基于顺序输送的轻烃管网系统运行方式研究

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【摘要】近年来，随着大庆油田轻烃管输量的增加和新装置的建设，轻烃管网系统愈加复杂，加之管网系统目前采用原稳烃、浅冷烃、深冷烃混合、间歇方式输送，导致系统压力偏高、外输泵启停频繁、能耗高等问题更加突出。针对上述问题，在分析轻烃管网现状的基础上，研究分析顺序输送三种不同轻烃的水力可行性，制定出一套顺序输送调度计划，计算出实现顺序输送过程中泵机组的工作压力，据此提出改造建议，改善管网工艺现状，保证其安全、平稳、高效、经济的运行。

【关键词】轻烃管网；顺序输送

大庆油田轻烃管网系统经过近40年的发展建设，形成了以油气处理站为节点、多条输烃管道为主干线的支状输烃网络，为乙烯、精细化工厂等下游用户输送轻烃。轻烃管网自建成以来，一直采用混合间歇方式输送各类轻烃，随着生产装置的增加和布局调整，以及深冷烃比例的升高，这种输烃方式的弊端愈加突出。主要问题包括：

（1）系统以间歇输送模式运行导致泵机组启停频繁，不仅使得管网输送效率低、管网压力波动较大，同时降低了泵机组寿命。

（2）深冷烃、浅冷烃和原稳烃混输，尤其是深冷烃比例升高后，造成系统压力偏高、外输泵能耗增大。

（3）部分运行管道使用年限长，在系统压力偏高的情况下，会增加管道运行风险。

因此，有必要优化管网运行模式，改善管网工艺现状，保证其安全、平稳、高效、经济的运行。

一、轻烃管网子系统划分

大庆轻烃管网系统经多年的扩建改造，形成了一个多产烃站场、多管线网状分布的管网系统，管网情况复杂，针对整个管网系统进行分析研究比较困难。因此根据管道之间的水力相关性以及地域因素将整个管网系统分为三部分，划分为三个互相独立的子管网系统，基于三个子系统进行分析研究，分别为北区系统、中区系统、杏区系统。

二、水力特性及混烃计算

1、轻烃管网的摩阻损失

轻烃属于成品油的一种，其水力计算可以参考成品油计算的相关公式，根据轻烃的物性参数及管路相关参数，即可计算出沿程摩阻损失及管路水力坡降。

2、轻烃管道的工作特性与水力坡降

顺序输送管道的水力计算，其基本原则和方法与输送单种流体的管道相同，即供能和耗能相等原则。在计算中，为了方便分析，先从输送单种流体的管路进行计算，再考虑顺序输送导致的混油的影响，计算混油量、循环周期、最大输量。

3、输烃泵的工作特性

泵站的工作特性是指泵站的排量与扬程之间的关系，根据泵机组的组合方式，离心泵站的工作特性表示如下。

式中：

HC——泵站扬程，m液柱；

Q——泵站排量，m3/s ；

A、B——由离心泵特性及组合方式确定的常系数。

4、泵站-管道系统的工作点

假设一条管道有N座泵站，且泵站特性曲线相同，全线管径相同，无分支，首站进站压头和各站内摩阻均为常量，则全线压力供需平衡关系式如下。

可得出管道工作流量计算公式如下。

式中：

Q——全线工作流量，m3/s；

N——全线泵站数；

f——单位流量水力坡降，；

HSI——管道首站进站压头，m液柱；

Hi——管道终点剩余压头，m液柱；

L——管道总长度，m；

ZQ、ZZ ——管道起、终点高程，m；

hm——每个泵站的站内损失。

求出工作流量后，就可根据站间压力供需平衡的原则，确定各站的进出站压力。

5、混烃计算

混烃量计算模块应用Austin-Palfrey公式进行混烃量和混烃体积计算。

1）混油的黏度v按下式计算，并由此粘度计算雷诺数。

式中：

V1—前行流体在输送温度运动粘度，m2/s；

V2—后行流体在输送温度运动粘度，m2/s；

V—混油的计算粘度，m2/s。

2）不考虑输送顺序对混油的影响。

3）根据对称浓度条件，把前行流体浓度为99%～1%范围内混油长度定义为混油段的长度。

三、顺序输送调度计划

借鉴成品油顺序输送经验，按照北区系统、中区系统、杏区系统的划分来制定轻烃管道顺序输送调度计划。以北区系统为例阐述顺序输送调度计划。

1、初始状态时管道中充满浅冷烃，即北Ⅱ-1、2站场至北压管段中充满原稳烃，（只是选取了一个注入基准，与批次的制定无关）。

2、向管道中注入喇压站所产浅冷烃，当喇压站注入浅冷烃充满喇压站场至北压站场管段时，北压站场开始注入北压站所产浅冷烃。

3、当完成北压站所产浅冷烃注入后，由中七站场开始向中七节点处注入中七站所产浅冷烃。

4、中七站注入完成后由北压站注入北Ⅱ-1、2站场所产原稳烃，直至注入结束。

5、可按照第一天注入模式进行循环，完成各站场每天所产烃类的注入。

四、顺序输送水力模拟

轻烃管网系统各站场在进行注入操作时，需要考虑管线的压力条件。在制定调度计划时，需要在满足各个站场输烃要求的条件下同时满足管网的水力条件要求。由于不同站场的输烃操作是相互独立的，因此需要考虑不同站场同时启泵外输时的管网水力要求。如果同时启泵不能满足管道的压力约束要求，则不同站场不能够同时进行启泵外输轻烃操作。

分别对烃类进入轻烃总库罐区和实现越库两种方式进行水力可行性验证。通过计算可以看出，三个输烃系统顺序输送计划满足各站外输泵要求，不同站场之间可以两个站场同时启泵，且水力可行。

运用SPS软件对轻烃管网的顺序输送调度计划进行了水力模拟，可看出当采取顺序输送方式后，不论是采取进罐操作或者是越库操作，管网系统沿线各站场均水力可行，各站场泵机组所提供的动能均能够满足沿线顺序输送管道所需要消耗的能量。

五、顺序输送经济性分析

1、混烃量

2、外输泵运行动力费用

六、总结

采取顺序输送模式后各站场动力费用可节省约18.6万元/年，可减少的混烃量约60万吨/年。一方面由于不论采取何种泵机组改造措施改造费用均较高，而改造后泵机组所能节省的动力费用较低；另一方面采取顺序输送模式外输后整个管网系统所能较少的混烃量较大，因此现场可以采取顺序输送方式进行轻烃外输，但是不改变各站场外输泵，而采取节流的方式进行输送。