趙學(xué)儉

（中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司油氣集輸總廠，山東 東營(yíng) 257100）

某輸油管道更新后的管線于2015 年3 月投產(chǎn)，全長(zhǎng)88.3km，管徑Φ610×7.9（8.7），設(shè)計(jì)工作壓力5.0MPa，設(shè)計(jì)輸送能力800×104t/a，具備1000×104t/a 的能力。主干線上包括三個(gè)站場(chǎng)：首站東營(yíng)原油庫、中間熱泵站廣饒輸油站及末站臨淄原油庫，在首站與中間站之間（距東營(yíng)原油庫28km），花官輸油站啟泵將清河油匯入干線，在廣饒輸油站給現(xiàn)河采油廠摻稀，同時(shí)接收其稠油。另一段于2006 年10 月投產(chǎn)，全長(zhǎng)13.7km，管徑Φ508×7.1，設(shè)計(jì)工作壓力4.0MPa，設(shè)計(jì)輸油能力600×104t/a。

1 現(xiàn)狀分析

該輸油管道輸送的原油屬于稠油范疇，對(duì)于一條稠油輸送管道，消耗的能量主要包括電力和燃料兩種。兩種能量消耗是一對(duì)矛盾體，提高輸油溫度，輸油的燃料消耗會(huì)上升，而油品粘度降低，沿線的摩阻損失將減少，輸油動(dòng)力消耗會(huì)下降；反之，降低輸油溫度，輸油的燃料消耗會(huì)下降，但油品的粘度將上升，輸油的動(dòng)力消耗則增加。因此，對(duì)應(yīng)某一個(gè)流量，一條熱油管道必然存在一個(gè)能耗費(fèi)用最低的輸油溫度和對(duì)應(yīng)的啟爐、啟泵方案。

目前，該輸油管道存在的突出問題主要表現(xiàn)在：一是不同季節(jié)地溫不同引起油品物性發(fā)生明顯變化，再加上輸量發(fā)生變化，部分場(chǎng)站出現(xiàn)輸量與泵和加熱爐的啟停方案不匹配，使得設(shè)備運(yùn)行效率較低，能量浪費(fèi)嚴(yán)重，整條輸油管道的運(yùn)行能耗較大；二是目前站場(chǎng)操作以經(jīng)驗(yàn)為主，站場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)缺乏指導(dǎo)性建議，缺乏簡(jiǎn)潔直觀的輸油管道運(yùn)行操作平臺(tái)；三是不同輸量、不同地溫條件下的該輸油管道優(yōu)化運(yùn)行方案尚缺乏系統(tǒng)性研究，使得該輸油管道不同規(guī)劃調(diào)度工況下的節(jié)能降耗目標(biāo)的制定存在較大困難。

2 計(jì)算方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行分析時(shí)作以下合理假設(shè)。

（1）去除不合理的數(shù)據(jù)，避免產(chǎn)生不必要的誤差（如9月全線檢修造成不穩(wěn)定運(yùn)行、站庫間溫差較小引入的數(shù)據(jù)誤差等）。

（2）其他現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)，包括溫度、表壓、流量等都準(zhǔn)確可靠。

應(yīng)用PIPEPHASE 軟件建立管道模型，該軟件進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，可以選擇的流體類型包括液體(Liquid)和黑油(Black oil)，對(duì)應(yīng)的壓降計(jì)算方法分別為Moody 模型和BBM 模型，通過計(jì)算對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者的計(jì)算誤差相差不大，本項(xiàng)目采用液體模型進(jìn)行計(jì)算。

將原油物性參數(shù)、管道基礎(chǔ)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)分別代入該模型中，利用現(xiàn)有運(yùn)行數(shù)據(jù)，驗(yàn)證模型計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，在此基礎(chǔ)上，分析不同季節(jié)（地溫不同）、不同輸量下的管道運(yùn)行參數(shù)規(guī)律。

驗(yàn)證模型時(shí)，以廣饒站進(jìn)站溫度為約束，反算東營(yíng)原油庫～廣饒站區(qū)間管段的東營(yíng)原油庫和花官輸油站的出站壓力，廣饒站～臨淄原油庫管段驗(yàn)證方法類似。

對(duì)于正在運(yùn)行的熱油輸送管道，其經(jīng)濟(jì)性可用能耗費(fèi)用、輸油成本和利潤(rùn)來衡量，三者是密切相關(guān)的。盡管對(duì)于不同的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，但在一定時(shí)間內(nèi)總輸油量一定的條件下，各種不同的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案是相同的。由于能耗費(fèi)用計(jì)算簡(jiǎn)單，一般以能耗費(fèi)用作為評(píng)價(jià)輸油經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。每個(gè)月的總輸油量是由上級(jí)部門決定的，因此，優(yōu)化必須以完成輸油計(jì)劃并使能耗費(fèi)用最少為目標(biāo)。在管道優(yōu)化運(yùn)行研究和實(shí)踐中，一般采用能耗最低或費(fèi)用最低為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 理論公式

2.1.1 沿程溫降計(jì)算公式——蘇霍夫公式

對(duì)蘇霍夫公式變形，可以得到管道總傳熱系數(shù)計(jì)算公式：

2.1.2 壓降計(jì)算公式——Beggs&Brill 壓降計(jì)算法

Beggs&Brill 壓降計(jì)算法是多相流工藝計(jì)算中常見的一種方法。它先判斷流型，再求水平管或傾斜管的截面含液率和氣液兩相水力摩阻系數(shù)，最后求得管道的壓降梯度。

式中：p 為管段內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)的平均絕對(duì)壓力，Pa；HL截面含液率，無因次；λ 為氣液混輸水力摩阻系數(shù)，無因次；ρgρL氣、液相密度，kg/m3；M 氣液混合物質(zhì)量流量，kg/s；ω 氣液混合物流速，m/s；ωsg管內(nèi)徑，m；d 為氣液混輸水力摩阻系數(shù)，無因次；θ 為管段傾角，度或弧度。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.2.1 能耗最低優(yōu)化

總能耗

其中，燃料消耗標(biāo)準(zhǔn)煤

電力消耗標(biāo)準(zhǔn)煤

式中：G 日輸油質(zhì)量流量，kg/d；ΔT 管道起終點(diǎn)溫差，℃；cy所屬油品的比熱容，kJ/（kg·℃）；ηR加熱爐效率；ηpe泵機(jī)組效率；H 為加熱站站間管道所需壓頭，m 液柱。

2.2.2 費(fèi)用最低優(yōu)化

式中：eq燃料氣價(jià)格，元/m3；ed為電力價(jià)格，元/(kW·h）；BH燃料氣熱值，kJ/kg；ηR為加熱爐效率；ηpe泵機(jī)組效率；加熱站間距，km；H 加熱站站間管道所需壓頭，m 液柱；cy所屬油品的比熱容，kJ/(kg·℃)。

3 運(yùn)行優(yōu)化分析

以廣饒—臨淄段2 月運(yùn)行數(shù)據(jù)為例。選定計(jì)算得到的K值為0.70，通過不斷調(diào)整加熱站出站油溫TR的值，采用公式（1～3）計(jì)算得到臨淄原油庫進(jìn)站油溫，進(jìn)而采用公式（4 ～6）計(jì)算得到燃料費(fèi)用SR、動(dòng)力費(fèi)用SP以及總能耗費(fèi)用S，作圖1 如下。其中，TRJ為總能耗費(fèi)用S 最小時(shí)對(duì)應(yīng)的廣饒加熱站出站溫度。

圖1 加熱站出站油溫TR 與總能耗費(fèi)用S 的關(guān)系（以2 月份運(yùn)行數(shù)據(jù)為例）

采用同樣的方法，可以得到在不同月份下東營(yíng)—廣饒、廣饒—臨淄段的總能耗費(fèi)用S 最小時(shí)，對(duì)應(yīng)的加熱站出站溫度，如下表1 所示。

4 結(jié)語

（1）該輸油管道運(yùn)行出站溫度與沿線地溫的變化關(guān)系密切，全年沿線地溫為加熱爐開閉、負(fù)荷控制的重要參數(shù)。

表1 總能耗費(fèi)用S 最小時(shí)的加熱站出站溫度（℃）

（2）通過研究得到了該輸油管道沿線各加熱站的最優(yōu)出站溫度，為調(diào)節(jié)生產(chǎn)運(yùn)行、降低運(yùn)行成本提供了理論依據(jù)。

（3）調(diào)整后的方案在滿足輸量要求的前提下，能夠滿足該輸油管道輸送的安全要求，對(duì)管道生產(chǎn)安全不會(huì)造成負(fù)面影響。