慶鐵線站場(chǎng)改造過(guò)渡期優(yōu)化運(yùn)行研究

劉祁 黃金萍（中國(guó)石油管道沈陽(yáng)調(diào)度中心）

慶鐵線站場(chǎng)改造過(guò)渡期優(yōu)化運(yùn)行研究

劉祁 黃金萍（中國(guó)石油管道沈陽(yáng)調(diào)度中心）

為了配合俄羅斯油增輸，東北管網(wǎng)需要將慶鐵（林源-鐵嶺）三、四線所輸介質(zhì)進(jìn)行對(duì)調(diào)并對(duì)相關(guān)站場(chǎng)進(jìn)行改造。在站場(chǎng)改造期間，慶鐵三線的輸送能力有所下降，管道調(diào)節(jié)空間減小。通過(guò)對(duì)管線的水力系統(tǒng)進(jìn)行重新梳理，計(jì)算出過(guò)渡期各月最大輸量，同時(shí)對(duì)減阻劑注入點(diǎn)的選取及注入量進(jìn)行了優(yōu)化。對(duì)照輸量要求合理安排運(yùn)行方式，與原運(yùn)行方案相比，減少燃料油消耗8200 t，減阻劑使用量減少366桶，整個(gè)過(guò)渡期共降低運(yùn)行費(fèi)用4063萬(wàn)元，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

過(guò)渡期；輸油任務(wù)；運(yùn)行成本；優(yōu)化方案

為了配合東北管網(wǎng)慶鐵（林源-鐵嶺）三、四線對(duì)調(diào)工程的推進(jìn)，按照工程項(xiàng)目要求，2017年4—9月，新廟、垂楊、昌圖各站，因機(jī)組改造無(wú)法啟泵，只能安排壓力越站方式運(yùn)行。這種運(yùn)行方式導(dǎo)致慶鐵三線的所輸能力下降。如何合理安排過(guò)渡期任務(wù)輸量、降低能耗成本需要全方位的綜合考慮，不僅需要邏輯推理、精準(zhǔn)計(jì)算、預(yù)估及分析，而且需要考慮特殊工況下應(yīng)急運(yùn)行方式及技術(shù)手段[1-2]。

1 慶鐵三線過(guò)渡期運(yùn)行方案

1.1 優(yōu)化壓力設(shè)定值

為了充分利用管線的水力條件，將各站壓力限值在允許范圍內(nèi)進(jìn)行了修改（表1）。

表1 過(guò)渡期前慶鐵三線站場(chǎng)壓力限值 單位：MPa

由表1可以看出，太陽(yáng)升進(jìn)站壓力設(shè)定最高為4.20 MPa，相對(duì)較低，使林源站動(dòng)力資源的發(fā)揮受限，嚴(yán)重影響全線的最大輸量，為此太陽(yáng)升進(jìn)站壓力最高設(shè)定值調(diào)整為5.10 MPa。同時(shí)，為了進(jìn)一步提高輸送能力，將牧羊輸油泵匯管最低壓力調(diào)節(jié)值由0.50 MPa改為0.25 MPa。通過(guò)設(shè)定值的優(yōu)化，再考慮到受太陽(yáng)升注入泵揚(yáng)程，為保證注入泵正常運(yùn)行，太陽(yáng)升進(jìn)站壓力應(yīng)不高于4.80 MPa的情況，過(guò)渡期管線水力情況實(shí)際改善0.85 MPa，經(jīng)計(jì)算得出同等運(yùn)行條件下相比設(shè)定值修改前管線的輸量提高約400 m3/h。

1.2 確定常規(guī)運(yùn)行最大輸量

4—9月份各月最大輸量采用列賓宗公式[3]進(jìn)行計(jì)算：

式中：P1——上站出站壓力，MPa；

P2——下站進(jìn)站壓力，MPa；

Z1、Z2——管道起、終點(diǎn)高程，m；

Q——流量，m3/h；

d——管道直徑，m；

ρ——流體密度，kg/m3；

β——油品不同流態(tài)下的計(jì)算系數(shù)；

v——油品的運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s。

根據(jù)公式1可以推導(dǎo)出下面公式：

為了計(jì)算過(guò)渡期牧羊最大輸量，將太陽(yáng)升-牧羊作為一個(gè)管段進(jìn)行計(jì)算。將4—9月各相關(guān)參數(shù)帶入公式2，得出運(yùn)動(dòng)黏度的值。由于相同月份地溫相似，管段運(yùn)行平均溫度接近，計(jì)算過(guò)渡期最大輸量時(shí)可以取去年同期運(yùn)行油品黏度值。在運(yùn)行壓力方面，太陽(yáng)升受到注入泵揚(yáng)程影響及站內(nèi)摩阻最高出站壓力為4.70 MPa，牧羊入?yún)R壓力保護(hù)值0.25 MPa，進(jìn)站壓力最低為0.30 MPa，兩站最大壓差4.40 MPa。當(dāng)以此運(yùn)行壓力運(yùn)行時(shí)輸量最大。將以上運(yùn)行壓力及由公式2計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)黏度值帶入公式3?？梢杂?jì)算出慶鐵三線過(guò)渡期4—9月份各月最大輸量，見表2。

1.3 推薦運(yùn)行方案

1）表2中各月的最大輸量是在不提溫、不加劑的常規(guī)運(yùn)行方式下計(jì)算得出，運(yùn)行過(guò)程中與去年同期相比沒(méi)有附加運(yùn)行成本，所以，推薦過(guò)渡期各月輸量應(yīng)在不高于計(jì)算所得的各月最大輸量下運(yùn)行。

2）如任務(wù)輸量大于本月最大輸量，當(dāng)相差不大，不影響上下游運(yùn)行時(shí)，建議不采取特殊技術(shù)手段提高輸量。

3）由項(xiàng)目部提供過(guò)渡期動(dòng)火安排，可以看出，動(dòng)火集中在7、8兩月，所以為了填補(bǔ)動(dòng)火期間對(duì)輸量的影響，應(yīng)盡量安排4—6月按當(dāng)月最大輸量運(yùn)行，提前輸送部分輸量，減少動(dòng)火對(duì)年輸量完成的影響。

另外，按照工程進(jìn)度8月份將完成各站場(chǎng)的改造，恢復(fù)輸油系統(tǒng)?？蓪⑸佥敳糠州斄吭谡緢?chǎng)改造完成后，利用對(duì)調(diào)投產(chǎn)前9月份慶鐵三線的大排量運(yùn)行補(bǔ)回此部分欠量。

2 特殊工況下的運(yùn)行方式

在慶鐵三、四線對(duì)調(diào)工程推進(jìn)過(guò)程中，由于動(dòng)火等其他原因，慶鐵三線某些時(shí)候需要大于各月最大輸量運(yùn)行，以便完成月計(jì)劃任務(wù)。采取何種最優(yōu)的技術(shù)手段來(lái)解決這一輸量問(wèn)題，需要進(jìn)一步進(jìn)行分析。對(duì)于慶鐵三線來(lái)說(shuō)，在相同站間壓差下，可以采取提高運(yùn)行溫度以及添加減阻劑來(lái)實(shí)現(xiàn)提高輸量。

2.1 前期輸量測(cè)試情況

為了更好的指導(dǎo)過(guò)渡期運(yùn)行安排，慶鐵三線分別采用如下運(yùn)行方式進(jìn)行了輸量測(cè)試：

林源-牧羊段不提溫、不加劑；林源-牧羊提溫、不添加減阻劑；林源-牧羊段提溫、林源添加減阻劑；林源-牧羊段提溫、太陽(yáng)升添加減阻劑；新廟添加減阻劑20×10-6、30×10-6。相應(yīng)測(cè)試結(jié)果見表3。

從表3中的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，在只采用提溫手段的條件下，管線增輸率僅為2.78%，說(shuō)明提溫對(duì)于增輸?shù)男Ч⒉伙@著。在不提溫的情況下，林源、太陽(yáng)升、新廟租住減阻劑增輸率分別為3.94%、8.01%、9.06%增輸效果明顯好于提溫增輸效果，這也與以往實(shí)際運(yùn)行中反應(yīng)出加劑優(yōu)于提溫增輸效果的情況相一致。所以，從增輸率考慮需要采取技術(shù)手段增輸時(shí)，優(yōu)先考慮添加減阻劑。

另外，過(guò)渡期，采用添加減阻劑或提高運(yùn)行溫度技術(shù)手段來(lái)提高輸量，只是用來(lái)短時(shí)間內(nèi)均衡輸量，不作為常規(guī)運(yùn)行方式。如采用提高運(yùn)行溫度來(lái)增加輸量，一方面，運(yùn)行溫度的提高需要較長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程。另一方面，提溫運(yùn)行期間必然產(chǎn)生燃料油的大量消耗。從能耗及輸油成本上考慮，也應(yīng)優(yōu)先考慮采用添加減阻劑進(jìn)行增輸。

表2 4—9月預(yù)估各月最大輸量 單位：m3/h

表3 不同運(yùn)行方式下的輸量測(cè)試結(jié)果

2.2 減阻劑注入點(diǎn)的選擇

1）在相同管徑下減阻劑的減阻率隨雷諾數(shù)的增加而增加[4-6]。新廟-牧羊段輸量最大，流速最快、雷諾數(shù)最大，所以選擇新廟為注入點(diǎn)。

2）以一個(gè)水力系統(tǒng)為平臺(tái)，新廟-牧羊段站間水力坡降曲線斜率最大，故選擇新廟為注入點(diǎn)減阻效果最佳。

3）從不同運(yùn)行工況加減阻劑實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果分析，添加濃度同樣為30×10-6的情況下，新廟加劑的增輸率為9.06%高于太陽(yáng)升8.01%的加劑增輸率，所以驗(yàn)證了選擇新廟注入點(diǎn)合理。

3 過(guò)渡期運(yùn)行成本分析

工程期前，慶鐵三線進(jìn)行了提溫運(yùn)行、加劑運(yùn)行、提溫加劑運(yùn)行等多種技術(shù)方案測(cè)試。與去年同期相比前期測(cè)試階段增加當(dāng)量油消耗1038 t，減阻劑47桶，運(yùn)行成本增加合計(jì)518萬(wàn)元。

按照工程動(dòng)火安排，過(guò)渡期運(yùn)行期間共10次停輸動(dòng)火，其中5月1次、7月5次、8月4次。以每次停輸18 h，啟、停輸過(guò)程共1 h，影響正常運(yùn)行按19 h計(jì)算，10次停輸共計(jì)190 h?？紤]到年輸量的下達(dá)以全年運(yùn)行時(shí)間為350天計(jì)算，則每月非運(yùn)行時(shí)間為30 h，那么5—9月實(shí)際影響運(yùn)行時(shí)間為40 h，根據(jù)全年輸油計(jì)劃，過(guò)渡期平均輸量為2920 m3/h，以此計(jì)算影響輸量約11.68×104m3。為了彌補(bǔ)這部分的輸量差值，采用過(guò)渡期整體輸量計(jì)算與過(guò)渡期每月固定輸量計(jì)算兩種不同輸送方案進(jìn)行分析比對(duì)。其中：

1）當(dāng)以過(guò)渡期整體輸量計(jì)算時(shí)，各月均以本月最大輸量運(yùn)行，在不采用特殊增輸手段的情況下，總輸量仍可比計(jì)劃輸量多輸送原油22.372×104m3。按照整個(gè)過(guò)渡期總輸量要求，在不采取增輸手段的前提下可以完成輸送任務(wù)要求，整個(gè)過(guò)渡期增加運(yùn)行費(fèi)用僅為前期輸量測(cè)試階段的518萬(wàn)元。

2）如每月均需按過(guò)渡期平均輸量2920 m3/h安排本月運(yùn)行來(lái)看，通過(guò)計(jì)算得到7、8月在不采用增輸手段的前提下，無(wú)法完成本月輸油任務(wù)。所以，必須采用添加減阻劑的方式進(jìn)行增輸，以在新廟站添加20×10-6來(lái)計(jì)算，兩月共需減阻劑37桶，結(jié)合輸量測(cè)試階段費(fèi)用，整體過(guò)渡期運(yùn)行增加費(fèi)用為721.5萬(wàn)元。

4 結(jié)論

對(duì)于管線的優(yōu)化運(yùn)行來(lái)說(shuō)需要綜合考慮全線水力情況、最優(yōu)增輸手段等因素才能確保方案的最優(yōu)性。通過(guò)對(duì)管道壓力優(yōu)化、多種技術(shù)方案測(cè)試并結(jié)合理論計(jì)算等手段，確定了過(guò)渡期的優(yōu)化運(yùn)行方案，并得到以下結(jié)論：

1） 在管線水力條件一定的前提下，對(duì)改變壓力設(shè)定值、降低站內(nèi)局部摩阻的技術(shù)手段提高了可利用的管道水力資源。

2）由多種技術(shù)方案測(cè)試結(jié)果的對(duì)比可以看出，對(duì)于長(zhǎng)輸管線來(lái)說(shuō)，通過(guò)提高運(yùn)行溫度降低油品黏度，所起到的增輸效果很有限，與使用的燃料油成本比較十分不經(jīng)濟(jì)。

3）對(duì)于長(zhǎng)輸管線，添加減阻劑運(yùn)行時(shí)合理的注劑點(diǎn)不僅可以最大程度的提高管線增輸效果，同時(shí)也使得注劑成本的最為經(jīng)濟(jì)，以本方案的測(cè)試結(jié)果的來(lái)看，注劑點(diǎn)應(yīng)選在水力坡降最大的管段。

[1]許景偉，孟振虎，張時(shí)良.熱油管道運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)研究進(jìn)展[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2010（3）：161-164．

[2]潘海源.輸油管線優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)研究[D].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)（華東），2007.

[3]楊筱蘅.輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006：32-48.

[4]黃新.原油降凝劑復(fù)配及降凝降黏規(guī)律的研究[D].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)，2011．

[5]李相怡，翁永吉.減阻劑減阻率的經(jīng)驗(yàn)公式及管徑放大的預(yù)測(cè)問(wèn)題[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，1991（1）：7-13．

[6]稅碧垣，劉兵，李國(guó)平，等.減阻劑的模擬環(huán)道評(píng)價(jià)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2005（12）：41．

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.11.010

劉祁，工程師，2005年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)（油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)），從事長(zhǎng)輸原油管線調(diào)度控制與運(yùn)行工作，E-mail；liuqi3000@163.com，地址：遼寧省沈陽(yáng)市皇姑區(qū)岐山中路39號(hào)東油大廈12樓，110061。

2017-08-01

（編輯 王古月）