）輸送管徑越來越大，輸送壓力越來越高，管道線路網絡化，高新技術被大量采用。國外管道輸送占比較高，管網已趨成型［40］。

3　我國成品油管道發展展望

“十二五”前3年（2011-2013年），國家先后發布了天然氣發展和能源發展的“十二五”規劃，同時下放了部分管網項目審批核準權限［5］。可以預測在未來“十三五”時期，我國油氣儲運行業仍將高速發展。在我國成品油管道的未來發展中，管道網絡的成熟化將是首要目標，未來管道將成為成品油的主要運輸方式。目前我國成品油管網雛形已據，進一步發展完善成品油管道技術，促進管道行業的健康發展，從而為我國成品油管道的發展提供參考具有重要意義［7，41］。

（1）與銷售緊密相連，緊跟市場需求。增強成品油管道對市場變化的適應性，關注市場變化，及時調配輸運，提高管網輸送效率，降低損失。

（2）構筑成品油輸送管網。結合鐵路、公路、水路、航運等運輸方式，實現無縫銜接，合理安排調度計劃，從而提高成品油輸送效率和效益。

（3）將混油處理、調度優化、運行技術優化等技術相結合，簡化相關管理，實現管理的平臺化、統一化。

（4）加強管道完整性管理建設，促進管道的數字化、網絡化。結合物聯網技術實現管網的高效安全運營。

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Technology Development Status and Prospects of Refined Oil Pipeline

WANG Xv1，ZHANG Sheng-Zhu2，JIANG Shi-Chao1
（1.China University of Petroleum，Beijing 102249，China；
2.China Academy of Safety Science and Technology，Beijing 100012，China）

Abstract：In recent years，China's pipeline technology is developing rapidly；the finished pipeline network has begun to take shape.In this article，the pipeline technology was discussed from the aspects of contaminated processing，scheduling，operations and integrity management.Combined with domestic and international pipe development status，further development of China pipeline technology was prospected.

Key words：Refined oil pipeline；Technology development；Status and prospects

中圖分類號：TE 832

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0118-04

收稿日期：2015-09-28

作者簡介：王旭（1991-），男，河南南陽人，在讀碩士研究生，2014 年畢業于中國石油大學（北京）過程裝備與控制工程專業，目前就讀于中國石油大學（北京）石油與天然氣工程專業碩士，從事于油氣儲運安全方面的研究。E-mail：wangx_1991@126.com。