復雜成品油管道水力系統主要控制技術探究

張華欣 李玉婷 焦春暉

摘 要：伴隨著國際形勢發展的不斷變化與我國經濟化的快速發展，在現代化國民經濟發展運行中，對能源的需求量在不斷的增長。目前我國采用管道運輸方式，這種輸送方式不僅是一種越來越流行的運輸方式，而且還經濟。本文主要對復雜成品油管道的實際狀況進行整合，并對其管道水力系統的控制技術加以比較分析，希望通過對此系統技術的研究，能夠尋找出有效的控制技術措施。

關鍵詞：成品油管道;水力系統;控制技術

油品的順序運送工藝牽連到諸多的技術問題，雖然在運送同時應注意混油段切割、界面隔離以及界面檢測等一系列問題。但是，它具有運行穩定受氣候影響小、運費低、無噪音、油氣消耗低等優勢，正是因為這些諸多的優勢，使得管道運輸才被大家所接受。

1 成品油管道水力分析

流體在管道中以兩種流動方式運行即穩定流與不穩定流，對輸送單一介質工況下管道中的流動方式可將其視為穩定流，對于穩定流動可根據達西公式進行計算，此時管道的水力狀況也比較簡單。穩定流僅與管道中任一點的流量與壓力等參數所處位置有關。在進行管道設計時先依據穩定流確定初步設計參數，在此基礎上通過對管道不穩定流工況的疏理分析，進一步調整部分參數，盡可能的將管道系統設計在安全運行強度范圍內。對于不穩定流動不僅隨時間的變動而流動，它還與管道中任一點的流量與壓力等參數所處的位置有直接的關系，設計過程中通常運用成熟的商業軟件對水力系統仿真模擬進行計算。管道在進行成品油輸送過程中造成其水力狀況波動的因素很多，而這些因素對成品油管道水力影響程度也不同。在成品油管道設計階段進行水力分析，并對造成成品油管道波動的原因進行疏理時需要優先考慮其工況。成品油管道不穩定流動的形成存在兩種可能性，一種是管道系統設備的開啟或者停止運行所致，另一種則是輸送介質更替造成的。成品油管道在輸送介質更替的過程中，因系統運行條件改變，其參數即黏度與密度等發生了變換，造成管網壓力產生波動，而對于整個管道系統來說，這種波動的水力條件影響比較小且緩慢。管道系統設備無論是開啟還是停止運行，通常采用閥門操作設備的啟停作業。管道內壓力值升高/降低的波動取決于管道的約束條件，但這種波動會沿著管道向上游部分以及下游部分傳播，而這種壓力波直接引起管內流體的瞬變流動。

2 對控制技術進行比較

目前我國復雜成品油管道水力系統控制技術有兩種，包括壓力控制和流量控制。對于壓力控制方法，主要采取對末站進出站以及中間泵進站管道內壓力進行控制，只有將末站進出站、中間泵站的壓力有效控制住，就能夠確保長輸管道安全運行。在成品油管道安全運行過程中，整個干線的控制是運用數據采集技術和監控系統得以實現，調度干線管道水力系統可以利用控制管道內的壓力來實現[1]。同時，成品油管道內壓力控制還可以通過對調節閥與變頻閥的控制完成對管道壓力的控制。而調度中心必須對出站系統壓力進行設定，除此之外，控制調度中心對調節閥以及變頻閥也應加以有效控制，采取通過管道的穩定安全運行對出站的壓力實施有效的控制，對出站管道壓力控制不僅能夠達到安全運行的標準，還能夠有效的避免管道超負荷運輸。控制調度中心在完成了出站系統的授權（出站壓力設定）后，還需要對站控系統進行給定的工作，在此控制權限方式的運行模式中不僅使切換中沒有任何的擾動，還能夠確保調節閥的正常運行[2]。以壓力作為直接控制參數其控制方式簡捷，而在成品油管道運行中選取壓力控制作為主要控制技術即安全可靠、流程又比較簡單，這是壓力控制最大的優勢，成品油在管道中正常運行時當遇到進口以及出口的壓力發生變化，這時管道中油品流量也將隨著管道進出口壓力的變化而發生改變化。對于流量控制，主要是將管道內調速泵的設定值過行調整即可，也就是說將調速泵流量穩定的設定值加以改變，如果站內沒有調速泵可以利用調節閥實施流量的調節或通過出站的超聲波測流量作為調換參數。流量的控制優勢在于可以使管道沿線的流量保證其準確平穩運行。

3 運用有效控制技術的建議

根據成品油管道的特點，通常采用一條成品油管道在同一時刻管線內輸送不同介質的油品，常見的瞬態工況有7種其中包括：

3.1 首站停電

首站停電，現建管道多為單一首站。由于管道首端失去能量來源，減壓波沿管道快速傳遞，使壓力迅速降低，直至壓力波傳到下一泵站[3]。若沒有保護措施，當管道內某點壓力低于蒸汽壓時，泵前壓力的降低很容易造成對外管道的損害。首站停電水力分析應對壓力波傳遞至該點的時間需要給出。

3.2 中間泵站停電

中間泵站停電，在劃分中間泵站時不僅要充分考慮到混油大量增加的因素（越站后流速過低所致），還要將上級泵站輸油泵的能力作充分的考慮。其可分為可逾越的、不可逾越的中間泵站。對于可逾越的中間泵站，雖然在傳輸介質的過程中壓力波動較大，但最終趨于越站穩態工況。進泵端設備選擇壓力等級對于不可逾越的中間泵站至關重要，選型壓力等級過低極易產生超壓現象，如果站后有高點也會使出站端壓力降低，可能會形成翻越點。對于中間泵站停電水分析需要校核管道的最大、最小操作壓力以及校核站場設備壓力選型，由于管道內壓力隨時間變化而不斷的改變，所以應給出管道壓力隨時間變化的曲線。

3.3 末站誤關進站閥

末站誤關進站閥，根據流程，則是進站油品切換閥。因為實際生產中經常切換油品，操作中“先關后開”的現象很可能存在。在長輸管道中末站誤關進站閥對水力條件影響極為嚴重。水力分析應給出壓力升高的快慢以及壓力波傳輸的時間等。

3.4 油品切換

當物性（油品的密度和黏度）差別不是很大時，管道中油品切換對其水力變化的影響比較小，此時管道的設計壓力能夠滿足其壓力波動。進行水力分析時設計階段可以不考慮。需要注意的是沿線地勢起伏大則應考慮在這種狀況下管道中該情形產生的影響。

3.5 全線啟停輸

這種工況較簡單，對于全線地勢平緩的管道，其操作壓力均在設計壓力范圍內，可按照一般的順序啟停輸。對于地勢起優大的管道，在進行水力分析時應針對管道順序啟停輸時間、壓力等給出合理的參數值。

3.6 線路截斷閥關閉

通常采用手動加鎖的形式，這是由于該閥距離泵站較末站更近，其意外關閉對管道影響最大。發生這些工況對管道的影響不同，即會使管道被抽空，也有可能會造成管道超壓。對整體成品油管網應制訂出混合控制方案，并綜合分析影響其系統的全部因素的關鍵點，從而制訂出有效的管道水力系統控制方案。

除此以外，通過對調節閥進行有效控制也能夠防止運輸中的風險，在運行過程中，調節運輸的流量、溫度以及壓力參數，關閉站內ESD截斷閥，與此同時下達ESD命令，從而實現對風險的有效控制。而如何做好成品油管道的風險控制管理，這是日常工作的關鍵，需要對可能存在的各種風險因素逐一確定，并對技術風險和管理風險進行有效的識別以及綜合分析，還需要建立風險管理，將相應的預警措施加以運用，盡可能將損失控制到最小。

4 結語

成品油管道由于中間站下載量調整的頻繁，并且順序輸送多種介質以及多進多出的特點，使得管道水力狀況變得尤為復雜。對于管道運送來說，其市場需求的不斷變化，對隔離技術就有了更為嚴格的要求，為了能夠滿足用戶對油品性質以及油品安全的要求，盡可能的減少混油段和混油量。由此可見，減少順序運送中混油量則成為關鍵技術之一。

參考文獻：

[1]李繼明，張效研，吳鳳榮，楊悅，史培玉.大落差成品油管道調壓系統應用研究[J].中國石油大學勝利學院學報，2017，31（03）：16-19.

[2]段志剛，梁永圖，張浩然，顏筱函，廖綺.耦合水力約束的成品油管道調度模型研究[J].石油科學通報，2017，2 （01）：115-122.

[3]邵其其，楊昌群.成品油長輸管道水擊壓力分析與控制[J].化工管理，2016（11）：113+115.