互联互通形势下成品油管道配套油库罐容配置方法优化
2020-12-25叶立安徐育斌戴建辉陈嘉扬
张 轶,陈 鹏,叶立安,徐育斌,戴建辉,陈嘉扬
浙江浙石油储运有限公司,浙江杭州 310051
1 储罐容量优化设计必要性
油气管网基础设施的互联互通和公平开放是建立统一开放、公平竞争油气市场的必要条件[1-2]。自2017年中共中央、国务院发布《关于深化石油天然气体制改革的若干意见》[3]后,围绕国家对能源安全保障要求和油品高效调配需求,相关贯彻落实工作逐步展开。2019年底,国家石油天然气管网集团有限公司正式成立[4],成品油管道互联互通已是必然趋势。由于土地空间稀缺及管道路由稀缺,新建成品油管道多管同沟、前瞻性布置成为管道建设的必然趋势;由于成品油管道及配套油库资产构成复杂,管道实现互联互通是一个较为缓慢的过程。另外,由于成品油管道输送的油品种类较多,造成管道沿线油库所需的储罐数量多、罐容大,导致油罐的建设投资在新建成品油管道建设成本中占比较大。若油库罐容配置不合理,会使油品输送成本增加,因此合理确定配套油库的储罐容量十分必要。
2 以输送量计算管输成品油配套储罐容量配置方法
2.1 储罐容量设置计算方法
成品油长输管道储罐容量配置的计算方法主要分三类(见表1),各类计算方法考虑的侧重点各有不同,前人已对不同类型的计算方法进行了分析比较,指出了各方法的优缺点[5]。
表1 长输成品油管道储罐罐容配置的计算方法
由表1可见,成品油长输管道工程中配套油库储罐罐容配置均根据市场所需油品的输量倒推得到。目前,国内普遍采用GB 50253—2014《输油管道工程设计规范》中规定的年周转量法计算油库罐容,其计算公式如下:
式中:V为每批次、每种油品或每种牌号油品所需的储罐容量,m3;m为每种油品或每种牌号油品的年输送量,t;ρ为储存温度下每种油品或每种牌号油品的密度,t/m3;ε为油罐的装量系数,容量小于1 000 m3的固定顶罐(含内浮顶)、浮顶罐宜取0.9;N为循环次数,次;Km为月最大不均匀系数;Qm最大月下载或输出量,t;Qe为月平均下载或输出量,t。设有水运卸船码头的站场,罐容还应满足一次装船或卸船量要求,取较大值。
2.2 存在的问题
目前油库罐容配置设计均是在运输量数据较为明确的基础上根据式(1)计算确定的。油库如今随着社会发展,新建/规划成品油管道及配套油库罐容设计要基于互联互通的发展趋势,通盘考虑区域性需求,其设计的输量往往较大。由于管道实现互联互通的过程较为缓慢,在管道建设初期无法实现互联互通,而基于互联互通的设计罐容是无法满足管道正常运作的;若根据总输量扩大罐容,则会造成资源的极大浪费。
以规划推进中的舟山-宁波-绍兴成品油管道工程为例(业主为浙江浙石油储运有限公司),规划与中石化甬绍金衢成品油管道配套的东湖油库互联互通,设计向甬绍金衢成品油管道输送油品206×104t/a,设计总输量591×104t/a。该项目始于舟山绿色石化基地,经宁波,终于绍兴市中石化东湖油库。管道全长约220.5 km(海管54.5 km、陆管166 km),设计管径DN500/DN300/DN200,设计压力10 MPa,配套绍兴油库及宁波油库。
根据规划设计,该管道设计顺序输送0#柴油、92#汽油、95#汽油,年运输25批次。绍兴油库作为舟山-宁波-绍兴成品油管道下载库,在互连互通情况下,需容纳128×104t/a成品油(92#汽油 46×104t,95#汽油 31×104t,0#柴油 54×104t)。
依据GB 50253—2014中油库罐容计算公式即本文式(1),设月最大不均匀系数Km为1,计算得到绍兴油库油罐罐容,见表2。
表2 据年周转量法计算绍兴油库油罐罐容
若舟山-宁波-绍兴成品油管道工程实现与甬绍金衢成品油管道的互联互通,则绍兴油库配置罐容7.84×104m3,年容纳128×104t成品油。
依管道输送流程,在油品输送时,管道需先用一种油品铺底,以此来保证流体运输的压力及安全性。因而管道配套油库需先接收全部铺底油品后,方可接收之后不同品号的油品,进而保证顺序输送的正常运行。
在舟山-宁波-绍兴成品油管道完工初期,若无法实现互联互通,绍兴油库需接收舟山-慈溪分输站段、慈溪分输站-绍兴油库段共137.66 km,合计26 692.588 m3的铺底油(见表3),方能保证正常地顺序输送。设油罐装量系数0.85,则容纳26 692.588 m3的铺底油需要约3.2×104m3罐容。而根据表2计算结果,绍兴油库单品号最大库容仅为2.99×104m3(92#油品库容),无法容纳全部铺底油,将导致管道无法正常运行。
表3 舟山-宁波-绍兴成品油管道各线段基本信息
3 成品油管道配套油库罐容计算方法优化
综上所述,用以往单一的运输量倒推油库罐容的设计方法设计互联互通形势下的成品油管道配套油库罐容是无法满足需求的。油库罐容如何设计,使互联互通形势下的成品油管道既能满足未连通情况下的基本运行需求,又尽可能节省投资,平稳过渡至成品油管道互联互通,成为输油管网建设关注的一个关键点。此种情况下需转变罐容设计思路,探索不再以设计输量为依据,而是在管径和长度确定的情况下,设计能满足管道正常运输的最小库容。
配置油库罐容的设计从以下三个步骤入手:第一,计算成品油管道铺底油体积及对应油品质量;第二,以铺底油量为基数,计算对比不同汽油、柴油运量比(下文简称“汽柴比”)所对应的罐容;第三,分析区域成品油市场量,结合第二步的计算结果,明确油库罐容。
3.1 绍兴油库需容纳的铺底油及对应油品质量
管道运输油品为92#、95#汽油及0#柴油。铺底油方式有两种:一为0#柴油铺底,二为92#汽油铺底。按油品密度分别计算0#柴油及92#汽油铺底所需质量,见表4。
表4 绍兴油库需容纳铺底油质量
3.2 以铺底油量为基数,对比汽油、柴油不同质量比对应的罐容
要使得管道输送的一个批次的不同油品近乎同时售完,各油品罐容设计需按照市场需求比例计算各自的罐容配置。若实际销售情况与设计情况不同,则会造成一种油品卖完,另一种油品还有剩余,进而导致未售罄油品的油罐无法容纳下一个批次管道输送的油品。要得到合理的油库罐容配置,需在以铺底油为基数的罐容设计基础上,对比不同油品市场销售比例下的罐容设置,选出最佳配置。
销售量是依据市场销售情况确定的,销售量等同于输送量。对比不同油品输量比例下罐容的配置,其实就是对比不同比例汽油、柴油输量所对应配置的罐容。汽油、柴油分别由不同品号的油品组成,也存在输量比。因此,对比需控制两个变量,一个是汽油、柴油输量的比值,另一个是组成汽油(或柴油)中不同品号的油品比例。
绍兴油库接收0#柴油、92#和95#汽油3种油品。两个对比变量分别为:第一,0#柴油输量与92#、95#汽油输量和的比值,第二,92#与95#汽油的输量比值。
根据市场调研,浙江省92#与95#成品油销量比接近7∶3,且95#成品油销量逐年上升。以0#柴油与92#汽油为铺底油,根据市场92#、95#汽油的市场销售趋势,选取92#与95#汽油输量比为7∶3、6∶4、5∶5的3种情况,对比0#柴油与92#、95#汽油输量和在不同比例下接收一批次油品所对应的罐容,从而选出最佳罐容设置。
(1) 以92#与95#汽油输量比为6∶4情况下,不同柴油与汽油质量比对应的罐容计算如下:
若以柴油铺底,绍兴油库需容纳2.23×104t 0#柴油。以2.23×104t 0#柴油为基数,通过不同的汽油及柴油输量比,计算出汽油总输量。然后通过92#与95#汽油输量比为6∶4,计算出92#、95#汽油输量。再通过GB 50253—2014《输油管道工程设计规范》中油库罐容计算公式计算出对应各油品的罐容,见表5。
以汽油铺底,绍兴油库需容纳1.94×104t的92#汽油,计算不同汽油与柴油运输质量比下各油品罐容,见表6。
表5 柴油铺底情况下不同汽柴比所对应的绍兴油库最小罐容计算结果
表6 汽油铺底情况下不同汽柴比所对应的绍兴油库最小罐容计算结果
对比表5、表6计算结果,管道以汽油铺底,则绍兴油库罐容随着汽油与柴油运输质量比的提高而逐渐减少,而以柴油铺底则罐容随汽油与柴油运输质量比的提高逐渐增大(见图1)。
从表5、表6中可以看出,在汽油与柴油运输质量比例小于6∶4时,绍兴油库应选用柴油铺底,且设置罐容6.74×104m3,便可应对不同情况;在汽油与柴油运输质量比例大于等于6∶4时,绍兴油库应选用汽油铺底,且设置罐容8.25×104m3,便可应对不同情况。
通过对比可知,绍兴油库罐容配置仅需在8.25×104m3罐容的基础上,扩大柴油罐罐容至满足汽油、柴油铺底的切换,便可应对不同比例下的汽油、柴油运输。据表6,以汽油铺底,在汽油与柴油运输质量比为6∶4时,绍兴油库柴油罐罐容3.04×104m3,不能满足汽、柴油切换。因此将柴油罐罐容扩大0.1×104m3,满足柴油铺底的要求3.14×104m3。因此,绍兴油库罐容应配置为8.35×104m3(0#柴油罐 3.14×104m3、92#汽油罐3.15×104m3、95#汽油罐 2.06×104m3),该罐容可应对所有比例下的汽油、柴油运输。
(2)同理,当92#与95#汽油的输量比为7∶3情况下,绍兴油库应设置罐容7.54×104m3,其中 0#柴油罐 3.14×104m3、92#汽油罐 3.15×104m3、95#汽油罐 1.33×104m3。
(3) 同理,当92#与95#汽油的输量比为5∶5的情况下,绍兴油库应设置罐容9.39×104m3,其中0#柴油罐 3.14×104m3、92#汽油罐 3.15×104m3、95#汽油罐 3.1×104m3。
3.3 分析区域成品油市场量,结合计算结果,明确油库罐容
图1 不同汽、柴油运输质量比下汽油 (柴油)铺底对应罐容分布
2019年1~6月,甬绍金衢成品油管道共输送成品油约236.96×104t(见表7),其汽油与柴油质量比约为5.6∶4.4,92#与95#汽油质量比约为7.2∶2.8。结合上述绍兴油库设计油品罐容比较结果和油品需求趋势,绍兴油库选择92#与95#汽油输量比为6∶4情况下的库容配置较为合理,即设置罐容8.35×104m3,其中0#柴油罐3.14×104m3、92#汽油罐 3.15×104m3、95#汽油罐 2.06×104m3。此库容设置可应对不同油品比例下的油品运输,并最低限度减少投资,既能满足管道建设初期无法实现互联互通的库容要求,又能保证在实现管网互联互通后,甬绍金衢成品油管道油库综合利用,合理利用油库资源。
表7 甬绍金衢成品油管道各油品输量和质量比
4 结论
随着油气体制改革逐步深入,成品油管道互联互通已成必然。但因土地空间稀缺,管道路由稀少,新建成品油管道多管同沟、前瞻性布置成为管道建设的必然趋势。在此种情况下,以往根据较为详细的输量数据反推的油库库容计算方法,已不能满足新形势下的要求。
在没有较为详细输量数据的情况下进行成品油长输管道的前瞻性布置时,其配套库容应先根据设计总输量,比选出最优管径;然后根据管径计算成品油管道铺底油体积及对应油品质量;再以铺底油量为基数,对比不同汽油与柴油运输质量比所对应的罐容,并结合分析区域成品油市场销售量,明确油库罐容较为经济合理,希望对规划推进中的舟山-宁波-绍兴成品油管道工程配套油库储罐罐容设计起到借鉴作用。