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1、第一節(jié) 順序輸送工藝特點(diǎn) 第六章 順序輸送第二節(jié) 順序輸送管道的混油 第三節(jié) 混油界面檢測(cè)與混油處理 第四節(jié) 順序輸送管理運(yùn)行控制及運(yùn)行優(yōu)化簡(jiǎn)介 順序輸送（也稱為交替輸送）：在同一條管道內(nèi)，按一定批量和次序，連續(xù)地輸送不同種類(lèi)油品的輸送方法。 順序輸送的應(yīng)用范圍： 1、輸送性質(zhì)相近的成品油。如汽、煤、柴及各種重油、農(nóng)用柴油和燃料油等。 2、輸送性質(zhì)不同的原油。如克拉瑪依油田的低凝原油，可用于生產(chǎn)高質(zhì)量的航空潤(rùn)滑油，若與油田所生產(chǎn)的高凝原油混合輸送，就煉不出這種高級(jí)產(chǎn)品，因此需要分開(kāi)輸送，即采用順序輸送。 成品油輸送的特點(diǎn)是種類(lèi)多、批量（Batch）小。若每一種油品都建一條管線，必然是要建多條小

2、口徑的管線。若順序輸送這些油品，則只需建一條大口徑的管線。 例如：汽、煤、柴三種油品，輸量分別為100、40、110萬(wàn)噸/年，若用三條管線輸送，所需口徑分別為DN200、150、200。若采用順序輸送，則只需一條口徑為325的管線。后者與前者相比，所需的投資和經(jīng)營(yíng)費(fèi)用都要節(jié)省一半以上，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，故國(guó)內(nèi)外成品油管線廣泛采用順序輸送的方法。 一、順序輸送管道的特點(diǎn) 第一節(jié) 順序輸送工藝特點(diǎn) 1、成品油管道輸送的是直接進(jìn)入市場(chǎng)的最終產(chǎn)品，對(duì)所輸產(chǎn)品的質(zhì)量和各種油品沿途的分輸量均有嚴(yán)格要求。2、成品油管道依托市場(chǎng)生存，要能適應(yīng)市場(chǎng)的變化。3、成品油管道大都是多分支、多出口，以方便向管道沿線及附

3、近的城市供油，有的管道還可能有多個(gè)入口，接收多家煉油廠的來(lái)油。管道沿線任何一處分輸或注入后，其下游流量就發(fā)生變化。成品油管道可順序輸送多達(dá)幾十種的油品，其注油和卸油均受貨主和市場(chǎng)的限制，運(yùn)行調(diào)度難度大。 4、成品油管道的相鄰批次油品之間必然產(chǎn)生混油，混油段的跟蹤和混油的控制是成品油管道的關(guān)鍵技術(shù)，混油處理、貶值存在經(jīng)濟(jì)損失。5、與原油管道相比，其首、末站，分輸、注入站需要的罐容大、數(shù)量多，需要有足夠容量的油罐進(jìn)行油品收、發(fā)油作業(yè)；末站除了油品的收發(fā)油作業(yè)外，還要考慮油品的調(diào)和、混油的儲(chǔ)存和處理。6、當(dāng)多種油品在管內(nèi)運(yùn)移時(shí)，隨著不同油品在管內(nèi)運(yùn)行長(zhǎng)度和位置的變化，管道的運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)間而緩慢變化。

4、 二、順序輸送的循環(huán)周期、循環(huán)次數(shù)1、油品的排列順序 順序輸送中油品的排列順序?qū)煊蛽p失的影響很大。一般來(lái)說(shuō)性質(zhì)相近的油品順序輸送，混油量較小，允許的混油濃度較大，混油比較好處理。通?？梢灾苯诱{(diào)和到兩種油品中去。輸油順序的安排一般要考慮： 使性質(zhì)相近的兩種油品相鄰。 油品互相不產(chǎn)生有害影響。如潤(rùn)滑油與汽油一般不能在同一條管道內(nèi)順序輸送。 舉例：成品油的排序：優(yōu)質(zhì)汽油普通汽油航空燃料柴油輕燃料油（后面順序?qū)ΨQ返回）柴油航空燃料普通汽油優(yōu)質(zhì)汽油含有可順序輸送原油時(shí)的排序：優(yōu)質(zhì)汽油普通汽油隔離液(煤油)柴油輕燃料油隔離液(柴油)輕質(zhì)原油重質(zhì)原油（后面順序?qū)ΨQ返回） 輕質(zhì)原油隔離液(柴油)輕燃料油隔離

5、液(煤油)普通汽油優(yōu)質(zhì)汽油 完成一個(gè)預(yù)定的排列順序稱為完成了一個(gè)循環(huán)，所需的時(shí)間稱為循環(huán)周期，一年內(nèi)完成的循環(huán)周期數(shù)稱為循環(huán)次數(shù)（或稱為批次）。若一個(gè)循環(huán)內(nèi)輸送的油品有m種，則在一個(gè)循環(huán)內(nèi)形成的混油段數(shù)為 n=2(m-1)討論：循環(huán)次數(shù)越小，每種油品的一次輸送量就越大，在管道內(nèi)形成的混油段和混油損失就越小。但另一方面油品的生產(chǎn)和消費(fèi)通常是均衡的，各種油品每天都在生產(chǎn)和消費(fèi)，順序輸送管道對(duì)每種油品來(lái)說(shuō)都是間歇輸送。循環(huán)次數(shù)越小，就需要在首末站及沿線的分油點(diǎn)和進(jìn)油點(diǎn)建造較大容量的儲(chǔ)罐區(qū)來(lái)平衡生產(chǎn)、消費(fèi)與輸送之間的不平衡，油罐區(qū)的建造和經(jīng)營(yíng)費(fèi)用就會(huì)增加。結(jié)論：存在著使總費(fèi)用（罐區(qū)建造費(fèi)+罐區(qū)經(jīng)營(yíng)費(fèi)+

6、混油貶值損失）最小的最優(yōu)循環(huán)次數(shù)。2、循環(huán)周期 三、循環(huán)次數(shù)和罐容的優(yōu)化設(shè)計(jì)一般來(lái)說(shuō)，若一條管道順序輸送m種油品，其輸送順序如下： 3 2 1 2 3 , ,1 , ,1 , ,3 ,2 ,1 ，一 個(gè) 循 環(huán) mmm在一個(gè)循環(huán)中，只有第一種油品和第m種油品只輸一次，其余油品均輸兩次。若每種油品在一個(gè)循環(huán)內(nèi)輸送的時(shí)間分別為t1 , 2t2 , 2t3 , , tm，則循環(huán)周期為： 121121 222 mi immm tttttttT 在一個(gè)循環(huán)中，不輸?shù)谝环N油品的時(shí)間為T(mén)-t1，但該段時(shí)間內(nèi)煉廠仍向首站輸油。若其輸量為q1H，則首站必須設(shè)置的第一種油品的儲(chǔ)罐容量為： 111 tTqV HH

7、在T-t1時(shí)間內(nèi)，若終點(diǎn)站以q1K的流量向用戶供應(yīng)第一種油品，則終點(diǎn)站需要設(shè)置的第一種油品的儲(chǔ)罐容量為： 111 tTqV KK 若管線共有s個(gè)注入站分別與相鄰的煉廠相連接，在T-t1時(shí)間內(nèi)第一種油不能進(jìn)輸油管，需要在進(jìn)油點(diǎn)設(shè)置儲(chǔ)罐把煉廠來(lái)油儲(chǔ)存起來(lái)。各注入站儲(chǔ)存第一種油品的儲(chǔ)罐總?cè)萘繎?yīng)為：式中：V1j第j個(gè)注入站需設(shè)置的第一種油品的儲(chǔ)罐容量； q 1j 第j個(gè)注入站第一種油品的單位時(shí)間進(jìn)油量。 sj jsj j tTqV 1 111 1 )( 若管線共有r個(gè)分輸站，同樣各分輸站需設(shè)置的儲(chǔ)存第一種油品的儲(chǔ)罐總?cè)萘繎?yīng)為： ri iri i tTqV 1 111 1 )(式中：V1i第i個(gè)分輸站需

8、設(shè)置的第一種油品的儲(chǔ)罐容量； q1i 第i個(gè)分輸站第一種油品的單位時(shí)間分油量。 假設(shè)輸送m種油品，為協(xié)調(diào)各種油品供、銷(xiāo)、運(yùn)之間的不平衡，輸油管道全線需設(shè)置的儲(chǔ)罐總?cè)萘糠謩e為：首站： mp ppHmp pH tTqV 11 )(式中：tp在第一循環(huán)內(nèi)第p種油品的輸送時(shí)間；末站： mp ppKmp pK tTqV 11 )(注入站： mp sj ppjmp sj pj tTqV 1 11 1 )( 分輸站： mp ri ppimp ri pi tTqV 1 11 1 )(全線儲(chǔ)罐總?cè)萘繛椋篘BDDqDDq DDqDDqNV m p sj mp ri ppippj mp ppKmp ppH 1 1

9、1 111 )()( )()(1 式中：D輸油管道每年的工作時(shí)間； Dp每年輸送第p種油的時(shí)間； N循環(huán)次數(shù)。建造、管理油罐區(qū)的費(fèi)用和混油貶值的總損失為： NDtNDT pp ANVVGEJS KHzz )( E 石油工業(yè)規(guī)定的投資年回收系數(shù)；G 單位有效容積儲(chǔ)罐的經(jīng)營(yíng)費(fèi)用；A 每次循環(huán)混油的貶值損失， ；n 每次循環(huán)混油段的數(shù)目；ai 第i個(gè)混油段的混油貶值損失；VKH 管道終點(diǎn)接收混油的儲(chǔ)罐容量，VKH=(Vh-Vs)N ;Vh 在循環(huán)周期內(nèi)管道終點(diǎn)接收的混油量；Vs 在循環(huán)周期內(nèi)能夠銷(xiāo)售的混油或與調(diào)和純凈油量。 ni iaA 1式中: Jz單位有效容積儲(chǔ)罐的建設(shè)費(fèi)用； 上式對(duì)循環(huán)次數(shù)N求

10、導(dǎo)，可求得總損失費(fèi)用最小的最優(yōu)循環(huán)次數(shù)Nop 0)()( ANNVVNBGEJdNddNdS shzz 5.0)( )( shz zop VVGEJA GEJBN 說(shuō)明：對(duì)于不同的終點(diǎn)混油處理方式，上式的形式可能會(huì)略有出入，可針對(duì)管道的具體情況，應(yīng)用上述求最優(yōu)循環(huán)次數(shù)的原則，對(duì)上式作必要的修改。 求得最優(yōu)循環(huán)次數(shù)后，可按照前述各計(jì)算公式依次求得全線需要設(shè)置的總罐容，首站、終點(diǎn)站、進(jìn)油點(diǎn)和分油點(diǎn)的儲(chǔ)罐容量，循環(huán)周期、一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)各種油品的輸送時(shí)間tp和各種油品的輸送量。 實(shí)際上批次(循環(huán)次數(shù))和罐容優(yōu)化是很難用上述公式進(jìn)行計(jì)算的。因?yàn)槌善酚凸艿朗敲嫦蚴袌?chǎng)的，雖然煉油廠的生產(chǎn)是連續(xù)的，但市場(chǎng)需求

11、和銷(xiāo)售并不似公式中給出的那么均勻?？紤]原油和成品油價(jià)格隨國(guó)際油價(jià)的變化、煉廠事故及停工檢修等因素，需要在管道首末站多建一些油罐以適應(yīng)市場(chǎng)變化使企業(yè)獲得效益，加之儲(chǔ)罐需要按系列選取，所以按上面的優(yōu)化方法進(jìn)行計(jì)算往往不能滿足實(shí)際需要，但這些數(shù)學(xué)關(guān)系可便于管理者理清一些基本規(guī)律。 一般情況下是以設(shè)計(jì)輸量為基礎(chǔ)，選擇一系列循環(huán)次數(shù)進(jìn)行罐容、占地、混油處理等等方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定優(yōu)化的循環(huán)次數(shù)。再根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范確定各種油品所需的油罐容量和個(gè)數(shù)。在首末站應(yīng)留有一定量的備用罐以備事故時(shí)管道正常輸油。同時(shí)應(yīng)考慮市場(chǎng)變化對(duì)末站罐容的影響。每種油品至少應(yīng)設(shè)置2-3座油罐。 順序輸送輕質(zhì)成品油的管道，沿線不需要加

12、熱。在管內(nèi)油品流速不是很高的情況下，油品在管道中輸送一段距離后，管內(nèi)油溫將等于管道埋深處的地溫。管道壓降計(jì)算及泵站特性計(jì)算公式與等溫管道相同。對(duì)于流速比較高的情況，必須對(duì)成品油管道沿線的摩擦溫升給予關(guān)注。 四、順序輸送管道系統(tǒng)熱力特性與溫升 當(dāng)輸送介質(zhì)為輕質(zhì)油品且流速大時(shí)，溫升現(xiàn)象明顯。油品流動(dòng)的水力特性與物性、溫度密切相關(guān)，而溫度分布又與流動(dòng)特性相關(guān)。因此，在成品油管道設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理和離線仿真中，應(yīng)正確反應(yīng)油品溫度變化的影響，這對(duì)判斷是否存在泄漏，正確跟蹤順序輸送過(guò)程中的油品界面也是十分必要的。 1、輸油管道中油流溫度升高的主要原因(1)泵的攪拌溫升：泵的軸功率不可能全部轉(zhuǎn)化為油流的壓力能

13、，有一部分要克服流體與泵間的摩擦而轉(zhuǎn)化為熱能，造成溫升；(2)壓縮溫升：油品經(jīng)過(guò)泵的壓縮也會(huì)產(chǎn)生溫升； (3)節(jié)流溫升：油品通過(guò)節(jié)流裝置時(shí)，一部分壓力損失會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，造成溫升；(4)管道摩擦溫升：油品沿管道流動(dòng)過(guò)程中，會(huì)由于克服沿程和局部摩阻損失，使一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為油流內(nèi)能，造成溫升。 2、成品油管道溫度變化的計(jì)算成品油管道中通常會(huì)有多種油品同時(shí)流動(dòng)，再加上管道沿線的流量變化、混油界面移動(dòng)和混油長(zhǎng)度及體積的變化，使得準(zhǔn)確計(jì)算油品沿管道運(yùn)行時(shí)的溫升很困難。實(shí)際成品油管道工藝計(jì)算中常常是計(jì)算最冷月輸送重油(如柴油)的沿程溫度變化、計(jì)算最熱月輸送輕油(如汽油)的沿程溫度變化。 (1)計(jì)算油品通過(guò)

14、泵站的溫升，主要是泵內(nèi)損失轉(zhuǎn)化的熱能，對(duì)于輕烴要考慮經(jīng)過(guò)泵壓縮而升高的油溫；(2)計(jì)算油品在站間流動(dòng)時(shí)的摩擦溫升，管道中油流的摩擦溫升是壓力損失、液體的質(zhì)量流量、油品粘度和密度的函數(shù)；(3)計(jì)算站間管道向環(huán)境散熱的溫降，這與油品的溫度、土壤溫度、管道的表面積、質(zhì)量流量、油品比熱和管道總傳熱系數(shù)等因素有關(guān)。 油品溫度變化可按以下步驟計(jì)算預(yù)測(cè)： 若計(jì)算結(jié)果前兩項(xiàng)之和大于第三項(xiàng)，則管道的油溫將升高。例如：在1969年，科洛尼爾管道增加泵站的輸油功率使管道輸油量達(dá)到每小時(shí) 7631 m3。休斯頓至亞特蘭大的管道上，輸量增加了45，而所需輸油功率卻增加了185，溫升比1967年增高了13.8。為此，設(shè)置

15、了4個(gè)油品冷卻站來(lái)解決此問(wèn)題。 3、成品油溫升的影響 成品油輸送過(guò)程中溫升造成如下影響：(1) 增加油品蒸發(fā)損耗、降低油品質(zhì)量；(2) 熱應(yīng)力增大，使管道變形或由于承受過(guò)高的應(yīng)力而破裂；(3) 輕質(zhì)油品抽吸時(shí)易發(fā)生汽蝕現(xiàn)象;(4) 油溫升高后液體膨脹大于鋼管容積的增量，使混油段的實(shí)際界面與界面跟蹤計(jì)算值不同，這將使界面跟蹤預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)生偏差，從而影響界面跟蹤的準(zhǔn)確性;(5) 在線計(jì)量油品時(shí)，若溫升使油品壓力低于油品的飽和蒸氣壓，則會(huì)產(chǎn)生氣泡，這將會(huì)使計(jì)量誤差增大; (6) 油品升溫使煤油、柴油、燃料油的粘度降低，因此，站間的摩阻也相對(duì)減小，這將縮小輸送燃料油與輸送汽油之間耗用動(dòng)力的差異。(

16、7) 如果管道中總有很多批次的燃料油，燃料油的溫度升高，較大地降低了油品的粘度，可以增加全線的輸量，這是油品溫度升高的有利方面。但對(duì)汽、柴等輕油，粘度變化并不明顯，此項(xiàng)作用不大。 目前工藝設(shè)計(jì)時(shí)仍按等溫管路計(jì)算，但流速較高時(shí)應(yīng)注意校核溫升情況。 五、成品油管道系統(tǒng)水力特性由于管道中有多種油品順序輸送，所以管道沿線流體的粘度和密度有較大的變化；在油品替換時(shí)，泵站特性和管道特性都會(huì)發(fā)生變化。泵站特性的變化是在油品交替的短時(shí)間內(nèi)完成的，而管道特性的變化需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間，它隨管路中兩種或多種油品長(zhǎng)度的變化而改變。因此，在順序輸送管道運(yùn)行管理中，必須充分考慮它的特殊性。 1、水力不穩(wěn)定特性由于管道沿線

17、有物性不同的油品及其混合物，各種油品及混油段的長(zhǎng)度和位置又隨時(shí)間而變，順序輸送時(shí)液流是不穩(wěn)定的，但不穩(wěn)定程度差別甚大?；煊瓦M(jìn)入首站的情況是：由于首站的進(jìn)泵管線一般不長(zhǎng)，初始混油段很短，其內(nèi)油品濃度梯度很高，而泵壓正比于液體的密度，變化是比較強(qiáng)烈的。這種壓力突變可能歷時(shí)幾十秒之久，然后趨于平穩(wěn)?；煊投蔚竭_(dá)中間泵站時(shí)已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，其內(nèi)油品濃度梯度顯著降低，故泵壓的變化已趨平緩，一般不會(huì)發(fā)生明顯的壓力突變?；煊投窝毓芫€移動(dòng)過(guò)程中，由于摩阻和位能的變化，流量和壓力也相應(yīng)發(fā)生變化，但一般相當(dāng)緩慢。 因此，按流動(dòng)不穩(wěn)定程度的不同，順序輸送過(guò)程可分為三個(gè)區(qū)：突變區(qū)混油段經(jīng)過(guò)首站；漸變區(qū)混油段經(jīng)過(guò)中間泵

18、站；緩變區(qū)混油段沿管線移動(dòng)。對(duì)于輸送多種油品的順序輸送管道，各泵站和各管段內(nèi)的油品往往不是同一種油品，若用液柱表示泵站揚(yáng)程和管路的摩阻損失容易混淆，故常采用流量壓力之間的關(guān)系來(lái)分析順序輸送管道的水力特性，其變化過(guò)程可用圖形來(lái)描述， 如圖所示。設(shè)有兩個(gè)泵站的管道進(jìn)行順序輸送，兩站的特性完全相同，第二站設(shè)在管道的中央，輸送油品A和B，A油的密度和粘度比B油低，不考慮高程的影響。據(jù)此可繪出泵站和管線的Q(流量) p(壓力)特性曲線。各條線的含義如下：p Q泵A泵A管A管A1 23 4泵A泵泵泵管A管管管 泵A+泵A：兩站都泵送A油時(shí)的泵站總特性泵A+泵：一站泵送A油另一站泵送B油時(shí)的泵站總特性泵+泵

19、：兩站都泵送油時(shí)的泵站總特性管A+管A：兩段管線都輸送A油時(shí)的管路總特性管A+管：一段輸送A油另一段輸送B油時(shí)的管路總特性管+管：兩段都輸送B油時(shí)的管路總特性p Q泵A泵A管A管A1 23 4泵A泵泵泵管A管管管 管道輸送A油時(shí)系統(tǒng)工作點(diǎn)在點(diǎn)，切換入B油時(shí)發(fā)生突變，工作點(diǎn)突變到點(diǎn)附近，系統(tǒng)進(jìn)入突變區(qū)，沒(méi)有統(tǒng)一的工作點(diǎn)。待水力擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)可認(rèn)為有了統(tǒng)一的工作點(diǎn)。隨著管內(nèi)油品的更迭，工作點(diǎn)由2點(diǎn)附近沿著線“泵A+泵B”向左上方移動(dòng)?；煊瓦_(dá)到中間泵站后，泵壓開(kāi)始變化，系統(tǒng)進(jìn)入漸變區(qū)，系統(tǒng)工作點(diǎn)由點(diǎn)右側(cè)附近漸變到4點(diǎn)左側(cè)附近?；煊屯ㄟ^(guò)中間站后，系統(tǒng)工作點(diǎn)沿著線“泵B+泵B”繼續(xù)向左上方移動(dòng)。油品更

20、換完畢后，系統(tǒng)工作點(diǎn)穩(wěn)定在5點(diǎn)。p Q泵A泵A管A管A1 23 4泵A泵泵泵管A管管管 p Q泵A泵A管A管A1 23 4泵A泵泵泵管A管管管若是以A油置換B油，則工況的變化路徑是從5突變到6，再緩變到3左側(cè)，再漸變到7右側(cè)，再緩變到1。工況的變化路徑是從1突變到2，再緩變到3右側(cè)，再漸變到4左側(cè)，再緩變到5。 2 、順序輸送管道的最大輸量 對(duì)于輸送單一介質(zhì)的管道，如果忽略介質(zhì)溫度變化，那么在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)，管道的最大輸送能力是一定的。而對(duì)于有若干個(gè)泵站的長(zhǎng)距離成品油順序輸送管道，在管道內(nèi)常存在若干種油品，整個(gè)管道的最大輸量受較高粘度油品所充滿的那段管道通過(guò)能力的限制。由于各種油品的粘度和

21、密度不同，隨著管道內(nèi)油品的流動(dòng)和油品的交替變化，各泵站進(jìn)出站壓力、沿線各點(diǎn)動(dòng)水壓力都會(huì)隨輸送時(shí)間變化。另外，管道沿線分輸站、注入站的開(kāi)啟和關(guān)閉也會(huì)造成管線各點(diǎn)壓力變化，從而管道的最大輸量會(huì)不斷變化。了解不同時(shí)間順序輸送管道的最大輸量，在制定輸油計(jì)劃時(shí)可以對(duì)管道輸送能力作出正確的估計(jì)，以便能充分地利用它。 管道輸送不同油品時(shí)，各站的調(diào)節(jié)措施和幅度會(huì)變化。對(duì)于沿線地形起伏較大的管道，還常設(shè)有減壓站，所以，求解管道最大輸送能力時(shí)就必須考慮管道沿線較高點(diǎn)和較低點(diǎn)的壓力約束條件。因此，應(yīng)綜合考慮以下幾個(gè)約束條件來(lái)求解管道最大輸送能力： 泵站和管路的能量平衡； 各泵站的進(jìn)站壓力應(yīng)大于或等于最小允許進(jìn)站壓力； 各泵站的進(jìn)站壓力應(yīng)小于最大允許進(jìn)站壓力(有泵運(yùn)行時(shí))； 各泵站的出站壓力應(yīng)小于或等于最大允許出站壓力； 管道沿線高、低特殊點(diǎn)的壓力約束，即高點(diǎn)動(dòng)水壓力要高于輸送油品的飽和蒸汽壓，低點(diǎn)動(dòng)水壓力要低于管材強(qiáng)度允許的壓力。