串聯(lián)泵輸油工藝在華錦集團(tuán)輸油管道上的應(yīng)用

馬 馳

（中國(guó)石油遼河工程有限公司，遼寧 盤(pán)錦 124010）

串聯(lián)泵輸油工藝在華錦集團(tuán)輸油管道上的應(yīng)用

馬 馳

（中國(guó)石油遼河工程有限公司，遼寧 盤(pán)錦 124010）

結(jié)合中國(guó)兵器華錦集團(tuán)儲(chǔ)運(yùn)工程項(xiàng)目，對(duì)原油長(zhǎng)輸管道中泵站的串聯(lián)泵和并聯(lián)泵輸油工藝進(jìn)行了綜合比較，優(yōu)化出串聯(lián)泵輸油工藝方案，并對(duì)串聯(lián)輸油泵系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)、安全保護(hù)系統(tǒng)等工藝技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

原油長(zhǎng)輸管道；串聯(lián)泵；并聯(lián)泵；壓力調(diào)節(jié)；安全保護(hù)

中國(guó)兵器華錦集團(tuán)儲(chǔ)運(yùn)工程為華錦集團(tuán)“十一五工程”（500萬(wàn)t/a煉油項(xiàng)目）的重要組成部分。本工程建設(shè)目的是將海運(yùn)進(jìn)口俄羅斯原油(500× 104t/a)，經(jīng)營(yíng)口仙人島港上岸后供給位于盤(pán)錦市的華錦集團(tuán)煉廠加工為成品油，其中石腦油作為乙烯項(xiàng)目原料留用，柴油(0#-10#)等餾分(183×104t/a)返輸回營(yíng)口仙人島港裝船外銷。

本工程主要包括線路和站場(chǎng)兩個(gè)部分。線路部分新建營(yíng)口仙人島港至盤(pán)錦原油管道和盤(pán)錦至營(yíng)口仙人島港柴油管道各1條，單管線路長(zhǎng)度150 km，同溝敷設(shè)。站場(chǎng)部分新建站場(chǎng)2座，營(yíng)口仙人島站為原油輸送管道的首站、柴油輸送管道的末站，位于營(yíng)口市鲅魚(yú)圈仙人島港區(qū)；盤(pán)錦華錦煉廠站為原油輸送管道的末站、柴油輸送管道的首站。

針對(duì)本工程的實(shí)際情況及國(guó)內(nèi)外輸油管道系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，新建輸油管道系統(tǒng)應(yīng)技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、節(jié)能高效、調(diào)節(jié)靈活。為此，我們進(jìn)行了大量的調(diào)研、技術(shù)攻關(guān)、理論計(jì)算等工作，確定了采用串聯(lián)泵輸油工藝及配套技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)本工程的管道輸送工藝，取得了良好的效果。

1 長(zhǎng)輸管道輸油泵的選型

根據(jù)《輸油管道設(shè)計(jì)與管理》[1]（2004版）：“輸油泵配置方案必須保證泵在各輸量工況均能高效運(yùn)行，節(jié)流損失小”。根據(jù)管道的任務(wù)輸量和管路特性來(lái)選擇和匹配泵機(jī)組，使輸油泵機(jī)組在低輸量和最高輸量運(yùn)行時(shí)，均處在泵的高效率區(qū)內(nèi)；全線盡量選用同類型的輸油泵，以便維修和運(yùn)行管理。

本工程所輸油品粘度低，輸送溫度下油品粘度低于100 mPa?s。根據(jù)《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[2],（2006年版）GB50253-2003中第6.3.6條規(guī)定：“應(yīng)根據(jù)所輸油品性質(zhì)，合理選擇泵型。當(dāng)輸送溫度下油品的粘度在100 mPa·s以下，輸油泵宜選用離心泵”，泵的基本形式確定為離心泵。經(jīng)翻閱有關(guān)資料、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、與油泵生產(chǎn)廠家技術(shù)交流等諸多細(xì)致的工作，確定采用水平中開(kāi)式自潤(rùn)滑單級(jí)離心泵。

2 串并聯(lián)輸油泵的優(yōu)選

就輸油主泵的安裝方式而言，分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種。兩種安裝方式都可以達(dá)到輸送油品的目的，下面就原油管道輸油主泵串并聯(lián)設(shè)計(jì)比較。

2.1 串并聯(lián)泵有關(guān)參數(shù)

設(shè)計(jì)流量為760 m3/h，所需總揚(yáng)程為：560 m；按串并聯(lián)方案分別設(shè)計(jì)輸油泵，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2 設(shè)備投資分析

串聯(lián)方案：共需4臺(tái)輸油泵， 300GKS220型號(hào)輸油泵3臺(tái)，單價(jià)為68萬(wàn)元；300GKS150A型輸油泵1臺(tái)，單價(jià)為55萬(wàn)元，合計(jì)為259萬(wàn)元。

并聯(lián)方案：共需3臺(tái)輸油泵， 200GK100×6型號(hào)輸油泵3臺(tái)，200GK100×6型輸油泵單價(jià)為79萬(wàn)元，合計(jì)為237萬(wàn)元。

從兩個(gè)方案設(shè)備投入來(lái)看，串聯(lián)泵方案比并聯(lián)泵方案成本高：22萬(wàn)元。

表1 輸油主泵有關(guān)參數(shù)Table 1 Related parameters of main oil pumps

2.3 運(yùn)行效率分析

這里效率分析不考慮電機(jī)本身在額定輸出功率與非額定輸出時(shí)效率變化的影響，只對(duì)電機(jī)輸出軸功率的大小進(jìn)行比較。另外從計(jì)算來(lái)看，在密度與粘度的影響下，泵輸油時(shí)的功率與輸水的軸功率基本接近，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，本次計(jì)算不考慮原油密度及粘度對(duì)功率的影響，計(jì)算以水功率為測(cè)算依據(jù)。輸油泵按每年連續(xù)運(yùn)行350天計(jì)算。

根據(jù)上面參數(shù)表，在額定流量點(diǎn)使用時(shí)，串聯(lián)方案使用300GKS220型號(hào)輸油泵2臺(tái)、300GKS150A型號(hào)輸油泵1臺(tái)，300GKS220型泵的運(yùn)行軸功率為：548.6 kW，300GKS150A型泵的運(yùn)行軸功率為295.7 kW，合計(jì)運(yùn)行功率為：1392.9 kW。并聯(lián)方案運(yùn)行使用200GK100×6型號(hào)輸油泵2臺(tái)，200GK100×6型泵的運(yùn)行功率為：752.6 kW。合計(jì)運(yùn)行功率為：1505.2 kW。每小時(shí)串聯(lián)方案比并聯(lián)方案節(jié)約電功率：112.3 kW，年節(jié)電943 320 kW·h，按每千瓦時(shí)1.0元計(jì)算，年節(jié)省運(yùn)行電費(fèi)94.3萬(wàn)元。

2.4 泵機(jī)組串并聯(lián)應(yīng)用特點(diǎn)與適用場(chǎng)合

串聯(lián)泵機(jī)組：

一般情況下大型輸油管為提高經(jīng)濟(jì)性，減少動(dòng)力費(fèi)用，都用中揚(yáng)程、大排量、高效率單級(jí)離心泵串聯(lián)運(yùn)行[3]。

在以克服沿程阻力為主的管道上，改變輸量時(shí)，串聯(lián)比并聯(lián)在節(jié)流上的能量損失要少得多。

中揚(yáng)程、大排量離心泵除了效率高外，串聯(lián)之后，還有簡(jiǎn)化流程、節(jié)約能量、便于調(diào)節(jié)及超壓保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

并聯(lián)泵機(jī)組：

翻越大山區(qū)時(shí)，高差很大，離心泵宜采用并聯(lián)運(yùn)行。適合于克服翻越點(diǎn)。此時(shí)站間管道短，沿程摩阻小。泵揚(yáng)程主要用于克服很大的位差靜壓頭，而位差靜壓頭并不隨輸油量的大小而變化，流量的變化引起總壓頭損失的變化不大，其管路特性高而平緩，并聯(lián)比串聯(lián)更為適宜[4]。

線路沿途地形地貌：

本工程從營(yíng)口仙人島站到華錦煉廠站線路全長(zhǎng)150 km，營(yíng)口段管道沿線地形地貌為濱海平原區(qū)，海陸交互相沉積，地勢(shì)低平，一般高程不高于5.0 m。盤(pán)錦段管道沿線為濱海平原區(qū)，地貌單元屬于遼河河口三角洲，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，地面高程2.0～4.5 m，相對(duì)高差2.50 m。

2.5 綜合上面分析

綜合上面分析，串聯(lián)泵方案一次投資比并聯(lián)泵方案高，但年耗電費(fèi)用遠(yuǎn)低于并聯(lián)泵方案，因此確定采用水平中開(kāi)式離心泵、串聯(lián)泵方案。

3 串聯(lián)泵壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

考慮本工程原油輸量比較平穩(wěn)，輸油泵基本在高效區(qū)工作，截流幅度較小，采用截流調(diào)節(jié)方式。節(jié)流調(diào)節(jié)由管道進(jìn)、出站壓力變送器及壓力開(kāi)關(guān)、壓力控制器、選擇器及調(diào)節(jié)閥等組成的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中壓力控制器、選擇器的功能由PLC實(shí)現(xiàn)(圖1)。

圖1 壓力選擇性控制系統(tǒng)示意圖Fig.1 Pressure selective control system diagram

電液閥系統(tǒng)檢測(cè)閥后和輸油主泵前壓力來(lái)調(diào)節(jié)電液閥的開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)流量。

PIT－壓力變送器；PIC－壓力指示調(diào)節(jié)器；IT－電流變送器； II-電流指示儀；PV－電動(dòng)液壓式調(diào)節(jié)球閥；HIK－手動(dòng)自動(dòng)指示操作器；PY－低值信號(hào)選擇器。

調(diào)節(jié)原理為：

若出站壓力控制器PIC－2為反作用式，其壓力設(shè)定值為Ps2（4.6 MPa）；進(jìn)站壓力控制器PIC－1為正作用式，壓力設(shè)定值為Ps1（0.5 MPa）。

(1)當(dāng)P2≤Ps2時(shí)，PIC－2輸出信號(hào)增大，最大為20 mA（DC）；

(2)當(dāng)P2＞Ps2時(shí)，PIC－2輸出信號(hào)減?。?/p>

(3)當(dāng)P1≥Ps1時(shí)，PIC－1輸出信號(hào)增大，最大為20 mA（DC）；

(4)當(dāng)P1＜Ps1時(shí)，PIC－1輸出信號(hào)減小。

兩個(gè)控制器輸出信號(hào)分別進(jìn)入低值信號(hào)選擇器PY－1，相對(duì)小信號(hào)送到電動(dòng)液壓式調(diào)節(jié)球閥PV－1的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)在信號(hào)增大時(shí)開(kāi)閥，減小時(shí)關(guān)閥。這樣，當(dāng)P2＞Ps2或P1＜Ps1時(shí)，關(guān)小閥門(mén)，使閥后壓力下降或者進(jìn)站壓力上升。當(dāng)管道進(jìn)站壓力高于設(shè)定值，出站壓力低于設(shè)定值時(shí)，設(shè)計(jì)合理的調(diào)節(jié)球閥PV－1應(yīng)保持全開(kāi)啟狀態(tài)（不節(jié)流）。調(diào)壓閥的控制由中心控制室或站控系統(tǒng)完成，設(shè)置為泵進(jìn)口壓力和出站壓力的選擇性調(diào)節(jié)，既能控制出站壓力，又能控制輸油泵進(jìn)口壓力。

4 串聯(lián)泵安全保護(hù)系統(tǒng)

安全保護(hù)系統(tǒng)包括泵機(jī)組自動(dòng)保護(hù)和泵站壓力自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。泵機(jī)組入口、出口壓力、泵機(jī)組溫度、震動(dòng)超高報(bào)警、自動(dòng)停機(jī)等。泵站壓力自動(dòng)保護(hù)指進(jìn)站壓力和出站壓力超限保護(hù)、水擊泄放保護(hù)。這些程序都存儲(chǔ)在站控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或中心控制室主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，形成以計(jì)算機(jī)為核心的全線監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)，達(dá)到在中心控制室對(duì)全線進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控的技術(shù)水平。站間通信系統(tǒng)采用租用兩條不同運(yùn)營(yíng)商的公網(wǎng)2 M電路專線，互為備用。

4.1 泵機(jī)組自動(dòng)保護(hù)

包括外輸泵軸承溫度超高保護(hù)、泵殼溫度超高保護(hù)、外輸泵機(jī)械密封溫度超高保護(hù)、電機(jī)軸承溫度超高保護(hù)、電機(jī)定子溫度超高保護(hù)、外輸泵機(jī)械密封泄漏保護(hù)、外輸泵軸承振動(dòng)保護(hù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)保護(hù)[5]。

4.2 泵站壓力自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)

正常情況下，進(jìn)站和出站壓力由站電液調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果調(diào)節(jié)閥發(fā)生故障無(wú)法動(dòng)作或者調(diào)節(jié)不起作用，出現(xiàn)壓力超限，就開(kāi)始執(zhí)行泵站泄壓、停輸程序，保護(hù)泵機(jī)組設(shè)備、出站管道和站內(nèi)管道，確保水擊發(fā)生時(shí)操作人員和生產(chǎn)設(shè)備的安全[6]。本工程管道采取的安全保護(hù)主要有安全泄放和連鎖保護(hù)，其動(dòng)作先后順序依次宜為：泄壓保護(hù)、連鎖保護(hù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

串聯(lián)泵輸油工藝應(yīng)用在中國(guó)兵器華錦集團(tuán)輸油管道項(xiàng)目上，兩年多的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明：串聯(lián)輸油泵機(jī)組除了具有堅(jiān)固耐用、檢修方便、效率高的特點(diǎn)外，還有簡(jiǎn)化流程、節(jié)約能量、便于調(diào)節(jié)及超壓保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。本工程串聯(lián)泵輸油工藝是在遼河油田區(qū)域范圍內(nèi)首次成功采用。

［1］嚴(yán)大凡.輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M]. 北京：石油工業(yè)出版社,2004.

［2］GB 50253-2003輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

［3］徐單．提高水泵運(yùn)行效率的生產(chǎn)實(shí)踐[J]．有色礦山,2002，31(5)：49-49．

［4］劉超．泵站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[M]．北京：水利電力出版社，1995年9月.

［5］劉竹溪，劉光．泵站水錘及其防護(hù)[M]．北京：水利水電出版社，1988.

［6］林昌基．機(jī)泵維修鉗工[M]．北京：中國(guó)石化出版社，2008：150-l51．

Application of Series Pumps Oil Transportation Process in Oil Pipelines of Huajin Group

MA Chi
(Liaohe Petroleum Engineering Co., Ltd., Liaoning Panjin 124010, China)

Based on the storage and transportation project of Huajin Group, series pumps oil transportation process and parallel pumps oil transportation process in crude oil long-distance pipeline pumping stations were compared, then series pumps oil transportation process was optimized, and some techniques including pressure control and safety system in series pumps system were introduced.

Crude oil long-distance pipeline; Series pumps; Parallel pumps; Pressure control; Safety system

TE 83

A

1671-0460（2012）09-0905-03

2012-04-12

馬馳（1985-），男，遼寧盤(pán)錦人，助理工程師，2008年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)從事油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)工作。E-mail：lpemachi@163.com。