某油田北區輕烴管網分質分輸方案研究*

梁永圖 王岳 郭強 姜夏雪 張妮

（1.中國石油大學（北京）石油工程學院；2.中國石油集團東南亞管道有限公司；3.中國石化銷售有限公司北京石油分公司；4.中海石油氣電集團有限責任公司技術研發中心；5.中國石油天然氣股份有限公司管道分公司管道科技研究中心）

某油田北區輕烴管網分質分輸方案研究*

梁永圖1王岳2郭強3姜夏雪4張妮5

（1.中國石油大學（北京）石油工程學院；2.中國石油集團東南亞管道有限公司；3.中國石化銷售有限公司北京石油分公司；4.中海石油氣電集團有限責任公司技術研發中心；5.中國石油天然氣股份有限公司管道分公司管道科技研究中心）

基于某油田北區輕烴管網目前混合輸送模式帶來的輕烴質量較差、系統壓力偏高、外輸泵能耗增大等問題，同時考慮到未來深冷烴大幅增產規劃，提出淺冷烴、原穩烴、深冷烴分質分輸輸送方案，確定每種烴類的最優方案并分析其水力可行性，并將各方案與現用混合輸送方案進行經濟性分析。經驗證，該區輕烴管網分質分輸的輸送模式是經濟可行的，能極大改善輕烴質量，減輕對環境的污染。

輕烴管網；分質分輸；水力驗證；經濟分析

0 引 言

輕烴具有較好的經濟效益和環保效益，對改變和優化我國能源結構做出了重要貢獻。某油田北區輕烴管網自建成以來一直采用混合輸送模式，導致輕烴質量與經濟效益的降低，同時由于輕烴回收易對環境造成破壞。隨著未來深冷烴增產，該管網系統已無法負荷增產后的輕烴輸送，且由于深冷烴造成混烴的飽和蒸汽壓比同溫度下原穩烴和淺冷烴的飽和蒸汽壓要高，從而使管網系統的壓力偏高，導致原穩烴和淺冷烴的外輸泵能耗增大。美國成品油管道采用“分儲分輸”模式，管理精細［1］。中國石油西部管道公司已經開始對烏蘭成品油管道進行分儲分輸的改造［2］。勝利東辛輸油管道、中石化廣州分公司也已對原油、石腦油進行了分儲分輸試驗研究［3-4］。本文提出該北區輕烴管網系統的改造方案，實現原穩烴、淺冷烴、深冷烴分質分輸，并分析其水力可行性，對多種輸送方案進行經濟性評價，為現場運行改造提供依據。在滿足生產和用戶需求的條件下，使該輕烴管網系統的投資和運營費用降低，由于輕烴質量的優化實現了節能減排，從而減少了對環境的污染。

1 管網簡介

某輕烴管網結構復雜，輸送原穩烴、淺冷烴、深冷烴三種烴類，如圖1。圖1中括號內數字分別代表該管道的設計壓力（M Pa）、管徑（m m）、壁厚（m m）及管長（k m）數據［5］。該管網包含的北區產烴點包括L Y A、B Y、B E Y、B E E、Z Q五個站場，各站場之間只有一條使用管線。以北區管網為試點，提出該區管網分質分輸的出發點主要有：①北區管網一直采用混合輸送方式，一方面嚴重影響烴類性質，造成下游乙烯加工廠的原料不穩定；另一方面，由于深冷烴、原穩烴、淺冷烴的飽和蒸汽壓最高分別為2.1，0.8，1.2 M Pa，深冷烴的飽和蒸汽壓高、密度低，揮發性極強，混輸則造成系統壓力偏高、外輸泵能耗偏大，從而降低了經濟效益［6］。管網系統中各站場參數見表1。②根據該管網的總體部署，未來管網規劃中將會增加深冷烴的產烴點，導致深冷烴產量增加。目前的管網系統已經無法負荷增產后的輕烴輸送。

圖1 某輕烴管網示意

表1 管網系統各站場參數

2 分質分輸技術

分析管網系統站場、輕烴物性、管道、外輸泵、儲罐等，基于以下原則提出分質分輸方案、新建管道及泵機組改造方案：①盡量利用現有管道完成原穩烴和淺冷烴的輸送，通過新建管道完成深冷烴的輸送；②各烴類產品在沿線的輸送過程中不發生汽化，即管道的沿線壓力應大于各烴類產品的泡點壓力；③滿足輕烴入庫時的最低壓力要求；④各產烴站場的外輸泵應在高效區工作。

2.1 淺冷烴輸送方案研究

2.1.1 淺冷烴外輸啟泵方案

北區各站場大都只產淺冷烴，因此北區管線主要負責淺冷烴的輸送。由于Z Q至Z K的管線穿過森林地帶，基于HSE考慮，擬通過新建管道繞過此地段，因此提出以下兩種方案。

方案一：如圖2，將LYA的淺冷烴輸送至BY，再輸送至ZQ，新建ZQ至NY以及由NY至Z K的管線，將全部淺冷烴均經NY輸送至ZK。

圖2 北區淺冷烴輸送方案一

方案二：如圖3，將L Y A的淺冷烴輸送至B Y，再輸送至Z Q，最后從Z Q輸送至Z K，新建N Y至Z K的管線，將N Y站淺冷烴直接輸送至Z K。

圖3 北區淺冷烴輸送方案二

由于L Y A、B Y、Z Q、N Y站輸送淺冷烴時各站場共需啟泵時間為28.9 h（根據平均日產量和流量計算得出），為保證在1 d內完成外輸任務，以同時啟泵最少為原則考慮不同站場同時啟泵的情況，提出啟泵方案如圖4所示。

圖4 管網輸送淺冷烴啟泵方案

輕烴屬于成品油的一種，其水力計算可參考成品油計算的相關公式［7］。北區淺冷烴輸送方案一和方案二水力分析結果見表2［8］，淺冷烴無論是進罐還是越庫，其泵站出口壓力均滿足外輸泵出口壓力范圍，兩種方案輸送方案均水力可行。2.1.2淺冷烴輸送方案比選

表2 北區管網淺冷烴輸送方案水力可行性驗證M Pa

針對目前管網現狀，為保證將全部淺冷烴統一輸送至Z K，經水力驗證后，可提出兩套改建方案。由于兩個方案的泵站改造費用和輕烴銷售收入相同，故只考慮新建管道費用和泵站動力費用即可，方案比選見表3。

表3 北區淺冷烴輸送方案比選

由表3可得，一年按350 d計算，則方案一每年節省動力費用49 164.5元（越庫為41 202元），方案二每年節省動力費用50 711.5元（越庫為42 308元）。經比較，方案一的管道建設費用為336萬元，方案二的管道建設費用為136.5萬元，因此方案二為北區淺冷烴分質分輸的最優管網改建方案。

2.2 原穩烴輸送方案研究

由于LYI站的原穩烴產量較小（11 m3/d），且該站沒有外輸泵，因此新建BEY至BYY的管線，使LYI站產生的原穩烴通過地勢高差自流至BYY，將BEY產出的原穩烴輸送至BYY，再輸至NY。DYK的原穩烴也輸送至NY，再至ZK，QDD的原穩烴通過NY與ZK之間的管線可以直接輸送至Z K。具體輸送方案見圖5。

圖5 北區原穩烴輸送方案

2.2.1 原穩烴外輸啟泵方案

B E Y、B Y Y、D Y K、Q D D輸送原穩烴時各站場共需啟泵時間為31.8 h，同樣以啟泵最少為原則，提出兩種啟泵方案，見圖6和圖7。

圖6 北區輸送原穩烴啟泵方案一

圖7 北區輸送原穩烴啟泵方案二

對于不同站場同時啟泵外輸分以下情況：

方案一：BEY與QDD同時外輸，BYY與DYK同時外輸。方案二：DYK與QDD同時外輸，B EY與BYY同時外輸。兩方案水力可行性驗證結果見表4，可看出兩方案均可行。

表4 管網原穩烴輸送水力可行性驗證M Pa

2.2.2 原穩烴輸送方案比選

針對目前管網現狀，為保證將北區所生產的全部原穩烴統一輸送至Z K，經水力驗證后，有兩套可行的啟泵方案，所以根據泵站動力費用最小的原則確定最優啟泵方案。方案比選見表5，方案一每天可節省泵站動力費用353.59元（越庫為222.38元）。方案二每天可節省泵站動力費用354.91元（越庫為231.2元）。由此可見，方案二為北區原穩烴分質分輸管網改建方案的最優方案。

表5 北區原穩烴啟泵方案比選

2.3 深冷烴輸送方案研究

2.3.1 深冷外輸啟泵方案

由于B E E、D Y K和Q D D站在未來會有大量的深冷烴注入，而且B E E站是一個正在建設中的站場，因此針對北區管網提出深冷烴的輸送方案如下：將B Y E的深冷烴輸送至B Y Y，再將它們經ZS節點輸送至N Y，并由N Y站輸送至Z K，Q D D的深冷烴經Q D D節點可以直接輸送至Z K。至于B E E站產出的深冷烴，需要新建管道，在此有兩種輸送方案，一種是將B E E的深冷烴輸送至B Y E，一種是將B E E的深冷烴輸送至B Y Y，具體輸送方案見圖8和圖9。

圖8 北區深冷烴輸送方案一

圖9 北區深冷烴輸送方案二

輸送深冷烴時各站場共需啟泵時間為47.7 h。故需要考慮不同站場同時啟泵的情況。為保證在1 d之內完成外輸任務，以同時啟泵最少為原則，至少要有三個站場同時啟泵，其方案有很多種，考慮深冷烴進入Z K的最低壓力要求（2.1 M Pa），為保證深冷烴輸送所要求的最低壓力滿足泵的出口壓力范圍，需進行進一步的驗證，而B E E、B Y E、B Y Y的總啟泵時間為26.7 h，因此這三個外輸泵站必有兩個站需同時啟泵，為使沿程壓降最小，提出該啟泵方案，見圖10。

圖10 北區輸送深冷烴啟泵方案

其水力驗證見表6，從表6可看出，無論是進站還是越庫，B Y E站以及B Y Y站的外輸泵均無法提供足夠的壓力，因此需要更換外輸泵，要求在輸量為30 m3/h時，B Y E站外輸泵提供6.2 M Pa的壓力，B Y Y站外輸泵提供5.2 M Pa的壓力。其余各站的出口壓力均滿足外輸泵的出口壓力范圍，該方案水力可行。

表6 管網深冷烴輸送水力可行性驗證M Pa

2.3.2 深冷烴輸送方案比選

針對目前管網現狀，考慮到某些站場新產出深冷烴，為保證將全部深冷烴統一輸送至Z K，經水力驗證后，可提出兩套改建方案。由于兩個方案的泵站改造費用和輕烴銷售收入相同，故只需考慮新建管道費用和泵站動力費用，方案比選見表7。

表7 北區深冷烴輸送方案比選

由表7可得，方案一每天可節省泵站動力費用278.57元（越庫為171.2元）。方案二每天可節省泵站動力費用277.2元（越庫為169.83元）。一年按350 d計算，則方案一每年節省動力費用97 499.5元（越庫為59 920元），方案二每年節省動力費用97 020元（越庫為59 440.5元）。方案一的新建管道費用為222.6萬元，方案二的新建管道費用為88.2萬元。按投資回收期法計算［9］，方案一的投資回收期為22 a，方案二的投資回收期為9 a。由此可見，方案二為北區原穩烴分質分輸管網改建方案的最優啟泵方案。

3 經濟性分析

從新建管道費用、泵站改造費用、泵站動力費用角度將分質分輸方案與管網目前采用的混合輸送模式進行經濟性對比。

3.1 新建管道費用

目前新建管道采用L245 N B型管材，據調查，該種管材價格為5 500～6 500元/t，取6 000元/t計，其他修建管道費用可近似為是管道鋼材價格的20%，管徑為159 m m，壁厚取7 m m，鋼的密度7.85 t/m3，則可計算出每公里管道的修建費用約為21萬元［10-11］。

對于Z K需要新建的深冷烴儲罐，查詢相關L N G儲罐的價格，一個2 000 m3的深冷烴儲罐建設成本大約為100萬元，與其相關的配套設施建設費用約占總成本的30%，這樣新建兩個深冷烴儲罐，總建設費用為260萬元。計算得出管網新建管道費用見表8。

表8 輕烴管網系統分質分輸方案新建管道參數及費用

由表8可知，分質分輸時管道總建設費用為842.1萬元。

3.2 泵站改造費用

要保持輸量不變而降低泵的揚程，目前有兩種改造方案，一種是切割葉輪，另一種是換泵處理。換泵的費用要明顯高于切割葉輪的費用，在方案比選時，考慮泵的使用年限以及折舊等因素，從管網的長期規劃考慮，將換泵作為首選的改造方案，將切割葉輪作為第二改造方案。由于改造過程耗時較短，可在一年內完成，因此將泵站改造費用與管網改造后一年內所節省的動力費用作比較，如果換泵費用小于所節省的動力費用，則將該方案下的所有泵進行更換，重新選擇更為合適的泵；如果換泵費用大于所節省的動力費用，同時切割葉輪的費用又小于所節省的動力費用，則將該方案下的所有泵均進行切割葉輪處理；如果切割葉輪的費用大于所節省的動力費用，則繼續維持現狀，不對該方案下的泵做任何處理。計算得管網泵站改造費用如表9所示［12］。

表9 輕烴管網系統分質分輸方案泵站改造費用

由表9可知，外輸泵作切割葉輪處理的改造總費用為12.5萬元。

3.3 泵站動力費用

泵站的動力費用比較結果分別見表3、表5和表7，此處不贅述。

3.4 輕烴銷售收入

目前汽油的市場價為8 000元/t，考慮市場的承受能力，混烴的價格為3 194元/t，參考我國每次的石油價格調整，如按相同幅度，則深冷烴的售價最多上調60元/t。已知液化天然氣的出廠價格為2 000元/t，液化石油氣（主要成分是C4）出廠價格為4 500元/t，假設價格與含碳量成正比，則C2的價格為2 833元/t，C3的價格為3 667元/t。因深冷烴的主要成分是C2和C3，假設它們含量各占50%，取深冷烴的價格為C2和C3的中間價格，即3 250元/t，漲幅為56元/t。經管網改造后，其深冷烴產量為1 086 t/d，則每年輕烴的銷售收入可增加2 128.56萬元。

3.5 結論

因深冷烴的售價要依據當地市場狀況，其輕烴銷售收入的不確定性較大，如果保持原來的售價不變，僅考慮新建管道費用、泵站改造費用、泵站動力費用，可計算出投資回收期為9 a，小于石油行業標準。若考慮資金的時間價值，則期初投入為445.2萬元，每年收益50萬元，則投資回收期為15 a。盡管投資回收期較長，但在計算中并沒有考慮輕烴銷售收入，售價每噸增長1元，每年的輕烴銷售收入可增加38萬元。而且輸送方式改變之后，減少了下游煉廠輕烴處理的任務，所帶來的長期經濟效益十分顯著。

4 結束語

本研究基于未來該輕烴管網系統規劃，考慮管網系統所存在的問題而提出。通過對該輕烴管網系統的整體改造，來實現對不同類型烴液的單儲單送，同時提出原穩烴、淺冷烴以及深冷烴分質分輸方案，分析其水力可行性，并且對多種輸送方案進行經濟性評價，為現場運行改造提供依據。經驗證，分質分輸輸送模式在滿足生產和用戶需求的條件下，使該輕烴管網系統的投資和運營費用降低，能耗減少，環保效益更高。

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10.3969/j.issn.1005-3158.2015.05.009

1005-3158（2015）05-0031-06

2015-04-30）

（編輯 石津銘）

國家自然科學基金項目“成品油管道批次輸送過程中的復雜傳熱傳質機理研究”（N o.51474228）。

梁永圖，2009年畢業于中國石油大學（北京）油氣儲運專業，博士，教授，現任中國石油大學（北京）石油工程學院黨委副書記，主要從事油氣長距離管輸技術、多相管流及油氣田集輸技術研究工作。通信地址：北京市昌平區府學路18號中國石油大學（北京）石油工程學院，102249