某油田北區(qū)輕烴管網(wǎng)分質(zhì)分輸方案研究*

梁永圖 王岳 郭強(qiáng) 姜夏雪 張妮

（1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院；2.中國石油集團(tuán)東南亞管道有限公司；3.中國石化銷售有限公司北京石油分公司；4.中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心；5.中國石油天然氣股份有限公司管道分公司管道科技研究中心）

某油田北區(qū)輕烴管網(wǎng)分質(zhì)分輸方案研究*

梁永圖1王岳2郭強(qiáng)3姜夏雪4張妮5

（1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院；2.中國石油集團(tuán)東南亞管道有限公司；3.中國石化銷售有限公司北京石油分公司；4.中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心；5.中國石油天然氣股份有限公司管道分公司管道科技研究中心）

基于某油田北區(qū)輕烴管網(wǎng)目前混合輸送模式帶來的輕烴質(zhì)量較差、系統(tǒng)壓力偏高、外輸泵能耗增大等問題，同時考慮到未來深冷烴大幅增產(chǎn)規(guī)劃，提出淺冷烴、原穩(wěn)烴、深冷烴分質(zhì)分輸輸送方案，確定每種烴類的最優(yōu)方案并分析其水力可行性，并將各方案與現(xiàn)用混合輸送方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。經(jīng)驗證，該區(qū)輕烴管網(wǎng)分質(zhì)分輸?shù)妮斔湍Ｊ绞墙?jīng)濟(jì)可行的，能極大改善輕烴質(zhì)量，減輕對環(huán)境的污染。

輕烴管網(wǎng)；分質(zhì)分輸；水力驗證；經(jīng)濟(jì)分析

0 引 言

輕烴具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，對改變和優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)做出了重要貢獻(xiàn)。某油田北區(qū)輕烴管網(wǎng)自建成以來一直采用混合輸送模式，導(dǎo)致輕烴質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益的降低，同時由于輕烴回收易對環(huán)境造成破壞。隨著未來深冷烴增產(chǎn)，該管網(wǎng)系統(tǒng)已無法負(fù)荷增產(chǎn)后的輕烴輸送，且由于深冷烴造成混烴的飽和蒸汽壓比同溫度下原穩(wěn)烴和淺冷烴的飽和蒸汽壓要高，從而使管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力偏高，導(dǎo)致原穩(wěn)烴和淺冷烴的外輸泵能耗增大。美國成品油管道采用“分儲分輸”模式，管理精細(xì)［1］。中國石油西部管道公司已經(jīng)開始對烏蘭成品油管道進(jìn)行分儲分輸?shù)母脑欤?］。勝利東辛輸油管道、中石化廣州分公司也已對原油、石腦油進(jìn)行了分儲分輸試驗研究［3-4］。本文提出該北區(qū)輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)的改造方案，實現(xiàn)原穩(wěn)烴、淺冷烴、深冷烴分質(zhì)分輸，并分析其水力可行性，對多種輸送方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評價，為現(xiàn)場運(yùn)行改造提供依據(jù)。在滿足生產(chǎn)和用戶需求的條件下，使該輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)的投資和運(yùn)營費(fèi)用降低，由于輕烴質(zhì)量的優(yōu)化實現(xiàn)了節(jié)能減排，從而減少了對環(huán)境的污染。

1 管網(wǎng)簡介

某輕烴管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸送原穩(wěn)烴、淺冷烴、深冷烴三種烴類，如圖1。圖1中括號內(nèi)數(shù)字分別代表該管道的設(shè)計壓力（M Pa）、管徑（m m）、壁厚（m m）及管長（k m）數(shù)據(jù)［5］。該管網(wǎng)包含的北區(qū)產(chǎn)烴點包括L Y A、B Y、B E Y、B E E、Z Q五個站場，各站場之間只有一條使用管線。以北區(qū)管網(wǎng)為試點，提出該區(qū)管網(wǎng)分質(zhì)分輸?shù)某霭l(fā)點主要有：①北區(qū)管網(wǎng)一直采用混合輸送方式，一方面嚴(yán)重影響烴類性質(zhì)，造成下游乙烯加工廠的原料不穩(wěn)定；另一方面，由于深冷烴、原穩(wěn)烴、淺冷烴的飽和蒸汽壓最高分別為2.1，0.8，1.2 M Pa，深冷烴的飽和蒸汽壓高、密度低，揮發(fā)性極強(qiáng)，混輸則造成系統(tǒng)壓力偏高、外輸泵能耗偏大，從而降低了經(jīng)濟(jì)效益［6］。管網(wǎng)系統(tǒng)中各站場參數(shù)見表1。②根據(jù)該管網(wǎng)的總體部署，未來管網(wǎng)規(guī)劃中將會增加深冷烴的產(chǎn)烴點，導(dǎo)致深冷烴產(chǎn)量增加。目前的管網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)無法負(fù)荷增產(chǎn)后的輕烴輸送。

圖1 某輕烴管網(wǎng)示意

表1 管網(wǎng)系統(tǒng)各站場參數(shù)

2 分質(zhì)分輸技術(shù)

分析管網(wǎng)系統(tǒng)站場、輕烴物性、管道、外輸泵、儲罐等，基于以下原則提出分質(zhì)分輸方案、新建管道及泵機(jī)組改造方案：①盡量利用現(xiàn)有管道完成原穩(wěn)烴和淺冷烴的輸送，通過新建管道完成深冷烴的輸送；②各烴類產(chǎn)品在沿線的輸送過程中不發(fā)生汽化，即管道的沿線壓力應(yīng)大于各烴類產(chǎn)品的泡點壓力；③滿足輕烴入庫時的最低壓力要求；④各產(chǎn)烴站場的外輸泵應(yīng)在高效區(qū)工作。

2.1 淺冷烴輸送方案研究

2.1.1 淺冷烴外輸啟泵方案

北區(qū)各站場大都只產(chǎn)淺冷烴，因此北區(qū)管線主要負(fù)責(zé)淺冷烴的輸送。由于Z Q至Z K的管線穿過森林地帶，基于HSE考慮，擬通過新建管道繞過此地段，因此提出以下兩種方案。

方案一：如圖2，將LYA的淺冷烴輸送至BY，再輸送至ZQ，新建ZQ至NY以及由NY至Z K的管線，將全部淺冷烴均經(jīng)NY輸送至ZK。

圖2 北區(qū)淺冷烴輸送方案一

方案二：如圖3，將L Y A的淺冷烴輸送至B Y，再輸送至Z Q，最后從Z Q輸送至Z K，新建N Y至Z K的管線，將N Y站淺冷烴直接輸送至Z K。

圖3 北區(qū)淺冷烴輸送方案二

由于L Y A、B Y、Z Q、N Y站輸送淺冷烴時各站場共需啟泵時間為28.9 h（根據(jù)平均日產(chǎn)量和流量計算得出），為保證在1 d內(nèi)完成外輸任務(wù)，以同時啟泵最少為原則考慮不同站場同時啟泵的情況，提出啟泵方案如圖4所示。

圖4 管網(wǎng)輸送淺冷烴啟泵方案

輕烴屬于成品油的一種，其水力計算可參考成品油計算的相關(guān)公式［7］。北區(qū)淺冷烴輸送方案一和方案二水力分析結(jié)果見表2［8］，淺冷烴無論是進(jìn)罐還是越庫，其泵站出口壓力均滿足外輸泵出口壓力范圍，兩種方案輸送方案均水力可行。2.1.2淺冷烴輸送方案比選

表2 北區(qū)管網(wǎng)淺冷烴輸送方案水力可行性驗證M Pa

針對目前管網(wǎng)現(xiàn)狀，為保證將全部淺冷烴統(tǒng)一輸送至Z K，經(jīng)水力驗證后，可提出兩套改建方案。由于兩個方案的泵站改造費(fèi)用和輕烴銷售收入相同，故只考慮新建管道費(fèi)用和泵站動力費(fèi)用即可，方案比選見表3。

表3 北區(qū)淺冷烴輸送方案比選

由表3可得，一年按350 d計算，則方案一每年節(jié)省動力費(fèi)用49 164.5元（越庫為41 202元），方案二每年節(jié)省動力費(fèi)用50 711.5元（越庫為42 308元）。經(jīng)比較，方案一的管道建設(shè)費(fèi)用為336萬元，方案二的管道建設(shè)費(fèi)用為136.5萬元，因此方案二為北區(qū)淺冷烴分質(zhì)分輸?shù)淖顑?yōu)管網(wǎng)改建方案。

2.2 原穩(wěn)烴輸送方案研究

由于LYI站的原穩(wěn)烴產(chǎn)量較?。?1 m3/d），且該站沒有外輸泵，因此新建BEY至BYY的管線，使LYI站產(chǎn)生的原穩(wěn)烴通過地勢高差自流至BYY，將BEY產(chǎn)出的原穩(wěn)烴輸送至BYY，再輸至NY。DYK的原穩(wěn)烴也輸送至NY，再至ZK，QDD的原穩(wěn)烴通過NY與ZK之間的管線可以直接輸送至Z K。具體輸送方案見圖5。

圖5 北區(qū)原穩(wěn)烴輸送方案

2.2.1 原穩(wěn)烴外輸啟泵方案

B E Y、B Y Y、D Y K、Q D D輸送原穩(wěn)烴時各站場共需啟泵時間為31.8 h，同樣以啟泵最少為原則，提出兩種啟泵方案，見圖6和圖7。

圖6 北區(qū)輸送原穩(wěn)烴啟泵方案一

圖7 北區(qū)輸送原穩(wěn)烴啟泵方案二

對于不同站場同時啟泵外輸分以下情況：

方案一：BEY與QDD同時外輸，BYY與DYK同時外輸。方案二：DYK與QDD同時外輸，B EY與BYY同時外輸。兩方案水力可行性驗證結(jié)果見表4，可看出兩方案均可行。

表4 管網(wǎng)原穩(wěn)烴輸送水力可行性驗證M Pa

2.2.2 原穩(wěn)烴輸送方案比選

針對目前管網(wǎng)現(xiàn)狀，為保證將北區(qū)所生產(chǎn)的全部原穩(wěn)烴統(tǒng)一輸送至Z K，經(jīng)水力驗證后，有兩套可行的啟泵方案，所以根據(jù)泵站動力費(fèi)用最小的原則確定最優(yōu)啟泵方案。方案比選見表5，方案一每天可節(jié)省泵站動力費(fèi)用353.59元（越庫為222.38元）。方案二每天可節(jié)省泵站動力費(fèi)用354.91元（越庫為231.2元）。由此可見，方案二為北區(qū)原穩(wěn)烴分質(zhì)分輸管網(wǎng)改建方案的最優(yōu)方案。

表5 北區(qū)原穩(wěn)烴啟泵方案比選

2.3 深冷烴輸送方案研究

2.3.1 深冷外輸啟泵方案

由于B E E、D Y K和Q D D站在未來會有大量的深冷烴注入，而且B E E站是一個正在建設(shè)中的站場，因此針對北區(qū)管網(wǎng)提出深冷烴的輸送方案如下：將B Y E的深冷烴輸送至B Y Y，再將它們經(jīng)ZS節(jié)點輸送至N Y，并由N Y站輸送至Z K，Q D D的深冷烴經(jīng)Q D D節(jié)點可以直接輸送至Z K。至于B E E站產(chǎn)出的深冷烴，需要新建管道，在此有兩種輸送方案，一種是將B E E的深冷烴輸送至B Y E，一種是將B E E的深冷烴輸送至B Y Y，具體輸送方案見圖8和圖9。

圖8 北區(qū)深冷烴輸送方案一

圖9 北區(qū)深冷烴輸送方案二

輸送深冷烴時各站場共需啟泵時間為47.7 h。故需要考慮不同站場同時啟泵的情況。為保證在1 d之內(nèi)完成外輸任務(wù)，以同時啟泵最少為原則，至少要有三個站場同時啟泵，其方案有很多種，考慮深冷烴進(jìn)入Z K的最低壓力要求（2.1 M Pa），為保證深冷烴輸送所要求的最低壓力滿足泵的出口壓力范圍，需進(jìn)行進(jìn)一步的驗證，而B E E、B Y E、B Y Y的總啟泵時間為26.7 h，因此這三個外輸泵站必有兩個站需同時啟泵，為使沿程壓降最小，提出該啟泵方案，見圖10。

圖10 北區(qū)輸送深冷烴啟泵方案

其水力驗證見表6，從表6可看出，無論是進(jìn)站還是越庫，B Y E站以及B Y Y站的外輸泵均無法提供足夠的壓力，因此需要更換外輸泵，要求在輸量為30 m3/h時，B Y E站外輸泵提供6.2 M Pa的壓力，B Y Y站外輸泵提供5.2 M Pa的壓力。其余各站的出口壓力均滿足外輸泵的出口壓力范圍，該方案水力可行。

表6 管網(wǎng)深冷烴輸送水力可行性驗證M Pa

2.3.2 深冷烴輸送方案比選

針對目前管網(wǎng)現(xiàn)狀，考慮到某些站場新產(chǎn)出深冷烴，為保證將全部深冷烴統(tǒng)一輸送至Z K，經(jīng)水力驗證后，可提出兩套改建方案。由于兩個方案的泵站改造費(fèi)用和輕烴銷售收入相同，故只需考慮新建管道費(fèi)用和泵站動力費(fèi)用，方案比選見表7。

表7 北區(qū)深冷烴輸送方案比選

由表7可得，方案一每天可節(jié)省泵站動力費(fèi)用278.57元（越庫為171.2元）。方案二每天可節(jié)省泵站動力費(fèi)用277.2元（越庫為169.83元）。一年按350 d計算，則方案一每年節(jié)省動力費(fèi)用97 499.5元（越庫為59 920元），方案二每年節(jié)省動力費(fèi)用97 020元（越庫為59 440.5元）。方案一的新建管道費(fèi)用為222.6萬元，方案二的新建管道費(fèi)用為88.2萬元。按投資回收期法計算［9］，方案一的投資回收期為22 a，方案二的投資回收期為9 a。由此可見，方案二為北區(qū)原穩(wěn)烴分質(zhì)分輸管網(wǎng)改建方案的最優(yōu)啟泵方案。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

從新建管道費(fèi)用、泵站改造費(fèi)用、泵站動力費(fèi)用角度將分質(zhì)分輸方案與管網(wǎng)目前采用的混合輸送模式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對比。

3.1 新建管道費(fèi)用

目前新建管道采用L245 N B型管材，據(jù)調(diào)查，該種管材價格為5 500～6 500元/t，取6 000元/t計，其他修建管道費(fèi)用可近似為是管道鋼材價格的20%，管徑為159 m m，壁厚取7 m m，鋼的密度7.85 t/m3，則可計算出每公里管道的修建費(fèi)用約為21萬元［10-11］。

對于Z K需要新建的深冷烴儲罐，查詢相關(guān)L N G儲罐的價格，一個2 000 m3的深冷烴儲罐建設(shè)成本大約為100萬元，與其相關(guān)的配套設(shè)施建設(shè)費(fèi)用約占總成本的30%，這樣新建兩個深冷烴儲罐，總建設(shè)費(fèi)用為260萬元。計算得出管網(wǎng)新建管道費(fèi)用見表8。

表8 輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)分質(zhì)分輸方案新建管道參數(shù)及費(fèi)用

由表8可知，分質(zhì)分輸時管道總建設(shè)費(fèi)用為842.1萬元。

3.2 泵站改造費(fèi)用

要保持輸量不變而降低泵的揚(yáng)程，目前有兩種改造方案，一種是切割葉輪，另一種是換泵處理。換泵的費(fèi)用要明顯高于切割葉輪的費(fèi)用，在方案比選時，考慮泵的使用年限以及折舊等因素，從管網(wǎng)的長期規(guī)劃考慮，將換泵作為首選的改造方案，將切割葉輪作為第二改造方案。由于改造過程耗時較短，可在一年內(nèi)完成，因此將泵站改造費(fèi)用與管網(wǎng)改造后一年內(nèi)所節(jié)省的動力費(fèi)用作比較，如果換泵費(fèi)用小于所節(jié)省的動力費(fèi)用，則將該方案下的所有泵進(jìn)行更換，重新選擇更為合適的泵；如果換泵費(fèi)用大于所節(jié)省的動力費(fèi)用，同時切割葉輪的費(fèi)用又小于所節(jié)省的動力費(fèi)用，則將該方案下的所有泵均進(jìn)行切割葉輪處理；如果切割葉輪的費(fèi)用大于所節(jié)省的動力費(fèi)用，則繼續(xù)維持現(xiàn)狀，不對該方案下的泵做任何處理。計算得管網(wǎng)泵站改造費(fèi)用如表9所示［12］。

表9 輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)分質(zhì)分輸方案泵站改造費(fèi)用

由表9可知，外輸泵作切割葉輪處理的改造總費(fèi)用為12.5萬元。

3.3 泵站動力費(fèi)用

泵站的動力費(fèi)用比較結(jié)果分別見表3、表5和表7，此處不贅述。

3.4 輕烴銷售收入

目前汽油的市場價為8 000元/t，考慮市場的承受能力，混烴的價格為3 194元/t，參考我國每次的石油價格調(diào)整，如按相同幅度，則深冷烴的售價最多上調(diào)60元/t。已知液化天然氣的出廠價格為2 000元/t，液化石油氣（主要成分是C4）出廠價格為4 500元/t，假設(shè)價格與含碳量成正比，則C2的價格為2 833元/t，C3的價格為3 667元/t。因深冷烴的主要成分是C2和C3，假設(shè)它們含量各占50%，取深冷烴的價格為C2和C3的中間價格，即3 250元/t，漲幅為56元/t。經(jīng)管網(wǎng)改造后，其深冷烴產(chǎn)量為1 086 t/d，則每年輕烴的銷售收入可增加2 128.56萬元。

3.5 結(jié)論

因深冷烴的售價要依據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鰻顩r，其輕烴銷售收入的不確定性較大，如果保持原來的售價不變，僅考慮新建管道費(fèi)用、泵站改造費(fèi)用、泵站動力費(fèi)用，可計算出投資回收期為9 a，小于石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。若考慮資金的時間價值，則期初投入為445.2萬元，每年收益50萬元，則投資回收期為15 a。盡管投資回收期較長，但在計算中并沒有考慮輕烴銷售收入，售價每噸增長1元，每年的輕烴銷售收入可增加38萬元。而且輸送方式改變之后，減少了下游煉廠輕烴處理的任務(wù)，所帶來的長期經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

4 結(jié)束語

本研究基于未來該輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃，考慮管網(wǎng)系統(tǒng)所存在的問題而提出。通過對該輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)的整體改造，來實現(xiàn)對不同類型烴液的單儲單送，同時提出原穩(wěn)烴、淺冷烴以及深冷烴分質(zhì)分輸方案，分析其水力可行性，并且對多種輸送方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評價，為現(xiàn)場運(yùn)行改造提供依據(jù)。經(jīng)驗證，分質(zhì)分輸輸送模式在滿足生產(chǎn)和用戶需求的條件下，使該輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)的投資和運(yùn)營費(fèi)用降低，能耗減少，環(huán)保效益更高。

［1］ 于達(dá)，謝萍，黃忠勝，等.對我國成品油管道建設(shè)的幾點思考［J］.油氣儲運(yùn)，2014，33（1）：1-4.

［2］ 郭祎，張道全，劉鵬，等.西部成品油管道末站混油切割改進(jìn)措施［J］.油氣儲運(yùn)，2011，30（7）：520-522.

［3］ 支淑民，史培玉.勝利東辛輸油管道生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化的試驗研究［J］.油氣田地面工程，2008，27（3）：29-30.

［4］ 黃志全.加大煉油化工優(yōu)化力度提高乙烯收率［J］.廣東化工，2003（1）：22-24.

［5］ 曹洪偉.基于順序輸送的輕烴單輸方式研究［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011（9）：56-57.

［6］ 梁永圖，張妮，姜夏雪，等.輕烴管網(wǎng)順序輸送的可行性研究［J］.天然氣工業(yè)，2014，34（4）：121-124.

［7］ 楊筱衡.輸油管道設(shè)計與管理［M］.北京：中國石油大學(xué)出版社，2006.

［8］ 陳慶勛.成品油順序輸送分輸和變管徑混油量的計算［J］.油氣儲運(yùn)，1999，18（1）：7-8.

［9］ 王晶香，張雪梅.建設(shè)項目財務(wù)評價指標(biāo)——投資回收期淺析［J］.建筑管理現(xiàn)代化，2004（2）：13-16.

［10］張鵬，姜云，段永紅，等.新建油氣管道完整性管理系統(tǒng)模型設(shè)計與開發(fā)［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2010，33（4）：77-82.

［11］高發(fā)光，陳向新.長輸管道線路的長度確定［J］.油氣儲運(yùn)，1998，18（1）：20-21.

［12］初飛雪，張守云，郭麗.等溫輸油管道總費(fèi)用工藝參數(shù)分析［J］.油氣儲運(yùn)，2005，24（10）：13-16.

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.05.009

1005-3158（2015）05-0031-06

2015-04-30）

（編輯 石津銘）

國家自然科學(xué)基金項目“成品油管道批次輸送過程中的復(fù)雜傳熱傳質(zhì)機(jī)理研究”（N o.51474228）。

梁永圖，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）油氣儲運(yùn)專業(yè)，博士，教授，現(xiàn)任中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院黨委副書記，主要從事油氣長距離管輸技術(shù)、多相管流及油氣田集輸技術(shù)研究工作。通信地址：北京市昌平區(qū)府學(xué)路18號中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，102249