管输不同特性原油优化运行分析

罗朝旺 ，张聆瑜，潘良心 ，吕 伟

1.中国石化管道储运分公司湛江输油处 （广东 湛江 524000）

2.中国石化管道储运分公司襄阳输油处 （河南 襄阳 441000）

目前国家每年从国外进口原油已超过我国原油消费总量的50%，达到2亿多吨。输送进口原油的安全性与经济性已经越来越引起大家的关注。湛江—北海管线输送来自不同国家地区的原油，油品差异性较大。完成输送计划的同时，更需要保证输送安全、经济。湛江—北海原油管道全长198km。其中湛江首站—廉江中间站管道长度为51km，近期设计输量为1000万t/a（远期设计输量3000万t/a），管径为Φ813mm×10.3mm；廉江输油站—北海计量站管道长度147km设计输油能力1000万t/a，管径为Φ711mm×9.5mm。

湛北管线目前月输量40万t左右，全线有3个站，采用首站一泵到底运行方式，通过出口节流阀来调节管道的能量消耗，使之达到新的供需平衡。目前调节输油管道系统工况主要有以下2个大的方向:改变泵站工作特性；改变管道工作特性。因此，为确定最适合湛北管线的运行调节方式，需要考虑各方面因素。

1 调节方式的分析

1.1 改变泵站工作特性

1.1.1 改变运行泵站数或者泵机组数

湛北线在目前输量下，采用首站起用一台给油泵（扬程 100m）、一台输油泵（扬程 250m）“一泵到底”，已满足输送能量需求，无需增加泵数。

1.1.2 泵机组调速

通过调节电机的转速使之与负载需求相匹配。但是一般调速器成本过高，安装维护费用较高。

1.1.3 换用（切割）离心泵的叶轮直径

改变离心泵叶轮直径可以改变泵特性。但是装配叶轮操作复杂，工作量大，且切割叶轮不可逆，实际少有采用。

1.2 改变管道工作特性

对于现运行的湛北管线，管径、管长均为定值，改变管道工作特性只能通过调节干线阀门 （多数情况是出站调节阀）的开度，人为增加阀门的局部阻力，从而改变管道总的能量消耗。节流调节是压力小范围调节最可行方法。

通过对湛北管线运行数据进行采集、分析，根据其管线特性曲线与输油能耗来确定调节方式[1]。

2 运行数据采集及计算

2.1 数据采集

湛北管线2012年地温:春冬地温较为接近取平均值T冬=24.4℃；夏秋地温较为接近取平均值 T夏=30.4℃。

取以上具有代表性的沙轻、伊重和索鲁士油品进行分析（表1），计算得到密度和黏度，结果如表2所示。计算过程以沙轻为例:

表1 输送各油品参数

式中:ξ为温度系数；ρ20为20℃时原油密度。

表2 油品参数计算结果

算得黏温系数 u=0.0336

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

2.2 能耗计算

根据公式 （3）计算得油品雷诺数都在3000～100000之间，属于水力光滑区[2]。

式中:Re为雷诺数；Q为输量，m3/h；μ为油品黏度，m2/s；d 为管道内径，m。

式中:i为 水力坡降；β、m为摩阻计算公式参数，流态为水力光滑区时β=0.25，m=0.0246；Q为输量，m3/h；L 为长度，m；d 为管道内径，m；h 为管道摩阻，m。

根据公式（4）（5）计算得各油品摩阻，结果如表3所示。

由表 3、表4可知，输送沙轻油品时，首站运行一台输油泵、一台给油泵，在输油泵的额定输量1400m3/h下，泵能提供的扬程大于管线摩阻损失，有能量剩余，需要少量节流调节。输量为1500m3/h时，供需能量大致相等。

表3 各油品摩阻计算

表4 首站泵参数

输送伊重油品，在输油泵的额定输量1400m3/h下，能耗供需大致相等。

在输送高黏度油品—索鲁士原油时，管线能耗远大于一台输油泵、一台给油泵所提供的能量。根据泵的特性曲线及管线特性曲线可知，此时泵输量将会不断减少、直至大大偏离泵运行效率区间。因此输送该类油品时，应该将低黏度油品与其分段输送，来调节供需能量平衡。经计算，在额定输量1400m3/h下，将轻质沙轻原油与索鲁士原油配输，其夏季、冬季的比例分别为5:1、8:1，此时供需能耗大致相等[3]。

2.3 能耗对比

根据2012年实际运行各输量下的计算能耗与全年平均实际能耗做对比[4]。

由公式 （6）计算得各输量下的效率值，结果如表5所示。

式中:η为泵机组效率；U为电机电压，额定值为10kV；I为电机实测电流，A；P为泵提供的压能，Pa。

考虑到泵运行的经济性，目前国内一般认为，输油泵工作时的效率与最高效率点的最大允许差值为7%，这为泵高效运行区间[5]。

由公式（7）计算各输量下输送每吨原油所需要消耗的电力费用，结果如表6所示。

式中:Sp为电力费用，元/t；e为电力价格，元/（kW·h）；H为泵的实际扬程，m；η为泵机组效率。

2012年首站泵机组实际电耗量为6380720 kW·h,电价平均为 1.1287 元/（kW·h），其输油量为4714936t。得实际平均每吨油耗电量为1.528元/t。由上计算可知，运行在1400～1500m3/h为经济输量区间，输量为1400m3/h左右为最优运行输量点。若全年运行在该输量下将节省:

表5 各输量下的效率值

表6 各输量下输送每吨原油所需消耗的电力费用

3 结论

通过对湛北管线运行的参数分析计算，并对其在各个输量下的效率对比，得到以下结论:

1）在当前泵的特性与管道工作特性下，在输送一般油品时，供需能耗相差不大，干线节流调节是其调节最可行方法。输送高黏重油时，选择合理轻质油品与其配输，不仅可以减少节流损失，还可以有效地利用输送轻质油品时泵所提供的多余能量。也可防止因单独输送超重原油，出现供能不足，使泵运行的工作点大大偏离最优工作点。

2）1400～1500m3/h为经济输量区间，这个区间为现场运行调节提供操作方向，使管线运行在高效点附近，最终达到运行优化的目的。

[1]杨筱蘅.输油管道设计与管理[M].北京:中国石油大学出版社，2006.

[2]张付卿.不可压缩单向流体紊流区沿程阻力计算[J].油气储运,1999,18(2):28-30.

[3]周诗岽.混输原油管道优化运行技术研究[J].管道技术与设备，2010（4）:1-3.

[4]蒋华义.输油管道设计与管理[M].北京:石油工业出版社，2010.

[5]薛向东.油气管道能耗计算与评价方法[J].油气储运，2011,30（10）:743-745.