某油田北区轻烃管网分质分输方案研究*

2015-11-20梁永图王岳郭强姜夏雪张妮

油气田环境保护 2015年5期

梁永图王岳郭强姜夏雪张妮

（1.中国石油大学（北京）石油工程学院；2.中国石油集团东南亚管道有限公司；3.中国石化销售有限公司北京石油分公司；4.中海石油气电集团有限责任公司技术研发中心；5.中国石油天然气股份有限公司管道分公司管道科技研究中心）

某油田北区轻烃管网分质分输方案研究*

梁永图1王岳2郭强3姜夏雪4张妮5

基于某油田北区轻烃管网目前混合输送模式带来的轻烃质量较差、系统压力偏高、外输泵能耗增大等问题，同时考虑到未来深冷烃大幅增产规划，提出浅冷烃、原稳烃、深冷烃分质分输输送方案，确定每种烃类的最优方案并分析其水力可行性，并将各方案与现用混合输送方案进行经济性分析。经验证，该区轻烃管网分质分输的输送模式是经济可行的，能极大改善轻烃质量，减轻对环境的污染。

轻烃管网；分质分输；水力验证；经济分析

0 引言

轻烃具有较好的经济效益和环保效益，对改变和优化我国能源结构做出了重要贡献。某油田北区轻烃管网自建成以来一直采用混合输送模式，导致轻烃质量与经济效益的降低，同时由于轻烃回收易对环境造成破坏。随着未来深冷烃增产，该管网系统已无法负荷增产后的轻烃输送，且由于深冷烃造成混烃的饱和蒸汽压比同温度下原稳烃和浅冷烃的饱和蒸汽压要高，从而使管网系统的压力偏高，导致原稳烃和浅冷烃的外输泵能耗增大。美国成品油管道采用“分储分输”模式，管理精细［1］。中国石油西部管道公司已经开始对乌兰成品油管道进行分储分输的改造［2］。胜利东辛输油管道、中石化广州分公司也已对原油、石脑油进行了分储分输试验研究［3-4］。本文提出该北区轻烃管网系统的改造方案，实现原稳烃、浅冷烃、深冷烃分质分输，并分析其水力可行性，对多种输送方案进行经济性评价，为现场运行改造提供依据。在满足生产和用户需求的条件下，使该轻烃管网系统的投资和运营费用降低，由于轻烃质量的优化实现了节能减排，从而减少了对环境的污染。

1 管网简介

某轻烃管网结构复杂，输送原稳烃、浅冷烃、深冷烃三种烃类，如图1。图1中括号内数字分别代表该管道的设计压力（M Pa）、管径（m m）、壁厚（m m）及管长（k m）数据［5］。该管网包含的北区产烃点包括L Y A、B Y、B E Y、B E E、Z Q五个站场，各站场之间只有一条使用管线。以北区管网为试点，提出该区管网分质分输的出发点主要有：①北区管网一直采用混合输送方式，一方面严重影响烃类性质，造成下游乙烯加工厂的原料不稳定；另一方面，由于深冷烃、原稳烃、浅冷烃的饱和蒸汽压最高分别为2.1，0.8，1.2 M Pa，深冷烃的饱和蒸汽压高、密度低，挥发性极强，混输则造成系统压力偏高、外输泵能耗偏大，从而降低了经济效益［6］。管网系统中各站场参数见表1。②根据该管网的总体部署，未来管网规划中将会增加深冷烃的产烃点，导致深冷烃产量增加。目前的管网系统已经无法负荷增产后的轻烃输送。

图1 某轻烃管网示意

表1 管网系统各站场参数

2 分质分输技术

分析管网系统站场、轻烃物性、管道、外输泵、储罐等，基于以下原则提出分质分输方案、新建管道及泵机组改造方案：①尽量利用现有管道完成原稳烃和浅冷烃的输送，通过新建管道完成深冷烃的输送；②各烃类产品在沿线的输送过程中不发生汽化，即管道的沿线压力应大于各烃类产品的泡点压力；③满足轻烃入库时的最低压力要求；④各产烃站场的外输泵应在高效区工作。

2.1 浅冷烃输送方案研究

2.1.1 浅冷烃外输启泵方案

北区各站场大都只产浅冷烃，因此北区管线主要负责浅冷烃的输送。由于Z Q至Z K的管线穿过森林地带，基于HSE考虑，拟通过新建管道绕过此地段，因此提出以下两种方案。

方案一：如图2，将LYA的浅冷烃输送至BY，再输送至ZQ，新建ZQ至NY以及由NY至Z K的管线，将全部浅冷烃均经NY输送至ZK。

图2 北区浅冷烃输送方案一

方案二：如图3，将L Y A的浅冷烃输送至B Y，再输送至Z Q，最后从Z Q输送至Z K，新建N Y至Z K的管线，将N Y站浅冷烃直接输送至Z K。

图3 北区浅冷烃输送方案二

由于L Y A、B Y、Z Q、N Y站输送浅冷烃时各站场共需启泵时间为28.9 h（根据平均日产量和流量计算得出），为保证在1 d内完成外输任务，以同时启泵最少为原则考虑不同站场同时启泵的情况，提出启泵方案如图4所示。

图4 管网输送浅冷烃启泵方案

轻烃属于成品油的一种，其水力计算可参考成品油计算的相关公式［7］。北区浅冷烃输送方案一和方案二水力分析结果见表2［8］，浅冷烃无论是进罐还是越库，其泵站出口压力均满足外输泵出口压力范围，两种方案输送方案均水力可行。2.1.2浅冷烃输送方案比选

表2 北区管网浅冷烃输送方案水力可行性验证M Pa

针对目前管网现状，为保证将全部浅冷烃统一输送至Z K，经水力验证后，可提出两套改建方案。由于两个方案的泵站改造费用和轻烃销售收入相同，故只考虑新建管道费用和泵站动力费用即可，方案比选见表3。

表3 北区浅冷烃输送方案比选

由表3可得，一年按350 d计算，则方案一每年节省动力费用49 164.5元（越库为41 202元），方案二每年节省动力费用50 711.5元（越库为42 308元）。经比较，方案一的管道建设费用为336万元，方案二的管道建设费用为136.5万元，因此方案二为北区浅冷烃分质分输的最优管网改建方案。

2.2 原稳烃输送方案研究

由于LYI站的原稳烃产量较小（11 m3/d），且该站没有外输泵，因此新建BEY至BYY的管线，使LYI站产生的原稳烃通过地势高差自流至BYY，将BEY产出的原稳烃输送至BYY，再输至NY。DYK的原稳烃也输送至NY，再至ZK，QDD的原稳烃通过NY与ZK之间的管线可以直接输送至Z K。具体输送方案见图5。

图5 北区原稳烃输送方案

2.2.1 原稳烃外输启泵方案

B E Y、B Y Y、D Y K、Q D D输送原稳烃时各站场共需启泵时间为31.8 h，同样以启泵最少为原则，提出两种启泵方案，见图6和图7。

图6 北区输送原稳烃启泵方案一

图7 北区输送原稳烃启泵方案二

对于不同站场同时启泵外输分以下情况：

方案一：BEY与QDD同时外输，BYY与DYK同时外输。方案二：DYK与QDD同时外输，B EY与BYY同时外输。两方案水力可行性验证结果见表4，可看出两方案均可行。

表4 管网原稳烃输送水力可行性验证M Pa

2.2.2 原稳烃输送方案比选

针对目前管网现状，为保证将北区所生产的全部原稳烃统一输送至Z K，经水力验证后，有两套可行的启泵方案，所以根据泵站动力费用最小的原则确定最优启泵方案。方案比选见表5，方案一每天可节省泵站动力费用353.59元（越库为222.38元）。方案二每天可节省泵站动力费用354.91元（越库为231.2元）。由此可见，方案二为北区原稳烃分质分输管网改建方案的最优方案。

表5 北区原稳烃启泵方案比选

2.3 深冷烃输送方案研究

2.3.1 深冷外输启泵方案

由于B E E、D Y K和Q D D站在未来会有大量的深冷烃注入，而且B E E站是一个正在建设中的站场，因此针对北区管网提出深冷烃的输送方案如下：将B Y E的深冷烃输送至B Y Y，再将它们经ZS节点输送至N Y，并由N Y站输送至Z K，Q D D的深冷烃经Q D D节点可以直接输送至Z K。至于B E E站产出的深冷烃，需要新建管道，在此有两种输送方案，一种是将B E E的深冷烃输送至B Y E，一种是将B E E的深冷烃输送至B Y Y，具体输送方案见图8和图9。

图8 北区深冷烃输送方案一

图9 北区深冷烃输送方案二

输送深冷烃时各站场共需启泵时间为47.7 h。故需要考虑不同站场同时启泵的情况。为保证在1 d之内完成外输任务，以同时启泵最少为原则，至少要有三个站场同时启泵，其方案有很多种，考虑深冷烃进入Z K的最低压力要求（2.1 M Pa），为保证深冷烃输送所要求的最低压力满足泵的出口压力范围，需进行进一步的验证，而B E E、B Y E、B Y Y的总启泵时间为26.7 h，因此这三个外输泵站必有两个站需同时启泵，为使沿程压降最小，提出该启泵方案，见图10。

图10 北区输送深冷烃启泵方案

其水力验证见表6，从表6可看出，无论是进站还是越库，B Y E站以及B Y Y站的外输泵均无法提供足够的压力，因此需要更换外输泵，要求在输量为30 m3/h时，B Y E站外输泵提供6.2 M Pa的压力，B Y Y站外输泵提供5.2 M Pa的压力。其余各站的出口压力均满足外输泵的出口压力范围，该方案水力可行。

表6 管网深冷烃输送水力可行性验证M Pa

2.3.2 深冷烃输送方案比选

针对目前管网现状，考虑到某些站场新产出深冷烃，为保证将全部深冷烃统一输送至Z K，经水力验证后，可提出两套改建方案。由于两个方案的泵站改造费用和轻烃销售收入相同，故只需考虑新建管道费用和泵站动力费用，方案比选见表7。

表7 北区深冷烃输送方案比选

由表7可得，方案一每天可节省泵站动力费用278.57元（越库为171.2元）。方案二每天可节省泵站动力费用277.2元（越库为169.83元）。一年按350 d计算，则方案一每年节省动力费用97 499.5元（越库为59 920元），方案二每年节省动力费用97 020元（越库为59 440.5元）。方案一的新建管道费用为222.6万元，方案二的新建管道费用为88.2万元。按投资回收期法计算［9］，方案一的投资回收期为22 a，方案二的投资回收期为9 a。由此可见，方案二为北区原稳烃分质分输管网改建方案的最优启泵方案。

3 经济性分析

从新建管道费用、泵站改造费用、泵站动力费用角度将分质分输方案与管网目前采用的混合输送模式进行经济性对比。

3.1 新建管道费用

目前新建管道采用L245 N B型管材，据调查，该种管材价格为5 500～6 500元/t，取6 000元/t计，其他修建管道费用可近似为是管道钢材价格的20%，管径为159 m m，壁厚取7 m m，钢的密度7.85 t/m3，则可计算出每公里管道的修建费用约为21万元［10-11］。

对于Z K需要新建的深冷烃储罐，查询相关L N G储罐的价格，一个2 000 m3的深冷烃储罐建设成本大约为100万元，与其相关的配套设施建设费用约占总成本的30%，这样新建两个深冷烃储罐，总建设费用为260万元。计算得出管网新建管道费用见表8。

表8 轻烃管网系统分质分输方案新建管道参数及费用

由表8可知，分质分输时管道总建设费用为842.1万元。

3.2 泵站改造费用

要保持输量不变而降低泵的扬程，目前有两种改造方案，一种是切割叶轮，另一种是换泵处理。换泵的费用要明显高于切割叶轮的费用，在方案比选时，考虑泵的使用年限以及折旧等因素，从管网的长期规划考虑，将换泵作为首选的改造方案，将切割叶轮作为第二改造方案。由于改造过程耗时较短，可在一年内完成，因此将泵站改造费用与管网改造后一年内所节省的动力费用作比较，如果换泵费用小于所节省的动力费用，则将该方案下的所有泵进行更换，重新选择更为合适的泵；如果换泵费用大于所节省的动力费用，同时切割叶轮的费用又小于所节省的动力费用，则将该方案下的所有泵均进行切割叶轮处理；如果切割叶轮的费用大于所节省的动力费用，则继续维持现状，不对该方案下的泵做任何处理。计算得管网泵站改造费用如表9所示［12］。

表9 轻烃管网系统分质分输方案泵站改造费用

由表9可知，外输泵作切割叶轮处理的改造总费用为12.5万元。

3.3 泵站动力费用

泵站的动力费用比较结果分别见表3、表5和表7，此处不赘述。

3.4 轻烃销售收入

目前汽油的市场价为8 000元/t，考虑市场的承受能力，混烃的价格为3 194元/t，参考我国每次的石油价格调整，如按相同幅度，则深冷烃的售价最多上调60元/t。已知液化天然气的出厂价格为2 000元/t，液化石油气（主要成分是C4）出厂价格为4 500元/t，假设价格与含碳量成正比，则C2的价格为2 833元/t，C3的价格为3 667元/t。因深冷烃的主要成分是C2和C3，假设它们含量各占50%，取深冷烃的价格为C2和C3的中间价格，即3 250元/t，涨幅为56元/t。经管网改造后，其深冷烃产量为1 086 t/d，则每年轻烃的销售收入可增加2 128.56万元。

3.5 结论

因深冷烃的售价要依据当地市场状况，其轻烃销售收入的不确定性较大，如果保持原来的售价不变，仅考虑新建管道费用、泵站改造费用、泵站动力费用，可计算出投资回收期为9 a，小于石油行业标准。若考虑资金的时间价值，则期初投入为445.2万元，每年收益50万元，则投资回收期为15 a。尽管投资回收期较长，但在计算中并没有考虑轻烃销售收入，售价每吨增长1元，每年的轻烃销售收入可增加38万元。而且输送方式改变之后，减少了下游炼厂轻烃处理的任务，所带来的长期经济效益十分显著。

4 结束语

本研究基于未来该轻烃管网系统规划，考虑管网系统所存在的问题而提出。通过对该轻烃管网系统的整体改造，来实现对不同类型烃液的单储单送，同时提出原稳烃、浅冷烃以及深冷烃分质分输方案，分析其水力可行性，并且对多种输送方案进行经济性评价，为现场运行改造提供依据。经验证，分质分输输送模式在满足生产和用户需求的条件下，使该轻烃管网系统的投资和运营费用降低，能耗减少，环保效益更高。

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