基于批输计划对成品油管道流量输送方式的研究

公茂柱 宋金凤 郭 靖 张 佳 范立华 潘 毅

（中国石油工程建设有限公司华北分公司）

成品油管道具有 “面向市场和多点进出”的特征， 故在输送管道沿线会设置注入/分输站场。为了能很好地完成输送（分输）任务，必须提前编制合理的批输计划。 批输计划是指导成品油管道运行的依据，主要解决两个问题［1］：一是根据给定时间内的来油品种、数量和沿线各分输站用户需求，确定合理的输油顺序和批次安排；二是根据输油顺序，在满足各种限制的条件下，确定各分输站的分输时间和下载流量。 其中，输油顺序是确定合理输油工艺的重要环节，对于一条特定管线，其输油顺序通常是不变的，主要确定依据是管线所输油品的物理性质，通常不同管线的输油顺序是不同的。 总之，批输计划需考虑的因素较多，最基本的要求是满足用户需求、完成输送任务。 成品油管道设计时，工艺计算和设备选型必须结合批输计划，才能保证管道运行时具有更好的适应性。

1 多分输点集中分输

集中分输是指在满足管道下游流量要求的前提下，管道分输站可以采用的输送方式。 对于沿线站场较多的管道，例如中石油已投产的兰成渝成品油管道［2］、西部成品油管道［3］、兰郑长成品油管道［4，5］和港枣成品油管道，大多采用集中分输的输送方式。 这种分输方式，短时间内可以采用较大的分输流量， 以满足客户或管道运行要求。另外，采用集中分输的成品油管道，由于沿线不分输混油， 管道产生的混油输送到末站处理，因此选取管径和设计压力时必须满足管道输送的各种工况要求。

某成品油管道沿线设有1 座首站、1 座分输泵站、2 座分输站和1 座末站， 输送93#、97#汽油和0#柴油， 两个批次的输送顺序为：→0#柴油→93#汽油；→0#柴油→93#汽油→97#汽油。 该管道沿线站场的输油量见表1。

表1 某成品油管道沿线站场的输油量 kt/a

根据表1 数据进行资源量分析，可以得出两种输送方式：

a. 首站出站恒流量、 批次间交替变流量输送（方式一）。 当输送油品顺序为“→0#柴油→93#汽油→”时，首站出站恒流量为922m3/h；当输送油品顺序为“→0#柴油→93#汽油→97#汽油→”时，首站出站恒流量为1 182m3/h。 含有97#汽油的批次输送结束后， 首站出站流量由1 182m3/h 降至922m3/h，若再输送含有97#汽油的批次时，就将首站出站流量由922m3/h 升至1 182m3/h，以此循环。

b. 首站出站、 所有批次恒流量输送 （方式二）。 在各批次中，首站出站恒流量（1 052m3/h）且批次间始终保持恒流量运行。

由图1、2 可看出， 采用方式一输送油品时，其他各站场进、出站流量曲线变化较大，在设备选型时，导致输油泵、流量计等设备的选型偏大。同时，管道流量在每个批次间发生变化，在运行时需反复调整设备的运行参数，增加了管道运行管理的难度。

图1 方式一的批输计划运移图

图2 方式一下各站场进、出站流量随时间的变化曲线

从图3、4 可看出， 采用方式二输送油品时，其他各站场进、 出站流量始终在559～1 052m3/h，减少了管道运行时工况的变化。 不仅优化了工艺设备选型，同时也降低了管道运行管理的难度。

图3 方式二的批输计划运移图

图4 方式二下各站场进、出站流量随时间的变化曲线

2 平均分输管道

平均分输［6］指均匀分输制定各站的批输计划，根据各站分输油量和该批次油品预计过站的时间，均匀安排下载流量，这种方式适合管道上游分输站，分输站分输流量大小会影响下游管内的流速和管道混油量的大小， 若分输流量比较低，则有利于保持全线压力的稳定。 平均分输的管道分为两类：一类是油品过站连续分输，且可分输混油；另一类是油品过站连续分输，不分输混油。 对于采用平均分输的成品油管道来讲，是否分输混油主要通过经济方案比选和管道的实际需要来确定［7］。

某 成 品 油 管 道 输 送93#、97#汽 油 和5#、0#、-10#、-20#、-35#柴油7 种油品， 采用单管顺序输送，管道输油量见表2。

表2 某成品油分输管道输油量

为了满足7 种油品在管道的适应性，首站采取变流量注入方式（方式三）。 如对于97#汽油输送时采取首站降流量输送，同时为满足一个批次内的输油量，在输送其他油品时可根据需要提高首站外输流量，具体输送过程如图5、6 所示。 如果首站完全按照恒定流量注入操作，虽然有利于管道的平稳运行，但对于A 末站分输和B 末站分输比例较大的油品（如97#汽油）来说，管道的适应性和泵的型号无法满足输送要求。 例如，单个批次A 末站分输4 400m3、B 末站分输10 000m3，如果首站按照恒定流量490m3/h 运行， 则中间泵站至B 末站段的管道输油量达到343m3/h， 而中间分输泵站输油泵的额定流量为300m3/h， 中间分输泵站至B 末站段的管道最大输油量为330m3/h，因此若要顺利完成该管道小品种油品的输送，首站必须采取变流量输送方式。

图5 方式三的批输计划运移图（一月份）

图6 方式三下各站场出、进站流量随时间的变化曲线

3 多注入点管道

多注入点管道［8］指除首站注入外，沿线存在其他注入点，例如中石油已投产的兰郑长成品油管道和西部成品油管道、尚未投产的锦郑成品油管道，沿线都存在注入点。 对于多注入点的管道，主要考虑以下3 个方面：

a. 注入点的压力要高于干线管道内的压力；

b. 成品油管道由于存在顺序输送，因此注入时需避开混油界面，即不得在混油界面前、后2h内注入；

c. 确定注入流量需结合干线下游管道的输送能力。

某成品油管道沿线共设首站、注入站和末站3 座站场，输送93#汽油、97#汽油和0#柴油，该管道输油量见表3。 油品输送顺序为“→0#柴油→93#汽油→97#汽油→”。 由于97#汽油量较少，为保证足够的注入时间， 并增加纯油品段长度，采用间隔输送，每3 个批次输送一次97#汽油。

表3 注入点管道输油量 kt/a

从利于管道安全运行的角度考虑，首站出站按恒流量运行（方式四）。 由图7、8 可看出，该运行方案存在两个问题：

a. 注入站汽油过站时间较短，尤其是97#汽油，过站时间仅为17h。

b. 由于注入站注入每种油品的批量是一定的，油品过站时间越短，注入的流量越大，其中最大注入流量为1 030m3/h。注入站最大出站流量达到了1 892m3/h，而注入站至末站段管道的最大流量为1 250m3/h。

针对首站出站恒流量运行存在的问题，首站出站采取变流量注入操作， 降低汽油的流量，延长汽油经过注入站的时间，以便注入站完成汽油注入任务。

由图9、10 可看出， 首站出站采取变流量输送（方式五）后，注入站汽油过站时间明显延长，尤其是97#汽油，过站时间达到了29.5h。此时，注入站的最大注入流量为578m3/h， 最大出站流量为1 190m3/h，就能达到管道的输送要求。

4 季节性小品种油品的输送

目前，我国建成的成品油管道输送油品仅考虑下游市场销售量较大的油品，如中石油兰成渝成品油管道、西部成品油管道、兰郑长成品油管道、港枣成品油管道以及中石化的西南成品油管道、鲁皖成品油管道等，主要输送的是93#、97#汽油及0#柴油等下游市场需求较高的大批量油品［9，10］。

当前，我国成品油下游市场的需求主要为：

图7 方式四的批输计划运移图

图8 方式四下两站场出站流量随时间的变化曲线

a. 我国北方地区受气候影响，柴油销售具有明显的季节性特点，如冬季时，我国东北、西北等地区对-10#、-20#、-35#柴油均有市场需求， 而夏季时，有的地区却对5#柴油有市场需求；

图9 方式五的批输计划运移图

b. 其他时节，东北三省、河南、安徽、河北、湖北部分城市、江苏北部及山东西南部等地区对乙醇汽油有市场需求。

图10 方式五下两站场出站流量随时间的变化曲线

市场的复杂性对成品油管道的输送提出了更高的要求，因此在以后管道设计中还需考虑季节性油品和小批量油品。 季节性油品和小批量油品管线输送的实现，将大幅提高成品油管道的适用性和管道建设的经济效益。 而季节性油品和小批量油品能否采用管道输送需通过制定合理的批输计划来实现。 以某成品油管道为例，管道输送的-35#柴油、97#汽油等油品，下游市场所需总量较小，且97#汽油每月均有需求。管道若按照下游销售情况输送，过小的输送量则会造成混油过多和分输时间过短， 为满足管道正常输送的要求，需集中管道输送小批量油品的时间，并增大在一个批次中的输送量，即减少小批量油品在全年的输送批次。 这样，第一需要炼厂的生产计划能够与管道输送要求相匹配，在规定的时间内生产规定量的油品， 并且有足够的罐容来储存；第二需要下游销售部门能够提供较长周期的销售计划，以便进行相应管道输送计划的编制，实现小批量油品的管道输送；第三需要油库有足够库容满足管输和地付的要求。

5 结论

5.1 成品油管道在若干批次内采取恒流量输送，不仅有利于保持全线压力的稳定，而且便于管道的操作和管理。

5.2 由于下游销售市场油品的需求差异，当管道输送油品的柴汽比较大、油品种类多且存在小品种油品时，管道在若干批次内应采取变流量输送方式才能确保完成批输计划的任务。

5.3 对于首站采取恒流量还是变流量操作，要结合管道的实际情况来确定， 首先推荐恒流量操作，若恒流量不能满足管道的运行条件，可采取变流量操作。

5.4 在成品油管道的设计阶段，需提前按照管道的任务量制定管道的批输计划，并根据批输计划产生的各种工况对管道进行计算模拟和设备选型。