基于批輸計(jì)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(shè)有限公司華北分公司）

成品油管道具有 “面向市場和多點(diǎn)進(jìn)出”的特征， 故在輸送管道沿線會(huì)設(shè)置注入/分輸站場。為了能很好地完成輸送（分輸）任務(wù)，必須提前編制合理的批輸計(jì)劃。 批輸計(jì)劃是指導(dǎo)成品油管道運(yùn)行的依據(jù)，主要解決兩個(gè)問題［1］：一是根據(jù)給定時(shí)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(shí)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(jì)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(wù)。 成品油管道設(shè)計(jì)時(shí)，工藝計(jì)算和設(shè)備選型必須結(jié)合批輸計(jì)劃，才能保證管道運(yùn)行時(shí)具有更好的適應(yīng)性。

1 多分輸點(diǎn)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(shí)間內(nèi)可以采用較大的分輸流量， 以滿足客戶或管道運(yùn)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(shè)計(jì)壓力時(shí)必須滿足管道輸送的各種工況要求。

某成品油管道沿線設(shè)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(gè)批次的輸送順序?yàn)椋骸?#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(jìn)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(dāng)輸送油品順序?yàn)椤啊?#柴油→93#汽油→”時(shí)，首站出站恒流量為922m3/h；當(dāng)輸送油品順序?yàn)椤啊?#柴油→93#汽油→97#汽油→”時(shí)，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(shí)，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(yùn)行。

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

圖1 方式一的批輸計(jì)劃運(yùn)移圖

圖2 方式一下各站場進(jìn)、出站流量隨時(shí)間的變化曲線

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

圖3 方式二的批輸計(jì)劃運(yùn)移圖

圖4 方式二下各站場進(jìn)、出站流量隨時(shí)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(jì)劃，根據(jù)各站分輸油量和該批次油品預(yù)計(jì)過站的時(shí)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(huì)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(jì)方案比選和管道的實(shí)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(yīng)性，首站采取變流量注入方式（方式三）。 如對于97#汽油輸送時(shí)采取首站降流量輸送，同時(shí)為滿足一個(gè)批次內(nèi)的輸油量，在輸送其他油品時(shí)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(yùn)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(yīng)性和泵的型號(hào)無法滿足輸送要求。 例如，單個(gè)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(yùn)行， 則中間泵站至B 末站段的管道輸油量達(dá)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(jì)劃運(yùn)移圖（一月份）

圖6 方式三下各站場出、進(jìn)站流量隨時(shí)間的變化曲線

3 多注入點(diǎn)管道

多注入點(diǎn)管道［8］指除首站注入外，沿線存在其他注入點(diǎn)，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(diǎn)。 對于多注入點(diǎn)的管道，主要考慮以下3 個(gè)方面：

a. 注入點(diǎn)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(shí)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(shè)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?yàn)椤啊?#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(shí)間， 并增加純油品段長度，采用間隔輸送，每3 個(gè)批次輸送一次97#汽油。

表3 注入點(diǎn)管道輸油量 kt/a

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

a. 注入站汽油過站時(shí)間較短，尤其是97#汽油，過站時(shí)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(shí)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(dá)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(yùn)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(shí)間，以便注入站完成汽油注入任務(wù)。

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(shí)間明顯延長，尤其是97#汽油，過站時(shí)間達(dá)到了29.5h。此時(shí)，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(dá)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(dāng)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(jì)劃運(yùn)移圖

圖8 方式四下兩站場出站流量隨時(shí)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(diǎn)，如冬季時(shí)，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(shí)，有的地區(qū)卻對5#柴油有市場需求；

圖9 方式五的批輸計(jì)劃運(yùn)移圖

b. 其他時(shí)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(shí)間的變化曲線

市場的復(fù)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(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)，將大幅提高成品油管道的適用性和管道建設(shè)的經(jīng)濟(jì)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(jì)劃來實(shí)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(huì)造成混油過多和分輸時(shí)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(shí)間，并增大在一個(gè)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(jì)劃能夠與管道輸送要求相匹配，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)規(guī)定量的油品， 并且有足夠的罐容來儲(chǔ)存；第二需要下游銷售部門能夠提供較長周期的銷售計(jì)劃，以便進(jìn)行相應(yīng)管道輸送計(jì)劃的編制，實(shí)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(dāng)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(shí)，管道在若干批次內(nèi)應(yīng)采取變流量輸送方式才能確保完成批輸計(jì)劃的任務(wù)。

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(shí)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(yùn)行條件，可采取變流量操作。

5.4 在成品油管道的設(shè)計(jì)階段，需提前按照管道的任務(wù)量制定管道的批輸計(jì)劃，并根據(jù)批輸計(jì)劃產(chǎn)生的各種工況對管道進(jìn)行計(jì)算模擬和設(shè)備選型。