王 旭，張圣柱，江世超（.中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 049； .中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，北京 000）

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我國(guó)成品油管道相關(guān)技術(shù)進(jìn)展及展望

王 旭1，張圣柱2，江世超1
（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 102249； 2.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，北京 100012）

摘要：近年來(lái)，我國(guó)成品油管道技術(shù)發(fā)展迅速，成品油管網(wǎng)已初具雛形。著重介紹了成品油管道技術(shù)在混油處理、調(diào)度、運(yùn)行和完整性管理等方面的工程以及理論進(jìn)展情況，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外管道發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，給未來(lái)我國(guó)成品油管道技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展、管網(wǎng)系統(tǒng)成熟化提供參考。

關(guān)鍵詞：成品油管道；技術(shù)進(jìn)展；現(xiàn)狀及展望

石油運(yùn)輸行業(yè)一般有鐵路、公路、海運(yùn)、空運(yùn)、管道等方式，管道運(yùn)輸作為其中之一，目前扮演著越來(lái)越重要的角色。在原油管道運(yùn)輸蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)上，成品油管道運(yùn)輸后來(lái)居上，漸有取代成品油的鐵路和公路的運(yùn)輸方式，成為成品油運(yùn)輸?shù)闹饕獎(jiǎng)恿Γ?，2］的趨勢(shì)。

“十一五”期間，國(guó)家規(guī)劃建立了眾多的成品油管道，其中包括西部管道工程等重點(diǎn)管道工程［3，4］?！笆濉币?guī)劃中明確要加快油氣骨干管網(wǎng)建設(shè)。截至2014年底，全國(guó)成品油管道已達(dá)2萬(wàn)余公里［5］。但相比較美國(guó)等西方國(guó)家而言，我國(guó)的成品油管道起步較晚，輸送管網(wǎng)還不夠成熟（圖1）。

提高成品油管道運(yùn)輸比例是完善油氣儲(chǔ)運(yùn)物流體系現(xiàn)代化的重要一步，隨著全球化的進(jìn)一步加深和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，各國(guó)都積極調(diào)整成品油運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，不斷完善運(yùn)輸方式。管道就是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大動(dòng)脈，大量采用管道成品油運(yùn)輸，對(duì)于促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義［3］。

1　我國(guó)成品油管道技術(shù)進(jìn)展

近年來(lái)，我國(guó)成品油管道無(wú)論是在里程數(shù)還是在運(yùn)營(yíng)技術(shù)上的發(fā)展均令人矚目。

圖1　國(guó)內(nèi)成品油管道現(xiàn)狀布局圖Fig.1 China refined oil pipeline status layout

陸續(xù)設(shè)計(jì)建造了包括蘭成渝管道、西南管道、西部管道、珠江三角管道、蘭鄭長(zhǎng)管道等一批規(guī)模較大、技術(shù)難度較高的成品油輸送管道。其中蘭鄭長(zhǎng)管道于2008年建成運(yùn)營(yíng)，全長(zhǎng)2 073 km，是我國(guó)目前最大的一條成品油管道［6］；西南管道是我國(guó)運(yùn)營(yíng)狀況最為復(fù)雜的成品油管道系統(tǒng)之一；蘭成渝管道是國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)難度最高的管道之一。隨著大批的成品油管道設(shè)計(jì)、建設(shè)、投產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)，我國(guó)的成品油管道技術(shù)突飛猛進(jìn)，與世界一流水平的差距不斷縮小［7］。

1.1混油處理技術(shù)

成品油在管道的順序輸送過(guò)程中產(chǎn)生的混油不僅降低了管道輸送的經(jīng)濟(jì)效益，而且增加了現(xiàn)場(chǎng)處理工藝的難度。因此通過(guò)一定的計(jì)算方法去預(yù)測(cè)混油量，借由一定的技術(shù)手段提高混油切割精度，從而減少混油量，進(jìn)而解決混油異常等問(wèn)題，對(duì)于成品油管道輸送具有重要意義。

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，趙曉剛［8］重點(diǎn)介紹了順序輸送成品油管道混油量的常用計(jì)算方法，包括理論公式［9，10］、修正的理論公式以及經(jīng)驗(yàn)公式（主要是奧斯?。↗.E.Austin）和柏爾弗萊（J.R.Palfrey）總結(jié)得出的經(jīng)驗(yàn)公式［9-11］），并結(jié)合相應(yīng)的實(shí)例對(duì)各種計(jì)算公式進(jìn)行比較，得出了如下結(jié)論：經(jīng)驗(yàn)公式與理論公式的計(jì)算結(jié)果差距不大，但修正理論公式的計(jì)算結(jié)果要明顯高于經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果。然后結(jié)合工程實(shí)際分析了影響混油量的因素，提出了關(guān)于減少混油量的一些應(yīng)用措施。

基于奧斯汀混油公式，宮敬［12］等通過(guò)對(duì)近兩年西南成品油管道混油數(shù)據(jù)的整理和分析，結(jié)合混油量的理論值和實(shí)際值的變化關(guān)系，提出了一種計(jì)算精度更高、現(xiàn)場(chǎng)操作更簡(jiǎn)易的符合管道特性的新計(jì)算方法。

趙海燕［13］以質(zhì)量輸運(yùn)方程為基礎(chǔ)，使用壁面函數(shù)法處理固壁邊界，采用 k-ε紊流模型，利用FLUENT流體計(jì)算軟件，對(duì)順序輸送中的混油問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值模擬，重點(diǎn)分析了盲支管、90°彎管以及變徑管等特殊工況下的混油狀況。

華北成品油管網(wǎng)通過(guò)調(diào)節(jié)管輸運(yùn)行管理環(huán)節(jié)和站場(chǎng)工藝環(huán)節(jié)等措施有效的控制了批次混油量，增加了管網(wǎng)混油回?fù)教幚砟芰?。針?duì)管道設(shè)計(jì)階段，付永杰［14］建議提高終端站的混合罐容積，合理設(shè)置節(jié)點(diǎn)。

針對(duì)蘭成渝成品油管道混油異常增多的情況，王中良［15］分別選取混油正常和異常兩種狀態(tài)為研究對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)了江油站越站流程的缺陷，并提出改進(jìn)措施：在流程中的單向閥之前加裝截?cái)嗲蜷y。

針對(duì)魯皖成品油管道不能只靠終點(diǎn)站進(jìn)行全部混油回?fù)教幚淼膯?wèn)題，結(jié)合混油管道的運(yùn)行規(guī)律，考慮設(shè)施、運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)等多方面因素，于金廣［16］建議在管道末段中間站增添混油處理設(shè)備，提高了成品油管道混油回?fù)教幚砟芰Α?/p>

結(jié)合西部成品油管道實(shí)際運(yùn)行和理論計(jì)算混油量的變化情況，丁小勇［17］建議在末站上游新堡站混油量的基礎(chǔ)上增加50 m3作為末站混油的切割量。該方法解決了因后油密度不能準(zhǔn)確的預(yù)先確定，導(dǎo)致第二混油切割點(diǎn)的計(jì)算誤差較大，造成混油切割量過(guò)大或油品不合格問(wèn)題。

1.2調(diào)度計(jì)劃優(yōu)化技術(shù)

成品油管道的調(diào)度管理相當(dāng)復(fù)雜，既要兼顧順序輸送又要多點(diǎn)分輸，具體還涉及油源、銷(xiāo)售和管道系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化等。制定調(diào)度計(jì)劃是調(diào)度管理的核心任務(wù)之一，調(diào)度計(jì)劃需滿足上下游需求的同時(shí)確保管道的安全、高效。

以最小的全線泵機(jī)組消耗費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，張松等［18］建立了考慮管道水利約束、采用集中分輸模式的數(shù)學(xué)模型，并利用遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行了求解。然后該模型的基礎(chǔ)上，利用C語(yǔ)言編譯了成品油管道調(diào)度優(yōu)化程序。利用該程序?qū)ξ髂铣善酚凸艿肋M(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，結(jié)果表明優(yōu)化后的各批次時(shí)間、能耗消費(fèi)、以及批次跟蹤等均合理可行。

對(duì)于新疆成品油管道存在的問(wèn)題及發(fā)展需求，徐敬波等［19］利用matlab軟件，以線性規(guī)劃為基礎(chǔ)，成功搭建了成品油管輸計(jì)劃自動(dòng)優(yōu)化調(diào)度模型。經(jīng)實(shí)踐證明，切實(shí)有用的提高了新疆區(qū)內(nèi)的油品調(diào)輸效率。

結(jié)合西部成品油管道流動(dòng)模型，李季等［20］采用VB語(yǔ)言，研究編譯了西部成品油管道調(diào)度計(jì)劃制定軟件。然后依據(jù)此軟件自動(dòng)編制的成品油調(diào)度計(jì)劃，給出了混油界面到站圖、運(yùn)行批次帶狀圖和分輸計(jì)劃輸出表，為調(diào)度管理提供了參考。

1.3運(yùn)行技術(shù)優(yōu)化技術(shù)

鑒于輸送油品的密度和粘度的多樣性，加上啟停輸干擾、輸量調(diào)節(jié)以及中途分輸或進(jìn)油等復(fù)雜操作，成品油管道運(yùn)行時(shí)常常處于不穩(wěn)定的水力狀態(tài)。因而為使管道經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行，必須采取多種優(yōu)化手段減少混油損失，降低能耗費(fèi)用，使得管道在滿足沿線需求的情況下最大化的利用管線的輸送能力，獲得最佳效益。

基于一天中電價(jià)的波動(dòng)，在保證輸送油品的情況下，康正凌等［21］建立了數(shù)學(xué)模型用于成品油管道運(yùn)行電費(fèi)優(yōu)化，并進(jìn)行了全線最優(yōu)配泵方案的求解。電價(jià)低谷時(shí)，增大輸量，高峰時(shí)，輸量減小。以蘭成渝成品油管道為例，分時(shí)輸送時(shí)的總耗電費(fèi)至少可降低30%。

同樣基于峰谷分時(shí)電價(jià)體制，蔣洋等［22］建立了泵站單機(jī)組變轉(zhuǎn)速優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型。發(fā)現(xiàn)節(jié)約電費(fèi)比例與輸量以及輸送介質(zhì)息息相關(guān)，為使管道發(fā)揮最大的節(jié)能潛力，必須依據(jù)管道的具體情況來(lái)確定每天的最優(yōu)流量和轉(zhuǎn)速匹配。

從能耗的角度出發(fā)，朱培明等［23］結(jié)合克烏成品油管道復(fù)線的原設(shè)計(jì)方案和近兩年輸油工況，對(duì)設(shè)計(jì)泵組能耗和投產(chǎn)運(yùn)行能耗進(jìn)行了對(duì)比分析，然后據(jù)此提出了針對(duì)不同年輸量從而采取不同泵機(jī)組優(yōu)化的運(yùn)行方案，該方案對(duì)節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，合理安排檢修時(shí)間、提高泵組利用率和效率提供了參考。

以管道全線動(dòng)力費(fèi)用最低為目標(biāo)函數(shù)，陳媛媛等［24］和楊雪等［25］建立了泵站開(kāi)泵方案優(yōu)化過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)設(shè)置合理距離，將調(diào)速泵離散化為一系列不同轉(zhuǎn)速的固定轉(zhuǎn)速泵，并編制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)了泵性能參數(shù)的計(jì)算，從而確定合理開(kāi)泵方案。

1.4管道完整性管理

管道完整性管理是繼風(fēng)險(xiǎn)管理之后管理方式的變革，該理念傳入中國(guó)十余年，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)油氣管道管理方式的變革［26］。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)基本形成了以中石油為代表的在役管道完整性管理的體系，包括相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的引進(jìn)、數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用平臺(tái)的搭建，初步實(shí)現(xiàn)了管道完整性管理循環(huán)模式的初步布局，完整性管理的進(jìn)一步深化，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、平臺(tái)的進(jìn)一步統(tǒng)一也已經(jīng)提上了日程。

谷雨雷等［27］將管道完整性管理視為多投入、多產(chǎn)出的復(fù)雜經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，按照具體業(yè)務(wù)將其劃分為數(shù)據(jù)管理、高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)、腐蝕防護(hù)、本體管理、自然災(zāi)害、管道保護(hù)、管道保衛(wèi)等9個(gè)業(yè)務(wù)模塊和1個(gè)綜合管理模塊。針對(duì)不同評(píng)價(jià)單元，利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析進(jìn)行相對(duì)有效性評(píng)價(jià)，同時(shí)給出了資源配置的相關(guān)建議。

董紹華等［28］介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在管道完整性管理中的應(yīng)用。通過(guò)傳感器連接管道與附屬設(shè)施，管道物聯(lián)網(wǎng)可建立數(shù)據(jù)的整合體系，進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合分析與利用，基于業(yè)務(wù)需求開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)的智能化應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道運(yùn)營(yíng)各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理。董等［29］全面探討了管道系統(tǒng)完整性評(píng)估技術(shù)，包括線路和場(chǎng)站兩方面，提出了不同評(píng)價(jià)方法的適用范圍。綜合分析了目前管道完整性評(píng)估領(lǐng)域面臨的問(wèn)題，提出了進(jìn)一步深化發(fā)展的方向和管理措施。

基于中國(guó)管道行業(yè)的完整性實(shí)踐，馮慶善等［30］分析了當(dāng)前管道面臨的挑戰(zhàn)，分享了在完整性管理實(shí)踐過(guò)程中的收獲，提出了關(guān)于大數(shù)據(jù)［31］、管道安全和建設(shè)期完整性管理等三個(gè)方面的前瞻問(wèn)題，為完整性管理在國(guó)內(nèi)安全、高效發(fā)展指明了方向。

在深入剖析我國(guó)油氣管道完整性管理存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，姚偉等［32］從系統(tǒng)研究、提升行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)化發(fā)展等3個(gè)方面探討了未來(lái)發(fā)展策略。

周利劍等［33］系統(tǒng)闡述了管道完整性管理信息化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)管理［34-37］、系統(tǒng)架構(gòu)、決策分析四個(gè)方面。并從大數(shù)據(jù)下的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、關(guān)聯(lián)分析技術(shù)、移動(dòng)智能終端的應(yīng)用3個(gè)方面探討了管道完整性管理信息化技術(shù)的發(fā)展方向。

在比較了國(guó)內(nèi)外管道完整性管理差別的基礎(chǔ)上，么惠全等［38］結(jié)合實(shí)踐效果，重點(diǎn)從地質(zhì)災(zāi)害、第三方損壞和管道本體完整性 3個(gè)方面介紹了西氣東輸管道完整性管理應(yīng)用，并從事故發(fā)生率和管理維護(hù)投入兩個(gè)方面對(duì)西氣東輸管道完整性管理的效能進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。有理有據(jù)的證明了管道完整性管理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益以及工程示范意義。

2　國(guó)內(nèi)外成品油管道發(fā)展趨勢(shì)

（1）高鋼級(jí)材料的應(yīng)用。隨著管輸要求的提高，高強(qiáng)度管線鋼是發(fā)展趨勢(shì)，也是制約目前管輸技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一［39］。

（2）更加經(jīng)濟(jì)安全高效，節(jié)能環(huán)保。國(guó)外管輸發(fā)展更加注重安全與經(jīng)濟(jì)高效并重，以節(jié)省資源、有利生產(chǎn)為原則［39］。

（3）輸送管徑越來(lái)越大，輸送壓力越來(lái)越高，管道線路網(wǎng)絡(luò)化，高新技術(shù)被大量采用。國(guó)外管道輸送占比較高，管網(wǎng)已趨成型［40］。

3　我國(guó)成品油管道發(fā)展展望

“十二五”前3年（2011-2013年），國(guó)家先后發(fā)布了天然氣發(fā)展和能源發(fā)展的“十二五”規(guī)劃，同時(shí)下放了部分管網(wǎng)項(xiàng)目審批核準(zhǔn)權(quán)限［5］?？梢灶A(yù)測(cè)在未來(lái)“十三五”時(shí)期，我國(guó)油氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)仍將高速發(fā)展。在我國(guó)成品油管道的未來(lái)發(fā)展中，管道網(wǎng)絡(luò)的成熟化將是首要目標(biāo)，未來(lái)管道將成為成品油的主要運(yùn)輸方式。目前我國(guó)成品油管網(wǎng)雛形已據(jù)，進(jìn)一步發(fā)展完善成品油管道技術(shù)，促進(jìn)管道行業(yè)的健康發(fā)展，從而為我國(guó)成品油管道的發(fā)展提供參考具有重要意義［7，41］。

（1）與銷(xiāo)售緊密相連，緊跟市場(chǎng)需求。增強(qiáng)成品油管道對(duì)市場(chǎng)變化的適應(yīng)性，關(guān)注市場(chǎng)變化，及時(shí)調(diào)配輸運(yùn)，提高管網(wǎng)輸送效率，降低損失。

（2）構(gòu)筑成品油輸送管網(wǎng)。結(jié)合鐵路、公路、水路、航運(yùn)等運(yùn)輸方式，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，合理安排調(diào)度計(jì)劃，從而提高成品油輸送效率和效益。

（3）將混油處理、調(diào)度優(yōu)化、運(yùn)行技術(shù)優(yōu)化等技術(shù)相結(jié)合，簡(jiǎn)化相關(guān)管理，實(shí)現(xiàn)管理的平臺(tái)化、統(tǒng)一化。

（4）加強(qiáng)管道完整性管理建設(shè)，促進(jìn)管道的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的高效安全運(yùn)營(yíng)。

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Technology Development Status and Prospects of Refined Oil Pipeline

WANG Xv1，ZHANG Sheng-Zhu2，JIANG Shi-Chao1
（1.China University of Petroleum，Beijing 102249，China；
2.China Academy of Safety Science and Technology，Beijing 100012，China）

Abstract：In recent years，China's pipeline technology is developing rapidly；the finished pipeline network has begun to take shape.In this article，the pipeline technology was discussed from the aspects of contaminated processing，scheduling，operations and integrity management.Combined with domestic and international pipe development status，further development of China pipeline technology was prospected.

Key words：Refined oil pipeline；Technology development；Status and prospects

中圖分類(lèi)號(hào)：TE 832

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0460（2016）01-0118-04

收稿日期：2015-09-28

作者簡(jiǎn)介：王旭（1991-），男，河南南陽(yáng)人，在讀碩士研究生，2014 年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)，目前就讀于中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油與天然氣工程專(zhuān)業(yè)碩士，從事于油氣儲(chǔ)運(yùn)安全方面的研究。E-mail：wangx_1991@126.com。