西部原油管道滿輸量測(cè)試研究

張丙辰

中國(guó)石油北京油氣調(diào)控中心， 北京 100007

0 前言

西部原油管道2006 年建成投產(chǎn)，主要承擔(dān)中亞進(jìn)口原油和中國(guó)石油新疆地區(qū)相關(guān)油田的原油外輸任務(wù)，管線長(zhǎng)約1 850 km，設(shè)計(jì)輸量2 000 ×104t /a，是目前中國(guó)石油管道設(shè)計(jì)輸量最大、距離最長(zhǎng)、水力系統(tǒng)最復(fù)雜的原油管道。因油源狀況和下游煉廠需求，管道自建成投產(chǎn)以來(lái)一直未達(dá)到設(shè)計(jì)輸量，在此之前由于管線油源緊張，為避免長(zhǎng)時(shí)間停輸，進(jìn)行過(guò)超低輸量測(cè)試［1－7］。目前管線主要采用大混油及批次輸送運(yùn)行方式［8－12］，即塔里木、北疆、吐哈及哈國(guó)油四種油品按一定比例混合后批次外輸。隨著上下游資源和需求狀況的改善，輸量逐漸提升，需對(duì)管線進(jìn)行滿輸量測(cè)試，進(jìn)而驗(yàn)證目前管道沿線設(shè)備狀態(tài)，測(cè)試其輸送能力，掌握其安全性和適應(yīng)性。

1 測(cè)試安排及控制標(biāo)準(zhǔn)

因西部原油管道由SCADA 系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制，滿輸量測(cè)試由中控調(diào)度人員遠(yuǎn)控操作，現(xiàn)場(chǎng)人員監(jiān)視設(shè)備。測(cè)試前根據(jù)仿真系統(tǒng)模擬不同輸量下配泵方案，增量控制，制定測(cè)試方案及控制標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 測(cè)試時(shí)間

按照測(cè)試方案，西部原油管道測(cè)試當(dāng)天10:00 起由初始工況(1 400 m3/h)按照1 900、2 100、2 400 m3/h 分階段逐步提量至2 640 m3/h，穩(wěn)定后最大排量達(dá)到2 640 m3/h，穩(wěn)定運(yùn)行24 h 后，全線開(kāi)始降量運(yùn)行，完成大排量測(cè)試。

1.2 壓力控制標(biāo)準(zhǔn)

管線測(cè)試過(guò)程壓力控制標(biāo)準(zhǔn)如下:

1)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，中間站各站進(jìn)站壓力不低于0.6 MPa，出站壓力余量不小于0.2 MPa;瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)，中間站各站進(jìn)站壓力不低于0.8 MPa，出站壓力余量不小于0.6 MPa。

2)輸油主泵進(jìn)口壓力不低于0.6 MPa(壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定值0.3 MPa)，輸油主泵出口壓力不高于9.5 MPa(壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定值9.8 MPa)。

2 測(cè)試操作

西部原油管道鄯蘭干線沿線共11 座站場(chǎng)，其里程數(shù)據(jù)及沿線高程趨勢(shì)圖見(jiàn)表1 和圖1。

由表1 數(shù)據(jù)和圖1 趨勢(shì)圖結(jié)合日常運(yùn)行情況可知，西部原油管道在低輸量運(yùn)行時(shí)管線四堡中間泵站、安西中間泵站、張掖中間泵站和西靖中間泵站可壓力越站，滿輸量測(cè)試過(guò)程可越站站場(chǎng)發(fā)生失電等工況，管線可以降量運(yùn)行，不可越站站場(chǎng)發(fā)生失電等異常工況，需立即停輸。

表1 西部原油管道鄯蘭干線站場(chǎng)里程數(shù)據(jù)

2.1 增輸操作

增輸操作按照各階梯目標(biāo)流量下的配泵方案，在保證高點(diǎn)不拉空，各站進(jìn)出站壓力均處于壓力控制標(biāo)準(zhǔn)下，首先釋放各站的節(jié)流，開(kāi)大蘭州末站調(diào)節(jié)閥，然后從鄯善首站開(kāi)始由上游往下游依次啟泵，優(yōu)先開(kāi)啟出站余量較大的站場(chǎng)泵機(jī)組。

初始工況(1 400 m3/h)和增量至各階梯輸量下1 900、2 150、2 450、2 550、2 640 m3/h 全線運(yùn)行參數(shù)和輸油泵配置見(jiàn)表2。

圖1 西部原油管道沿線高程趨勢(shì)圖

2.2 降量操作

降量操作的目標(biāo)輸量為1 800 m3/h，根據(jù)該輸量下配泵方案，從鄯善首站開(kāi)始由上游往下游依次節(jié)流，同時(shí)提高蘭州末站進(jìn)站壓力，降低管線整體壓力。當(dāng)站場(chǎng)節(jié)流值達(dá)到1 臺(tái)輸油泵揚(yáng)程時(shí)該站停運(yùn)1 臺(tái)輸油泵，操作過(guò)程優(yōu)先停運(yùn)緊鄰下游進(jìn)站壓力較高的站場(chǎng)泵機(jī)組。

表2 不同輸量下泵的配置方案 臺(tái)

3 測(cè)試分析

利用穩(wěn)態(tài)能量方程式(1)計(jì)算獲得不同輸量下各個(gè)管段摩阻變化數(shù)據(jù):

式中:P 為壓強(qiáng)，kPa;v 為流速，m /s;d 為相對(duì)密度;hp為A、B 點(diǎn)之間由泵增添的壓頭，m;hf為A、B 點(diǎn)之間的摩阻壓頭損失，m。

利用計(jì)算數(shù)據(jù)分析不同管段各個(gè)輸量臺(tái)階下沿線摩阻，及油品物性變化對(duì)滿輸量運(yùn)行影響。

3.1 沿線摩阻分析

西部原油管道不同管段各個(gè)輸量臺(tái)階摩阻數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，各個(gè)管段不同流量摩阻趨勢(shì)對(duì)比見(jiàn)圖2，不同輸量下單位摩阻對(duì)比見(jiàn)圖3。

表3 西部原油管道各管段不同輸量下摩阻數(shù)據(jù) MPa

圖2 西部原油管道各個(gè)管段不同流量摩阻趨勢(shì)對(duì)比

圖3 西部原油管道不同輸量下單位摩阻對(duì)比

由表2、圖2 ～3 可知，西部原油管道在輸量小于2 550 m3/h時(shí)，沿線摩阻隨著輸量增大而增大，百公里平均摩阻增速變緩;輸量大于2 550 ～2 640 m3/h 時(shí)，全線摩阻變化較小，百公里平均摩阻由1.6 MPa 降為1.55 MPa，與輸量2 450 m3/h基本相同，主要是黏度較小的油品在管線中運(yùn)移，導(dǎo)致同等輸量下管線摩阻變小，沿線損失減少，在相同摩阻時(shí)，黏度較小的油品管線輸量大。在鄯善首站出站壓力(約5.5 MPa)和翠嶺中間泵站出站壓力(約7.8 MPa)基本相同的情況下，隨著密度和黏度均較小的蘭成油(密度約846 kg /m3)推著密度較大的塔里木和吐哈油的混油(密度約864 kg /m3)運(yùn)移，四堡中間泵站進(jìn)、出站和翠嶺中間泵站進(jìn)站壓力下降約0.4 ～0.8 MPa，鄯善至翠嶺段流量由2 550 m3/h 增加至2 645 m3/h。

可見(jiàn)，西部原油管道外輸油品物性不同，對(duì)全線摩阻影響大小就不同，尤其密度較小的蘭成油，對(duì)全線摩阻影響較大。在管線滿輸量運(yùn)行時(shí)需關(guān)注油品物性變化，對(duì)于重油推輕油需重點(diǎn)關(guān)注上游出站壓力不超壓，下游進(jìn)站壓力不發(fā)生低壓保護(hù);對(duì)于輕油推重油運(yùn)行需重點(diǎn)關(guān)注下游進(jìn)站壓力不發(fā)生低壓保護(hù)。此外，運(yùn)行時(shí)還需關(guān)注管線輸量變化，避免輸量超高，影響運(yùn)行計(jì)劃。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及控制策略

在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)管線滿輸量運(yùn)行時(shí)存在以下風(fēng)險(xiǎn):

1)沿線各站運(yùn)行壓力控制余量較小，壓力波動(dòng)易造成出站泄壓和主泵入口過(guò)低保護(hù)。

2)管線滿輸量運(yùn)行易造成過(guò)濾器壓力差過(guò)大和減壓閥堵塞。

3)管線滿輸量運(yùn)行，管道沿線十多個(gè)站場(chǎng)泵設(shè)備多，且備用率要求較高，對(duì)作業(yè)隊(duì)維搶修人員工作壓力大，要求高。

4)管線滿輸量運(yùn)行時(shí)罐區(qū)收發(fā)油切換儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)較大，若出現(xiàn)流程切換問(wèn)題導(dǎo)致停輸，全線啟輸過(guò)程復(fù)雜，操作時(shí)間長(zhǎng)。

5)為達(dá)到全線最大排量，翠嶺中間泵站的出站運(yùn)行壓力余量均接近0.4 MPa，四堡中間泵站和山丹中間泵站進(jìn)站壓力最低接近0.7 MPa，若出現(xiàn)閥門(mén)關(guān)斷等異常工況，中控調(diào)度及站場(chǎng)人員處理難度大，可操作時(shí)間少。

6)四堡中間泵站、翠嶺中間泵站、玉門(mén)分輸站、山丹中間泵站等站場(chǎng)采用先啟后停自動(dòng)切泵程序，可導(dǎo)致主泵出口匯管壓力超壓，調(diào)度人員須隨時(shí)做好快速單獨(dú)停運(yùn)輸油泵準(zhǔn)備。

針對(duì)以上風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，西部原油管道滿輸量測(cè)試過(guò)程中，全線控制策略如下:

1)做好事件后果預(yù)判，若工況發(fā)生后對(duì)壓力余量較小站場(chǎng)影響較大，應(yīng)立即進(jìn)行人為干預(yù)，避免管線發(fā)生出站泄壓及主泵入口過(guò)低保護(hù)等工況。

2)做好過(guò)濾器清理工作，并保證備用設(shè)備隨時(shí)可用。

3)設(shè)備故障后須盡快聯(lián)系維搶修人員進(jìn)行設(shè)備搶修，滿足滿輸運(yùn)行要求。

4)滿輸運(yùn)行時(shí)，應(yīng)對(duì)管線操作風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行梳理歸類(lèi)，對(duì)流程切換、泵切換等操作，應(yīng)完善運(yùn)行操作流程，確保操作安全可控。

3.3 測(cè)試建議

1)在滿足輸油計(jì)劃的前提下，滿輸運(yùn)行應(yīng)該安排在管道全線填充密度較小的蘭成油或者密度較大的混油位于各個(gè)高點(diǎn)下坡段或平坦管段。

2)由于管線水擊保護(hù)程序并不十分完善，大排量工況壓力余量小，一旦遇到大的壓力、流量波動(dòng)時(shí)調(diào)度員的響應(yīng)時(shí)間有限，易引發(fā)次生事件。1 600 ～1 800 m3/h 的中等排量工況下，大葉輪輸油主泵需要通過(guò)回流實(shí)現(xiàn)備用，各站輸油泵備用率較低。因此，根據(jù)月度輸油計(jì)劃，應(yīng)該合理安排管道的運(yùn)行流量，實(shí)行階梯流量運(yùn)行，且避開(kāi)2 400 m3/h 以上的大排量和1 600 ～1 800 m3/h 的中等排量。

4 結(jié)論

經(jīng)滿輸量測(cè)試，管道各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)(包括泵軸承溫度、振動(dòng)、機(jī)械密封、電機(jī)軸承溫度、過(guò)泵電流)均正常，未出現(xiàn)甩泵、過(guò)濾器堵塞等設(shè)備故障，可見(jiàn)西部原油管道目前泵及沿線相關(guān)設(shè)備狀態(tài)可滿足在設(shè)計(jì)滿輸量下運(yùn)行。同時(shí)為了規(guī)避運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，調(diào)控運(yùn)行人員需細(xì)化增量操作流程，重點(diǎn)關(guān)注壓力風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，加大現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)備用力度，保證管線的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

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