蘭鄭長成品油管道鄭州站混油量研究

丁俊剛 張 磊 劉 佳 沈 亮 王中良 于 濤

1．中國石油北京油氣調(diào)控中心，北京 100007；

2．中油管道檢測技術(shù)有限責任公司，河北 廊坊 065000

0 前言

蘭鄭長成品油管道西起蘭州，經(jīng)甘肅、陜西、河南、湖北、湖南5省67個縣市后，抵達長沙末站，輸送-10#柴油、0#柴油、93#汽油，全長2 086 km，年輸送量達1 500×104t。干線共設16座工藝站場、79座干線線路截斷閥室，油源來自西部成品油管道、長慶石化、慶陽石化，有蘭州、慶陽、長慶、咸陽、鄭州5個罐區(qū)，分蘭咸、咸鄭、鄭陽、鄭長、慶咸、長慶、小李莊、長沙、湘潭9個水力系統(tǒng)。目前全線有咸陽、鄭州、小李莊、陽邏、長沙、湘潭6個混油切割點，平均4 d切割1次混油，是成品油管道中混油切割點最多的管道。其中鄭州站作為樞紐，其切割實際混油量大于理論計算混油量，給運行帶來了一定影響，對比實際與理論混油量差異，分析存在的問題，研究減少實際混油量的措施。

1 順序輸送管道混油機理

在同一條管道內(nèi)，按時間順序連續(xù)地輸送不同種類的油品，稱為順序輸送。順序輸送時，不同油品在管道內(nèi)流動行成界面。成品油管道輸送最大特點是不同油品的順序輸送，順序輸送必然存在批次界面，界面處會產(chǎn)生混油。

流態(tài)對混油量有很大影響[1]。層流時，管道內(nèi)油品流動的軸心流速大于管內(nèi)壁邊緣流速，從而使后行油品呈楔形進入前行油品中，由于兩種油品密度不同，后行油品的分子將通過前行油品界面，這種擴散使界面臨近區(qū)域的兩種油品密度趨于均勻。紊流時，管道截面上油品的流速接近平均流速，且擴散不單單存在于軸向上，還存在于徑向上，對流傳遞不顯著，從而減少了混油量[2]。實驗表明，隨著雷諾數(shù)的增加，相對混油量下降；當雷諾數(shù)達到某一數(shù)值時，混油量隨雷諾數(shù)的改變減小[3]。

2 鄭州站混油量計算

蘭鄭長成品油管道鄭州分輸泵站目前主要功能包括接收咸鄭段管道來油調(diào)壓進罐、油品重新組織批次增壓外輸至西平分輸站、罐區(qū)來油增壓分輸至鄭州油庫分輸計量站、混油處理、清管器收發(fā)、油品倒罐、壓力泄放等。鄭州站功能示意見圖1。

圖1 鄭州站功能示意圖

目前，大部分混油是計算公式都描述了混油量與輸送距離、管徑和雷諾數(shù)的關(guān)系，并不包含某條管道特有的性質(zhì)，如管徑變化、沿線地形和結(jié)構(gòu)等對混油量的影響，計算結(jié)果仍與現(xiàn)場數(shù)據(jù)存在差異，僅適用于等直徑水平管道。其中奧斯汀混油公式的應用最廣泛，能較為準確地預測混油量[4-5]。GB 50253-2003《輸油管道工程設計規(guī)范》中也推薦使用英國研究者J.E.Austin和J.R.Palfrey總結(jié)的奧斯汀混油公式,該公式也被國內(nèi)外一些工程公司在設計成品油管道時普遍采用[6]。

不同輸量由奧斯汀混油公式算得各自混油長度，進而確定理論混油量的大小。不同輸量下的理論混油量計算值見表1。

表1 不同輸量下的理論混油量

通過曲線擬合，鄭州站不同輸量下的理論混油量見圖2。

圖2 不同輸量下的理論混油量

由圖2可見，當油品運行在低輸量時，產(chǎn)生的混油量明顯增多，而輸量大于臨界輸量時，產(chǎn)生的混油量相差不大約700 m3。

3 鄭州站實際混油量及切割難度分析

對比分析蘭鄭長成品油管道鄭州站近兩年混油量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：鄭州站每次實際切割的混油量均大于理論混油量。

鄭州站2011年共切混油25次，平均單批混油量為973.24 m3；2012年共切混油25次，平均單批混油量為948.65 m3。2011、2012年鄭州站混油切割具體數(shù)據(jù)見圖3。

圖3 2011、2012年鄭州站單批次混油量統(tǒng)計

鄭州站正常情況下混油量可控制在980 m3內(nèi)，個別混油量較大是因為供油不足導致停輸界面不理想所致。通過中控調(diào)度SCADA系統(tǒng)工作站截圖可知某次柴油推汽油切割混油時密度變化，見圖4。

圖4 某次切割混油時密度變化趨勢圖

根據(jù)某次切割油品時密度變化的趨勢圖看，并不存在大的問題，但大部分切割實際混油量比理論計算值稍大，主要原因有：

a）在線密度計是順序輸送過程中混油切割的主要設施，但介質(zhì)的密度與其成分直接相關(guān)。管道中的機械雜質(zhì)及介質(zhì)中所攜帶的水分等均會使密度產(chǎn)生變化，在線密度計示值偏離純介質(zhì)密度，造成切割操作困難。特別是鄭州站上游油源較多，目前錦鄭成品油管道尚未投產(chǎn)，鄭州站油源就有3個，3個油源的油品差異導致同種油品的密度不穩(wěn)定，每次切割時并不能嚴格按照某一密度數(shù)值切割，而是根據(jù)比例要求，上一站的密度顯示值及變化分別計算。由于各站密度計的顯示差異，同種油品在不同站的密度顯示值也不盡相同。

b）鄭州站只在進站處設有1臺密度計泵作為在線密度計。僅依靠這1臺設備顯示的示值進行切割，反應時間短，難度較大，且存在密度計管路堵塞致示數(shù)不變的風險。

c）混油切割需要在中控調(diào)度下切割2次，第1次切割因前行油品密度變化儀表監(jiān)測報警，容易判斷，但第2次即將到來的后行油品的密度值不是嚴格的固定值，因此很難判斷切割點密度。

d）鄭州罐區(qū)設計采用單一匯管，“一進兩出”的輸送方式極大地增加了控制風險，也導致蘭鄭長管道鄭州站沒法實現(xiàn)每罐必化驗，合格后再外輸?shù)囊蟆?/p>

e）蘭鄭長成品油管道上游分輸量大，導致下游流量較小，且存在不同原因停輸，停輸時界面位置如果不合適則會導致混油長度增加。

f）混油切割閥有一定的行程時間，根據(jù)管道控制原則，在混油切割時一個切割閥門全開后才能關(guān)閉另外一個切割閥門，因此閥門啟、閉行程時間長必導致混油量的增大。

4 結(jié)論

控制鄭州站混油量技術(shù)性較強，涉及蘭鄭長管道順序輸送過程中的眾多環(huán)節(jié)。減少混油量不僅能保證成品油質(zhì)量，還可提高企業(yè)經(jīng)濟效益。建議從以下幾方面進行混油量的控制：

a）對鄭州站罐區(qū)單一匯管進行改造，進油和發(fā)油分成兩條匯管，可避免混油直接進入下游。同時先對站內(nèi)油品進行化驗后再外輸，并調(diào)整混油切割比例。

b）在鄭州站外再加1臺密度計，既可避免單一密度計出故障的風險，又可增加觀察、反應時間，有利于監(jiān)測混油界面，減少混油量。

c） 減少非計劃停輸次數(shù)，每次停輸仔細核對停輸界面的位置，減少因停輸界面不合理而增加的混油量。

d）對全線密度計進行統(tǒng)一標定，根據(jù)上一站的密度值進行切割，則可提前計算得到兩次切割的密度值。

e）縮短混油切割閥行程時間，加強對混油切割閥的維護保養(yǎng)，防止切割過程中閥門卡堵。

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