输油管道设计与管理61

1、输油管道中油流温度升高的主要原因
(1)泵的搅拌温升：泵的轴功率不可能全部转化为油流的压 力能，有一部分要克服流体与泵间的摩擦而转化为热能， 造成温升；
(2)压缩温升：油品经过泵的压缩也会产生温升； (3)节流温升：油品通过节流装置时，一部分压力损失会转
化为热能，造成温升； (4)管道摩擦温升：油品沿管道流动过程中，会由于克服沿
例如：汽、煤、柴三种油品，输量分别为100、40、110万 吨/年，若用三条管线输送，所需口径分别为DN200、150、 200。若采用顺序输送，则只需一条口径为φ325的管线。 后者与前者相比，所需的投资和经营费用都要节省一半以 上，经济效益十分明显，故国内外成品油管线广泛采用顺 序输送的方法。
第一节 管道顺序输送工艺特点
顺序输送轻质成品油的管道，沿线不需要加热。在管内 油品流速不是很高的情况下，油品在管道中输送一段距 离后，管内油温将等于管道埋深处的地温。管道压降计 算及泵站特性计算公式与等温管道相同。对于流速比较 高的情况，必须对成品油管道沿线的摩擦温升给予关注。
当输送介质为轻质油品且流速大时，温升现象明显。油 品流动的水力特性与物性、温度密切相关，而温度分布 又与流动特性相关。因此，在成品油管道设计、运行、 管理和离线仿真中，应正确反应油品温度变化的影响， 这对判断是否存在泄漏，正确跟踪顺序输送过程中的油 品界面也是十分必要的。
4、成品油管道的相邻批次油品之间必然产生混油，混油段 的跟踪和混油的控制是成品油管道的关键技术，混油处 理、贬值存在经济损失。
5、与原油管道相比，其首、末站，分输、注入站需要的罐 容大、数量多，需要有足够容量的油罐进行油品收、发 油作业；末站除了油品的收发油作业外，还要考虑油品 的调和、混油的储存和处理。
3、成品油温升的影响
成品油输送过程中温升造成如下影响： (1) 增加油品蒸发损耗、降低油品质量； (2) 热应力增大，使管道变形或由于承受过高的应力而破裂； (3) 轻质油品抽吸时易发生汽蚀现象; (4) 油温升高后液体膨胀大于钢管容积的增量，使混油段的实际界面与界
面跟踪计算值不同，这将使界面跟踪预测结果与实际产生偏差，从 而影响界面跟踪的准确性; (5) 在线计量油品时，若温升使油品压力低于油品的饱和蒸气压，则会产 生气泡，这将会使计量误差增大;
一般情况下是以设计输量为基础，选择一系列循环次数进 行罐容、占地、混油处理等等方面的技术经济比较，确定 优化的循环次数。再根据设计规范确定各种油品所需的油 罐容量和个数。在首末站应留有一定量的备用罐以备事故 时管道正常输油。同时应考虑市场变化对末站罐容的影响。 每种油品至少应设置2-3座油罐。
四、顺序输送管道系统热力特性与温升
i 1
ai ──第i个混油段的混油贬值损失； VKH ──管道终点接收混油的储罐容量，VKH=(Vh-Vs)N ; Vh ──在循环周期内管道终点接收的混油量； Vs ──在循环周期内能够销售或与纯净油调和的混油量。
Fra Baidu bibliotek
上式对循环次数N求导，可求得总损失费用最小的最优循环 次数Nop
dSz dN
d dN
2、循环周期
完成一个预定的排列顺序称为完成了一个循环，所需的时间称为循环周 期，一年内完成的循环周期数称为循环次数（或称为批次）。若一个循 环内输送的油品有m种，则在一个循环内形成的混油段数为
n=2(m-1) 循环次数越小，每种油品的一次输送量就越大，在管道内形成的混油段 和混油损失就越小。但另一方面油品的生产和消费通常是均衡的，各种 油品每天都在生产和消费，顺序输送管道对每种油品来说都是间歇输送。 循环次数越小，就需要在首末站及沿线的分油点和进油点建造较大容量 的储罐区来平衡生产、消费与输送之间的不平衡，油罐区的建造和经营 费用就会增加。因此存在着使总费用（罐区建造费+罐区经营费+混油贬 值损失）最小的最优循环次数。
V1K q1K T t1
若管线共有s个注入站分别与相邻的炼厂相连接，在T-t1 时间内第一种油不能进输油管，需要在进油点设置储罐 把炼厂来油储存起来。各注入站储存第一种油品的储罐 总容量应为：
s
s
VJ1 j qJ1 j (T t1 )
j 1
j 1
式中：VJ1j──第j个注入站需设置的第一种油品的储罐容量； qJ1j ──第j个注入站第一种油品的单位时间进油量。
若计算结果前两项之和大于第三项，则管道的油温将升高。 例如：在1969年，科洛尼尔管道增加泵站的输油功率使管 道输油量达到每小时 7631 m3。休斯顿至亚特兰大的管道 上，输量增加了45％，而所需输油功率却增加了185％， 温升比1967年增高了13.8℃。为此，设置了4个油品冷却 站来解决此问题。
m
m
首站： VpH q pH (T t p )
p1
p1
式中：tp──在第一循环内第p种油品的输送时间；
m
m
末站：
VpK q pK (T t p )
p1
p1
ms
ms
注入站：
VJpj
qJpj (T t p )
p1 j1
p1 j1
mr
mr
分输站：
VFpi
qFpi (T t p )
油品温度变化可按以下步骤计算预测：
(1)计算油品通过泵站的温升，主要是泵内损失转化的热能， 对于轻烃要考虑经过泵压缩而升高的油温；
(2)计算油品在站间流动时的摩擦温升，管道中油流的摩擦 温升是压力损失、液体的质量流量、油品粘度和密度的 函数；
(3)计算站间管道向环境散热的温降，这与油品的温度、土 壤温度、管道的表面积、质量流量、油品比热和管道总 传热系数等因素有关。
① 使性质相近的两种油品相邻。 ② 油品互相不产生有害影响。如润滑油与汽油一般不能在
同一条管道内顺序输送。
成品油的排序：优质汽油→普通汽油→航空燃料→柴油→轻 燃料油→柴油→航空燃料→普通汽油→优质汽油
含有可顺序输送原油时的排序：优质汽油→普通汽油→隔离 液(煤油)→柴油→轻燃料油→隔离液(柴油)→轻质原油→ 重质原油→轻质原油→隔离液(柴油)→轻燃料油→隔离液 (煤油)→普通汽油→优质汽油
T D N
tp
Dp N
建造、管理油罐区的费用和混油贬值的总损失为：
Sz (J z E G)(V VKH ) AN
式中: Jz──单位有效容积储罐的建设费用；
E ──石油工业规定的投资年回收系数；
G ──单位有效容积储罐的经营费用；
n
A ──每次循环混油的贬值损失， A ai；
n ──每次循环混油段的数目；
6、当多种油品在管内运移时，随着不同油品在管内运行长 度和位置的变化，管道的运行参数随时间而缓慢变化。
二、顺序输送的循环周期
1、油品的排列顺序 顺序输送中油品的排列顺序对混油损失的影响很大。一 般来说性质相近的油品顺序输送，混油量较小，允许的 混油浓度较大，混油比较好处理。通常可以直接调和到 两种油品中去。输油顺序的安排一般要考虑：
程和局部摩阻损失，使一部分机械能转化为油流内能， 造成温升。
2、成品油管道温度变化的计算
成品油管道中通常会有多种油品同时流动，再加上管道 沿线的流量变化、混油界面移动和混油长度及体积的变 化，使得准确计算油品沿管道运行时的温升很困难。实 际成品油管道工艺计算中常常是计算最冷月输送重油 (如柴油)的沿程温度变化、计算最热月输送轻油(如汽油) 的沿程温度变化。
2、输送性质不同的原油。如克拉玛依油田的低凝原油，可 用于生产高质量的航空润滑油，若与油田所生产的高凝 原油混合输送，就炼不出这种高级产品，因此需要分开 输送，即采用顺序输送。
成品油输送的特点是种类多、批量（Batch）小。若每一 种油品都建一条管线，必然是要建多条小口径的管线。若 顺序输送这些油品，则只需建一条大口径的管线。
m1
T t1 2t2 2tm1 tm t1 tm 2 ti i2
在一个循环中，不输第一种油品的时间为T-t1，但该段时 间内炼厂仍向首站输油。若其输量为q1H，则首站必须设 置的第一种油品的储罐容量为：
V1H q1H T t1
在T-t1时间内，若终点站以q1K的流量向用户供应的一种油 品，则终点站需要设置的第一种油品的储罐容量为：
若管线共有r个分输站，同样各分输站需设置的储存第一 种油品的储罐总容量应为：
r
r
VF1i qF1i (T t1 )
i 1
i 1
式中：VF1i──第i个分输站需设置的第一种油品的储罐容量； qF1i ──第i个分输站第一种油品的单位时间分油量。
为协调各种油品供、销、运之间的不平衡，输油管道全线 需设置的储罐总容量分别为：
(
J
z
E
G
)
B N
(Vh
Vs
)
N
AN
0
N op
A
B(Jz E G) (J z E G)(Vh
0.5
Vs
)
说明：
对于不同的终点混油处理方式，上式的形式可能会略 有出入，可针对管道的具体情况，应用上述求最优循 环次数的原则，对上式作必要的修改。
求得最优循环次数后，可按照前述各计算公式依次求得全 线需要设置的总罐容，首站、终点站、进油点和分油点的 储罐容量，循环周期、一个循环周期内各种油品的输送时 间tp和各种油品的输送量。
第六章 顺序输送
第一节 管道顺序输送工艺特点 第二节 顺序输送管道的混油 第三节 混油界面检测与混油处理 第四节 顺序输送管理运行控制及运行优化简介
顺序输送（也称为交替输送）：
在同一条管道内，按一定批量和次序，连续地输送不同种类 油品的输送方法。
顺序输送的应用范围：
1、输送性质相近的成品油。如汽、煤、柴及各种重油、农 用柴油和燃料油等。
(6) 油品升温使煤油、柴油、燃料油的粘度降低，因此， 站间的摩阻也相对减小，这将缩小输送燃料油与输送 汽油之间耗用动力的差异。
(7) 如果管道中总有很多批次的燃料油，燃料油的温度升 高，较大地降低了油品的粘度，可以增加全线的输量， 这是油品温度升高的有利方面。但对汽、柴等轻油， 粘度变化并不明显，此项作用不大。目前工艺设计时 仍按等温管路计算，但流速较高时应注意校核温升情 况。
实际上批次(循环次数)和罐容优化是很难用上述公式进行计 算的。因为成品油管道是面向市场的，虽然炼油厂的生产是 连续的，但市场需求和销售并不似公式中给出的那么均匀。 考虑原油和成品油价格随国际油价的变化、炼厂事故及停工 检修等因素，需要在管道首末站多建一些油罐以适应市场变 化使企业获得效益，加之储罐需要按系列选取，所以按上面 的优化方法进行计算往往不能满足实际需要，但这些数学关 系可便于管理者理清一些基本规律。
p1 i1
p1 i1
全线储罐总容量为：
1 m
m
V
N
q pH (D Dp ) p1
q pK ( D Dp )
p1
m p1
s
qJpj ( D
j 1
Dp )
m p1
r i 1
qFpi ( D
Dp )
B N
式中：D──输油管道每年的工作时间； Dp──每年输送第p种油的时间； N──循环次数。
五、成品油管道系统水力特性
由于管道中有多种油品顺序输送，所以管道沿线流体的粘 度和密度有较大的变化；在油品替换时，泵站特性和管道 特性都会发生变化。泵站特性的变化是在油品交替的短时 间内完成的，而管道特性的变化需要经历较长的时间，它 随管路中两种或多种油品长度的变化而改变。因此，在顺 序输送管道运行管理中，必须充分考虑它的特殊性。
三、循环次数和罐容的优化设计
一般来说，若一条管道顺序输送m种油品，其输送顺序如下：
1, 2, 3, ,m1, m, m 1, , 3， 2，1，2，3
一个循环
在一个循环中，只有第一种油品和第m种油品只输一次，其 余油品均输两次。若每种油品在一个循环内输送的时间分别 为t1 , 2t2 , 2t3 , … , tm，则循环周期为：
一、顺序输送管道的特点
1、成品油管道输送的是直接进入市场的最终产品，对所输 产品的质量和各种油品沿途的分输量均有严格要求。
2、成品油管道依托市场生存，要能适应市场的变化。 3、成品油管道大都是多分支、多出口，以方便向管道沿线
及附近的城市供油，有的管道还可能有多个入口，接收 多家炼油厂的来油。管道沿线任何一处分输或注入后， 其下游流量就发生变化。成品油管道可顺序输送多达几 十种的油品，其注油和卸油均受货主和市场的限制，运 行调度难度大。