输油管道优化运行分析研究

赵学俭

（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司油气集输总厂，山东 东营 257100）

某输油管道更新后的管线于2015 年3 月投产，全长88.3km，管径Φ610×7.9（8.7），设计工作压力5.0MPa，设计输送能力800×104t/a，具备1000×104t/a 的能力。主干线上包括三个站场：首站东营原油库、中间热泵站广饶输油站及末站临淄原油库，在首站与中间站之间（距东营原油库28km），花官输油站启泵将清河油汇入干线，在广饶输油站给现河采油厂掺稀，同时接收其稠油。另一段于2006 年10 月投产，全长13.7km，管径Φ508×7.1，设计工作压力4.0MPa，设计输油能力600×104t/a。

1 现状分析

该输油管道输送的原油属于稠油范畴，对于一条稠油输送管道，消耗的能量主要包括电力和燃料两种。两种能量消耗是一对矛盾体，提高输油温度，输油的燃料消耗会上升，而油品粘度降低，沿线的摩阻损失将减少，输油动力消耗会下降；反之，降低输油温度，输油的燃料消耗会下降，但油品的粘度将上升，输油的动力消耗则增加。因此，对应某一个流量，一条热油管道必然存在一个能耗费用最低的输油温度和对应的启炉、启泵方案。

目前，该输油管道存在的突出问题主要表现在：一是不同季节地温不同引起油品物性发生明显变化，再加上输量发生变化，部分场站出现输量与泵和加热炉的启停方案不匹配，使得设备运行效率较低，能量浪费严重，整条输油管道的运行能耗较大；二是目前站场操作以经验为主，站场运行参数调节缺乏指导性建议，缺乏简洁直观的输油管道运行操作平台；三是不同输量、不同地温条件下的该输油管道优化运行方案尚缺乏系统性研究，使得该输油管道不同规划调度工况下的节能降耗目标的制定存在较大困难。

2 计算方法和评价指标

根据现场测得的数据，在进行分析时作以下合理假设。

（1）去除不合理的数据，避免产生不必要的误差（如9月全线检修造成不稳定运行、站库间温差较小引入的数据误差等）。

（2）其他现场测得的数据，包括温度、表压、流量等都准确可靠。

应用PIPEPHASE 软件建立管道模型，该软件进行模拟计算时，可以选择的流体类型包括液体(Liquid)和黑油(Black oil)，对应的压降计算方法分别为Moody 模型和BBM 模型，通过计算对比，发现两者的计算误差相差不大，本项目采用液体模型进行计算。

将原油物性参数、管道基础参数及运行参数分别代入该模型中，利用现有运行数据，验证模型计算方法的准确性，在此基础上，分析不同季节（地温不同）、不同输量下的管道运行参数规律。

验证模型时，以广饶站进站温度为约束，反算东营原油库～广饶站区间管段的东营原油库和花官输油站的出站压力，广饶站～临淄原油库管段验证方法类似。

对于正在运行的热油输送管道，其经济性可用能耗费用、输油成本和利润来衡量，三者是密切相关的。尽管对于不同的经济指标有相应的经济运行方案，但在一定时间内总输油量一定的条件下，各种不同的经济指标所对应的经济运行方案是相同的。由于能耗费用计算简单，一般以能耗费用作为评价输油经济性的指标。每个月的总输油量是由上级部门决定的，因此，优化必须以完成输油计划并使能耗费用最少为目标。在管道优化运行研究和实践中，一般采用能耗最低或费用最低为评价标准。

2.1 理论公式

2.1.1 沿程温降计算公式——苏霍夫公式

对苏霍夫公式变形，可以得到管道总传热系数计算公式：

2.1.2 压降计算公式——Beggs&Brill 压降计算法

Beggs&Brill 压降计算法是多相流工艺计算中常见的一种方法。它先判断流型，再求水平管或倾斜管的截面含液率和气液两相水力摩阻系数，最后求得管道的压降梯度。

式中：p 为管段内流动介质的平均绝对压力，Pa；HL截面含液率，无因次；λ 为气液混输水力摩阻系数，无因次；ρgρL气、液相密度，kg/m3；M 气液混合物质量流量，kg/s；ω 气液混合物流速，m/s；ωsg管内径，m；d 为气液混输水力摩阻系数，无因次；θ 为管段倾角，度或弧度。

2.2 评价指标

2.2.1 能耗最低优化

总能耗

其中，燃料消耗标准煤

电力消耗标准煤

式中：G 日输油质量流量，kg/d；ΔT 管道起终点温差，℃；cy所属油品的比热容，kJ/（kg·℃）；ηR加热炉效率；ηpe泵机组效率；H 为加热站站间管道所需压头，m 液柱。

2.2.2 费用最低优化

式中：eq燃料气价格，元/m3；ed为电力价格，元/(kW·h）；BH燃料气热值，kJ/kg；ηR为加热炉效率；ηpe泵机组效率；加热站间距，km；H 加热站站间管道所需压头，m 液柱；cy所属油品的比热容，kJ/(kg·℃)。

3 运行优化分析

以广饶—临淄段2 月运行数据为例。选定计算得到的K值为0.70，通过不断调整加热站出站油温TR的值，采用公式（1～3）计算得到临淄原油库进站油温，进而采用公式（4 ～6）计算得到燃料费用SR、动力费用SP以及总能耗费用S，作图1 如下。其中，TRJ为总能耗费用S 最小时对应的广饶加热站出站温度。

图1 加热站出站油温TR 与总能耗费用S 的关系（以2 月份运行数据为例）

采用同样的方法，可以得到在不同月份下东营—广饶、广饶—临淄段的总能耗费用S 最小时，对应的加热站出站温度，如下表1 所示。

4 结语

（1）该输油管道运行出站温度与沿线地温的变化关系密切，全年沿线地温为加热炉开闭、负荷控制的重要参数。

表1 总能耗费用S 最小时的加热站出站温度（℃）

（2）通过研究得到了该输油管道沿线各加热站的最优出站温度，为调节生产运行、降低运行成本提供了理论依据。

（3）调整后的方案在满足输量要求的前提下，能够满足该输油管道输送的安全要求，对管道生产安全不会造成负面影响。