珠三角成品油管道湛江～茂名段在溫度和壓力影響下的油品批次量變化

何為

摘 要：珠三角成品油管道有著輸轉(zhuǎn)批次多、運(yùn)行流量大和質(zhì)量要求高的特點(diǎn)。成品油調(diào)度通常根據(jù)輸油批次計(jì)劃執(zhí)行和管理輸油任務(wù)。在日常的生產(chǎn)運(yùn)行中，為了順利完成批輸任務(wù)，調(diào)度員除了進(jìn)行常規(guī)的啟停輸操作外，還需要根據(jù)實(shí)際情況考慮諸多影響因素。通過及時(shí)發(fā)現(xiàn)油品密度、壓力和溫度等因素對(duì)管輸計(jì)劃的影響，調(diào)度員能更準(zhǔn)確的核定首站的計(jì)劃批次總量、末站用戶庫區(qū)接收罐容以及混油切割時(shí)間。通過珠三角管道湛江～茂名段的實(shí)例研究，說明在多因素影響下油品批次量變化的主要原因以及所產(chǎn)生的影響。

關(guān)鍵詞：管容 油品體積 密度 壓力 溫度

中圖分類號(hào)：TE832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（c）-0253-02

湛江～茂名段成品油管道是珠三角成品油管網(wǎng)中其中的一條主管道，位于整片管網(wǎng)的西部。該段管道起點(diǎn)位于廣東省湛江市的三嶺山油庫，毗鄰東興煉廠及湛江港港口；終點(diǎn)位于廣東茂名市的茂石化產(chǎn)區(qū)內(nèi)，管道全長(zhǎng)106.585 km，采用DN400管徑，管容12870.07 m3，設(shè)計(jì)壓力為9.5 MPa。此段管線設(shè)有2個(gè)工藝站場(chǎng)，3個(gè)手動(dòng)閥室，其中，湛江站為首站，茂名站為末站，管道采用常溫密閉順序輸送的方式，是西南管道油源的重要補(bǔ)充。目前輸送油品主要為0#柴油及93#汽油，根據(jù)需要還可以輸送其他石油產(chǎn)品。

1 批次計(jì)劃輸送中的常見問題

在珠三角管道調(diào)度員的日常工作中，經(jīng)常會(huì)遇到油品批次量與實(shí)際不相吻合的現(xiàn)象，表現(xiàn)為首站（湛江站）輸出了一定批次量的油品，但在目標(biāo)下載站（茂名站）卻常常未能接收到同等數(shù)量的情況。這種現(xiàn)象不僅會(huì)影響調(diào)度員對(duì)來油接收罐容的估計(jì)、混油界面的計(jì)算等，甚至還會(huì)被誤判斷為有打孔盜油情況的發(fā)生，大大增加了調(diào)度員的工作難度。對(duì)此，我們有必要對(duì)引起油品批次量變化的原因進(jìn)行探索。

2 影響油品批次量變化的主要因素

華南管網(wǎng)珠三角管道通常以質(zhì)量流量計(jì)作為主要交接計(jì)量工具，以“質(zhì)量”作為交接單位實(shí)施計(jì)量，而由于當(dāng)今成品油管道均采用順序輸送的運(yùn)行方式，各類油品密度不盡相同，甚至在不同的壓力、溫度情形下，同種類油品的物理特性也會(huì)產(chǎn)生變化，所以造成了油品質(zhì)量前后不一的情況。此外還需考慮壓力和溫度改變對(duì)管道管容的改變狀況，這些都將對(duì)油品的最終批次量產(chǎn)生一定的影響。

通過理論及日常實(shí)踐分析，我們發(fā)現(xiàn)管輸溫度和壓力對(duì)油品體積以及管容產(chǎn)生的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 溫度對(duì)油品體積的影響

根據(jù)熱力學(xué)定律，我們知道油品體積會(huì)隨著溫度發(fā)生變化，溫度升高則相應(yīng)的油品體積變大，反正則縮小。由于油品在管道中流動(dòng)時(shí)不斷與周圍介質(zhì)發(fā)生熱交換，使油流溫度始終處于熱力不穩(wěn)定狀態(tài)，因此，該批次油品的體積將處于連續(xù)不斷的變化當(dāng)中。

假設(shè)油品從湛江站出站油溫為，管道中心埋深處自然地溫為，則距起點(diǎn)處油溫為。管道沿線的溫度可由下式求得：

其中，

式中為油品質(zhì)量流量（kg/s）；為油品比熱容（J/（kg·℃））；為管道外徑（m）；為管道總傳熱系數(shù)（W/（㎡·℃））；為油流水力坡降；為重力加速度（m/s?）。

根據(jù)實(shí)際情況將管道分為若干段，并盡量降低各個(gè)管段首末端溫差，此時(shí)各管段內(nèi)油品溫度可用平均油溫表示，則第個(gè)管段的平均油溫可由下式得：

因此，將20 ℃時(shí)油品密度換算成計(jì)算溫度為

則由于溫度變化造成的管段內(nèi)油品體積改變量為：

其中為標(biāo)準(zhǔn)溫度下管內(nèi)油品體積（m）。

2.2 溫度對(duì)管容的影響

溫度變化引起的管段內(nèi)管容變化量為：

式中為鋼材的熱膨脹系數(shù)（1/℃）；為標(biāo)準(zhǔn)溫度（℃）；為管段內(nèi)油品的平均溫度（℃）；為標(biāo)準(zhǔn)溫度下管容（m?）。

2.3 壓力對(duì)油品體積的影響

雖然油品的可壓縮性較小，壓縮系數(shù)約為㎡/N?，但當(dāng)輸送油品整體體積較大時(shí)，即使很小的壓力改變也將造成體積的顯著變化，因此，不能忽略該因素。

管段壓力變化引起的油品體積增量為

式中為標(biāo)準(zhǔn)壓力（Pa）；為管段內(nèi)的平均輸送壓力（Pa）。

2.4 壓力對(duì)管容的影響

壓力對(duì)管容的影響主要在兩個(gè)方面：首先是管外覆土壓力使管容減小；其次是運(yùn)行時(shí)管內(nèi)油品壓力造成的管容增加。

管外覆土壓力作用將使管容縮小，為了讓管道恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)管容，油品需提供額外的壓力。但通常對(duì)于壓差、輸量較大的長(zhǎng)輸管道而言，覆土壓力相對(duì)管內(nèi)油品的實(shí)際動(dòng)壓要小得多，因此，通常可忽略不計(jì)。

管內(nèi)油品壓力使管容的增加需要考慮各個(gè)管段的平均動(dòng)壓，即同樣將全線分為個(gè)管段，結(jié)合管段的劃分以及管段內(nèi)地形起伏情況來確定。由于湛江—茂名段管道沿線高差起浮不明顯，在此為了方便計(jì)算，平均動(dòng)壓取段落起點(diǎn)和終點(diǎn)的壓力算術(shù)值。如果段內(nèi)地形起伏較大，單純的算術(shù)平均法會(huì)造成較大的計(jì)算誤差，則需要考慮按照段內(nèi)地形起伏情況分段處理。

油品輸送壓力條件下第個(gè)管段的管容增量為：

其中為管道外直徑（m）；為壁厚（m）；為第個(gè)管道內(nèi)的平均動(dòng)壓（Pa）。

2.5 管容總變化量

根據(jù)以上公式，在將站間管道分為段條件下，站間管容總變化量為：

3 計(jì)算

湛江-茂名段管線外徑為406.4 mm，壁厚7.1 mm。管道埋深（地表至軸心）距離約為1.2 m。根據(jù)該段管線6月某日實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可得：湛江站出站油溫=30.6℃，平均地溫=20 ℃；輸送介質(zhì)為0#柴油，取20 ℃時(shí)油品密度為840 kg/m?；管道材質(zhì)型號(hào)為X60，熱膨脹系數(shù)取=1.2×10-5/℃，彈性模量取=2×1011 Pa；輸送流量615 t/h。

表1是上述條件下溫度對(duì)各管段內(nèi)油品體積及管容所產(chǎn)生影響的具體分析。

同樣的，表2表示壓力對(duì)油品體積和管容的影響，其中涉及到的各個(gè)節(jié)點(diǎn)處的動(dòng)壓需根據(jù)具體工況條件并結(jié)合管線高程計(jì)算得到。

綜合分析表1及表2數(shù)據(jù)，對(duì)各管段變化量進(jìn)行算術(shù)加合得總管容變化量為=-66.962 m?，表示在特定的工況條件下，湛江—茂名段油品批次量受溫度及壓力的影響會(huì)產(chǎn)生約67 m?的誤差，基本符合實(shí)際運(yùn)行中的測(cè)量值。當(dāng)然，該值會(huì)隨著各類條件如輸送流量及溫度的變化而發(fā)生變化。

4 結(jié)論

綜上所示，溫度對(duì)該段管路中各管段油品體積的影響、以及壓力對(duì)各管段管容的影響較明顯，需要特別注意；反之，溫度對(duì)管容及壓力對(duì)油品體積的影響則較小。長(zhǎng)輸管道在溫度及壓力作用下所產(chǎn)生的油品批次量變化，直接影響到調(diào)度員對(duì)于批次界面的跟蹤以及末站油品接收罐容的估計(jì)，尤其是對(duì)于里程長(zhǎng)、流量大的研究對(duì)象，在工況估算時(shí)進(jìn)行針對(duì)性的修正將很有必要。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔艷雨.壓力和溫度影響下的油品輸送批次界面跟蹤[J].油氣田地面工程，2008，27（10）：16-17.

[2] 華自強(qiáng).工程熱力學(xué)[M].高等教育出版社，2007.

[3] 潘家華.油罐及管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)[M].石油工業(yè)出版社，1986.

[4] 楊筱蘅.輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M].中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006.