基于批輸計劃對成品油管道流量輸送方式的研究

公茂柱 宋金鳳 郭 靖 張 佳 范立華 潘 毅

（中國石油工程建設有限公司華北分公司）

成品油管道具有 “面向市場和多點進出”的特征， 故在輸送管道沿線會設置注入/分輸站場。為了能很好地完成輸送（分輸）任務，必須提前編制合理的批輸計劃。 批輸計劃是指導成品油管道運行的依據(jù)，主要解決兩個問題［1］：一是根據(jù)給定時間內(nèi)的來油品種、數(shù)量和沿線各分輸站用戶需求，確定合理的輸油順序和批次安排；二是根據(jù)輸油順序，在滿足各種限制的條件下，確定各分輸站的分輸時間和下載流量。 其中，輸油順序是確定合理輸油工藝的重要環(huán)節(jié)，對于一條特定管線，其輸油順序通常是不變的，主要確定依據(jù)是管線所輸油品的物理性質(zhì)，通常不同管線的輸油順序是不同的。 總之，批輸計劃需考慮的因素較多，最基本的要求是滿足用戶需求、完成輸送任務。 成品油管道設計時，工藝計算和設備選型必須結(jié)合批輸計劃，才能保證管道運行時具有更好的適應性。

1 多分輸點集中分輸

集中分輸是指在滿足管道下游流量要求的前提下，管道分輸站可以采用的輸送方式。 對于沿線站場較多的管道，例如中石油已投產(chǎn)的蘭成渝成品油管道［2］、西部成品油管道［3］、蘭鄭長成品油管道［4，5］和港棗成品油管道，大多采用集中分輸?shù)妮斔头绞健?這種分輸方式，短時間內(nèi)可以采用較大的分輸流量， 以滿足客戶或管道運行要求。另外，采用集中分輸?shù)某善酚凸艿溃捎谘鼐€不分輸混油， 管道產(chǎn)生的混油輸送到末站處理，因此選取管徑和設計壓力時必須滿足管道輸送的各種工況要求。

某成品油管道沿線設有1 座首站、1 座分輸泵站、2 座分輸站和1 座末站， 輸送93#、97#汽油和0#柴油， 兩個批次的輸送順序為：→0#柴油→93#汽油；→0#柴油→93#汽油→97#汽油。 該管道沿線站場的輸油量見表1。

表1 某成品油管道沿線站場的輸油量 kt/a

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)進行資源量分析，可以得出兩種輸送方式：

a. 首站出站恒流量、 批次間交替變流量輸送（方式一）。 當輸送油品順序為“→0#柴油→93#汽油→”時，首站出站恒流量為922m3/h；當輸送油品順序為“→0#柴油→93#汽油→97#汽油→”時，首站出站恒流量為1 182m3/h。 含有97#汽油的批次輸送結(jié)束后， 首站出站流量由1 182m3/h 降至922m3/h，若再輸送含有97#汽油的批次時，就將首站出站流量由922m3/h 升至1 182m3/h，以此循環(huán)。

b. 首站出站、 所有批次恒流量輸送 （方式二）。 在各批次中，首站出站恒流量（1 052m3/h）且批次間始終保持恒流量運行。

由圖1、2 可看出， 采用方式一輸送油品時，其他各站場進、出站流量曲線變化較大，在設備選型時，導致輸油泵、流量計等設備的選型偏大。同時，管道流量在每個批次間發(fā)生變化，在運行時需反復調(diào)整設備的運行參數(shù)，增加了管道運行管理的難度。

圖1 方式一的批輸計劃運移圖

圖2 方式一下各站場進、出站流量隨時間的變化曲線

從圖3、4 可看出， 采用方式二輸送油品時，其他各站場進、 出站流量始終在559～1 052m3/h，減少了管道運行時工況的變化。 不僅優(yōu)化了工藝設備選型，同時也降低了管道運行管理的難度。

圖3 方式二的批輸計劃運移圖

圖4 方式二下各站場進、出站流量隨時間的變化曲線

2 平均分輸管道

平均分輸［6］指均勻分輸制定各站的批輸計劃，根據(jù)各站分輸油量和該批次油品預計過站的時間，均勻安排下載流量，這種方式適合管道上游分輸站，分輸站分輸流量大小會影響下游管內(nèi)的流速和管道混油量的大小， 若分輸流量比較低，則有利于保持全線壓力的穩(wěn)定。 平均分輸?shù)墓艿婪譃閮深悾阂活愂怯推愤^站連續(xù)分輸，且可分輸混油；另一類是油品過站連續(xù)分輸，不分輸混油。 對于采用平均分輸?shù)某善酚凸艿纴碇v，是否分輸混油主要通過經(jīng)濟方案比選和管道的實際需要來確定［7］。

某 成 品 油 管 道 輸 送93#、97#汽 油 和5#、0#、-10#、-20#、-35#柴油7 種油品， 采用單管順序輸送，管道輸油量見表2。

表2 某成品油分輸管道輸油量

為了滿足7 種油品在管道的適應性，首站采取變流量注入方式（方式三）。 如對于97#汽油輸送時采取首站降流量輸送，同時為滿足一個批次內(nèi)的輸油量，在輸送其他油品時可根據(jù)需要提高首站外輸流量，具體輸送過程如圖5、6 所示。 如果首站完全按照恒定流量注入操作，雖然有利于管道的平穩(wěn)運行，但對于A 末站分輸和B 末站分輸比例較大的油品（如97#汽油）來說，管道的適應性和泵的型號無法滿足輸送要求。 例如，單個批次A 末站分輸4 400m3、B 末站分輸10 000m3，如果首站按照恒定流量490m3/h 運行， 則中間泵站至B 末站段的管道輸油量達到343m3/h， 而中間分輸泵站輸油泵的額定流量為300m3/h， 中間分輸泵站至B 末站段的管道最大輸油量為330m3/h，因此若要順利完成該管道小品種油品的輸送，首站必須采取變流量輸送方式。

圖5 方式三的批輸計劃運移圖（一月份）

圖6 方式三下各站場出、進站流量隨時間的變化曲線

3 多注入點管道

多注入點管道［8］指除首站注入外，沿線存在其他注入點，例如中石油已投產(chǎn)的蘭鄭長成品油管道和西部成品油管道、尚未投產(chǎn)的錦鄭成品油管道，沿線都存在注入點。 對于多注入點的管道，主要考慮以下3 個方面：

a. 注入點的壓力要高于干線管道內(nèi)的壓力；

b. 成品油管道由于存在順序輸送，因此注入時需避開混油界面，即不得在混油界面前、后2h內(nèi)注入；

c. 確定注入流量需結(jié)合干線下游管道的輸送能力。

某成品油管道沿線共設首站、注入站和末站3 座站場，輸送93#汽油、97#汽油和0#柴油，該管道輸油量見表3。 油品輸送順序為“→0#柴油→93#汽油→97#汽油→”。 由于97#汽油量較少，為保證足夠的注入時間， 并增加純油品段長度，采用間隔輸送，每3 個批次輸送一次97#汽油。

表3 注入點管道輸油量 kt/a

從利于管道安全運行的角度考慮，首站出站按恒流量運行（方式四）。 由圖7、8 可看出，該運行方案存在兩個問題：

a. 注入站汽油過站時間較短，尤其是97#汽油，過站時間僅為17h。

b. 由于注入站注入每種油品的批量是一定的，油品過站時間越短，注入的流量越大，其中最大注入流量為1 030m3/h。注入站最大出站流量達到了1 892m3/h，而注入站至末站段管道的最大流量為1 250m3/h。

針對首站出站恒流量運行存在的問題，首站出站采取變流量注入操作， 降低汽油的流量，延長汽油經(jīng)過注入站的時間，以便注入站完成汽油注入任務。

由圖9、10 可看出， 首站出站采取變流量輸送（方式五）后，注入站汽油過站時間明顯延長，尤其是97#汽油，過站時間達到了29.5h。此時，注入站的最大注入流量為578m3/h， 最大出站流量為1 190m3/h，就能達到管道的輸送要求。

4 季節(jié)性小品種油品的輸送

目前，我國建成的成品油管道輸送油品僅考慮下游市場銷售量較大的油品，如中石油蘭成渝成品油管道、西部成品油管道、蘭鄭長成品油管道、港棗成品油管道以及中石化的西南成品油管道、魯皖成品油管道等，主要輸送的是93#、97#汽油及0#柴油等下游市場需求較高的大批量油品［9，10］。

當前，我國成品油下游市場的需求主要為：

圖7 方式四的批輸計劃運移圖

圖8 方式四下兩站場出站流量隨時間的變化曲線

a. 我國北方地區(qū)受氣候影響，柴油銷售具有明顯的季節(jié)性特點，如冬季時，我國東北、西北等地區(qū)對-10#、-20#、-35#柴油均有市場需求， 而夏季時，有的地區(qū)卻對5#柴油有市場需求；

圖9 方式五的批輸計劃運移圖

b. 其他時節(jié)，東北三省、河南、安徽、河北、湖北部分城市、江蘇北部及山東西南部等地區(qū)對乙醇汽油有市場需求。

圖10 方式五下兩站場出站流量隨時間的變化曲線

市場的復雜性對成品油管道的輸送提出了更高的要求，因此在以后管道設計中還需考慮季節(jié)性油品和小批量油品。 季節(jié)性油品和小批量油品管線輸送的實現(xiàn)，將大幅提高成品油管道的適用性和管道建設的經(jīng)濟效益。 而季節(jié)性油品和小批量油品能否采用管道輸送需通過制定合理的批輸計劃來實現(xiàn)。 以某成品油管道為例，管道輸送的-35#柴油、97#汽油等油品，下游市場所需總量較小，且97#汽油每月均有需求。管道若按照下游銷售情況輸送，過小的輸送量則會造成混油過多和分輸時間過短， 為滿足管道正常輸送的要求，需集中管道輸送小批量油品的時間，并增大在一個批次中的輸送量，即減少小批量油品在全年的輸送批次。 這樣，第一需要煉廠的生產(chǎn)計劃能夠與管道輸送要求相匹配，在規(guī)定的時間內(nèi)生產(chǎn)規(guī)定量的油品， 并且有足夠的罐容來儲存；第二需要下游銷售部門能夠提供較長周期的銷售計劃，以便進行相應管道輸送計劃的編制，實現(xiàn)小批量油品的管道輸送；第三需要油庫有足夠庫容滿足管輸和地付的要求。

5 結(jié)論

5.1 成品油管道在若干批次內(nèi)采取恒流量輸送，不僅有利于保持全線壓力的穩(wěn)定，而且便于管道的操作和管理。

5.2 由于下游銷售市場油品的需求差異，當管道輸送油品的柴汽比較大、油品種類多且存在小品種油品時，管道在若干批次內(nèi)應采取變流量輸送方式才能確保完成批輸計劃的任務。

5.3 對于首站采取恒流量還是變流量操作，要結(jié)合管道的實際情況來確定， 首先推薦恒流量操作，若恒流量不能滿足管道的運行條件，可采取變流量操作。

5.4 在成品油管道的設計階段，需提前按照管道的任務量制定管道的批輸計劃，并根據(jù)批輸計劃產(chǎn)生的各種工況對管道進行計算模擬和設備選型。