（石油与天然气工程专业论文）兰成渝成品油管道运行输送技术研究.pdf

摘要 兰成渝管道是我国目前运行的地形最复杂、落差最大的管道，由于地形特殊混油 不易控制，因此最大限度地减少混油并保证输送油品的质量至关重要。界面检测和批次 跟踪是减少混油必不可少的工具。兰成渝全线各站安装有高精度在线密度计，可以准确 测量柴油和汽油形成的界面。通过长期的跟踪研究，确定了混油量基本趋于稳定的输量， 减少混油的停输界面位置，而且研究出了可以较好跟踪和分辨两种汽油形成界面的密度 曲线相似法，为汽油界面的切割提供了一种可供选择手段。 兰成渝管道输送的仿真应用研究。兰成渝配有s t o n e r 公司的离线仿真系统和 t e l v e n t 公司的在线批次跟踪系统( l m s ) 两种工具。本文利用兰成渝管线参数建立的 s t o n e r 离线仿真系统，在参数验证、方案校核、水击分析及输送计划模拟中起到了重要 作用。l m s 作为在线批次跟踪管理系统，可以直观实时显示管道内部不同油品批次的 运行位置，非常便于操作员控制管道运行和分输作业。 兰成渝管道的输送计划和运行控制研究。根据兰成渝管道自身特点，结合国外成 品油管道输送计划情况，研究出了以下游市场需求为基础与管线的水力条件相结合的确 定月计划的方法，根据输送油品的特点和站的配置情况，在满足月计划的前提下，制定 了适合兰成渝管道调度运行的4 8 小时运行方案。并在运行过程中摸索出了适用于兰成 渝管道的分输控制方法和不同输量下泵站的调节控制方案，为兰成渝管道的安全平稳优 化运行提供了保障。 关键词：成品油管道，质量控制，仿真，输送计划 l a n z h o u - - c h e n g d u - - c h o n g q i n gp r o d u c t sp i p e l i n e t e c h n o l o g yr e s e a r c h o fo p e r a t i o na n dt r a n s p o r t a t i o n t a oj i a n g h u a ( p e t r o l e u me n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gg u o z h o n g a b s t r a c t l a n z h o u c h e n g d u c h o n g q i n gp i p e l i n e i sc u r r e n t l yr u n n i n go u rc o u n t r ya r et h em o s t c o m p l e xt e r r a i n ，t h el a r g e s tg a pb e t w e e nc h a n n e l s ，b e c a u s eo ft h et e r r a i ni sn o te a s yt o c o n t r o l s p e c i a lm i x i n g ，s ot om i n i m i z et h em i x i n ga n de n s u r eq u a l i t yd e l i v e r yo fe s s e n t i a lo i l i n t e r f a c e d e t e c t i o na n db a t c h t r a c k i n g i se s s e n t i a l t o r e d u c e t h ei n s t r u m e n t m i x i n g l a n z h o u c h e n g d u c h o n g q i n gi n s t a l la l lt h es t a t i o n sh a v eh i 曲- p r e c i s i o no n l i n ed e n s i t ym e t e r , y o u c a na c c u r a t e l ym e a s u r et h ef o r m a t i o no fd i e s e la n dp e t r o li n t e r f a c e t h r o u g hl o n g t e r mf o l l o w - u p s t u d yt od e t e r m i n et h ea m o u n to ft h eb a s i cs t a b i l i z i n gm i x i n gt r a n s m i s s i o nc a p a c i t ya n dr e d u c e t h es h u t d o w ni n t e r f a c em i x i n gl o c a t i o n ，b u tc o u l db eb e t t e rd e v e l o p e dt ot r a c ka n dd i s t i n g u i s h b e t w e e l lt w ot y p e so fg a s o l i n e i n t e r f a c em e t h o di ss i m i l a rt ot h ed e n s i t yc b r v ef o rc u t t i n gp e t r o l i n t e r f a c ep r o v i d e sam e a n sf o rs e l e c t i o n l a n z h o u - c h e n g d u c h o n g q i n gp r o d u c t sp i p e l i n e s i m u l a t i o n a p p l i e d r e s e a r c h l a n z h o u c h e n g d u - c h o n g q i n gs t o n e rw i t ht h ec o m p a n y so f f - l i n es i m u l a t i o ns y s t e ma n dt h eb a t c h t e l v e n tc o m p a n y so n l i n et r a c k i n gs y s t e m ( l m s ) o ft w ot o o l s l a n z h o u c h e n g d u - c h o n g q i n g p i p e l i n eu s i n gt h ep a r a m e t e r so ft h es t o n e rs e tu po f f - l i n es i m u l a t i o ns y s t e mt ov e r i f yt h e p a r a m e t e r s ，p r o g r a mv e r i f i c a t i o n ，a n a l y s i sa n dt r a n s m i s s i o no fw a t e rh a m m e rs i m u l a t i o n sp l a y e d a l li m p o r t a n tr o l e l m sa sa no n l i n eb a t c ht r a c k i n gm a n a g e m e n ts y s t e mt h a tc a nd i s p l a yr e a l - t i m e v i s u a li n t e g r a t i o no fo i lp i p e l i n e sr u n n i n gb a t c hl o c a t i o n ，v e r ye a s yt op i p e l i n eo p e r a t o r st oc o n t r o l t h eo p e r a t i o na n dd i s t r i b u t i o no p e r a t i o n s l a n z h o u c h e n g d u - c h o n g q i n gp i p e l i n et r a n s p o r t a t i o np l a n n i n g a n do p e r a t i o nc o n t r 0 1 l a n z h o u - c h e n g d u c h o n g q i n gp i p e l i n ei na c c o r d a n c ew i li t so w nc h a r a c t e r i s t i c s c o m b i n e dw i t i l f o r e i g np r o d u c t sp i p e l i n et r a n s p o r t a t i o np l a n ，t h es t u d yt o u rt h ef o l l o w i n gm a r k e td e m a n da n d p i p e l i n e ，b a s e do nac o m b i n a t i o no fh y d r a u l i cc o n d i t i o n st od e t e r m i n et h es c h e m eo nw a y st o t r a n s p o r to i lp r o d u c t s i na c c o r d a n c ew i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ec o n f i g u r a t i o no fp o i n t s s i t u a t i o n ，i nm e e t i n g t h e p l a no n t h ep r e m i s et h a tt o d e v e l o p as u i t a b l e o p e r a t i o n o f l a n z h o u c h e n g d u - c h o n g q i n gp i p e l i n es c h e d u l i n gp r o g r a m st or u nw i t h i n4 8h o u r s a n de x p l o r e t h ep r o c e s so fr u n n i n go u to fl a n z h o u c h e n g d u - c h o n g q i n gp i p e l i n ef o rt h es u b - t r a n s m i s s i o n c o n t r o lm e t h o da n dt h ea m o u n to fl o s tp u m p i n gs t a t i o na d j u s t m e n tc o n t r o lp r o g r a mf o r t h e l a n z h o u c h e n g d u - c h o n g q i n gp i p e l i n et oo p t i m i z et h es a f e t yo f as m o o t ho p e r a t i o ng u a r a n t e e d k e y w o r d s ：p r o d u c t sp i p e l i n e ，q u a l i t yc o n t r o l ，s i m u l a t i o n ，t r a n s p o r t a t i o np l a n 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所 取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以 标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人 或他人为获得中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的 说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期：历歹年名月日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限 于其印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向 国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论 文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 同；z 华 日期：多口少年孕月多日 日期：年月日 中国彳i 油人学( 华东) 工程硕十学位论文 第1 章前言 长距离钢制输送管道作为安全、可靠且经济的成品油输送方式，在欧美国家 已有近百年的历史。从上世纪初开始，西方发达国家特别是以美国和前苏联为代 表国家的成品油管道系统一直在高速发展。目前，世界上有成品油管道约4 0 万公 里，在运营和输送技术上已经相当成熟。其中，最具代表性的是美国科洛尼尔成 品油管道系统，它是目前世界上最庞大、最复杂的成品油管道系统。该管道系统 于1 9 5 4 年酝酿筹建，1 9 6 2 年开始建设，1 9 6 4 年底全系统建成投油。投产以后又分 f 5 1 期扩建，到1 9 7 9 年底完成一。 自1 9 7 2 年到1 9 7 9 年，分年连续进行了6 次改建与扩建。从休斯顿到林登之间， 在不同地段沿着原有干线铺设了由0 9 1 4 m m ( 3 6 i n ) 和o 1 0 1 6 m m ( 4 0 i n ) 的复线。现 在规模已是初建时的两倍多，目前主干线管径为1 0 1 6 m m 0 9 1 4 m m 0 7 6 2 m m ， 长4 6 1 6 k m ，支线管径0 1 5 2 m m 0 5 5 9 m m ，长约3 3 7 8 k m ，全系统有1 0 座输入站、 8 2 座泵站、交油站2 8 1 处。顺序输送各种牌号的成品油达1 1 8 种，年输量达到 1 5 1 9 3 0 0 x 1 0 一t1 ，( 输油干线各段的长度及管径见图1 1 ) 。科洛尼尔管道承担了美 国2 0 的石油产品的运输，成为无与伦比的世界最大的成品油管道。从基本建成 到以后的改建与扩建，经过漫长的岁月，克服了巨大的困难，长期的运行考验证 明这条管道是很成功的。 成品油管道因其输送介质的多样性和多进多出的特点决定了它自身的复杂 性，要管理和运行好成品油管道系统必须使其具备较高的自动控制水平。目前， 在油气管道上普遍应用s c a d a ( 监控与数据采集) 系统进行管道的数据采集和 参数控制。在不同管道上应用的s c a d a 系统因管道输送介质的性质不同和用户 要求不同而存在差异，但其复杂性尤以成品油管道为甚。 s c a d a 系统的形成与计算机产业的发展密切相联。s c a d a 系统形成于六十 年代，那时的s c a d a 系统采用计算机编制运行程序，系统本身主要由硬件设备 组成，包括固态逻辑电路、硬布线扫描仪、模拟盘、打印机等。控制元件主要是 继电器。这种系统在当时只能起监视作用，而管道的运行管理和控制主要还是由 人来完成。尽管后来出现了可编程的计算机，但在性能、价格、可靠性诸方面尚 不如人意。到了七十年代，大规模集成电路的出现，计算机的价格急剧下降，而 硬软件的水平大幅度提高，开发出了具有控制功能的现代模式s c a d a 系统软件 包。进入八十年代，计算机的功能更加强大，价格迅速下降，应用管道上的s c a d a 系统紧跟时代技术的发展，使原有的七十年代的监控系统有极大的改观，新一代 s c a d a 系统具有管道动态模拟、运行优化、实时控制等功能，成为人们驾御管 道的得力工具。s c a d a 系统在国外发展迅速，应用成熟，已经形成了几个较为 第1 章前高 著名的自动化集成商，例如泰尔文特和霍尼韦尔公司。他们的产品在中国市场应 用广泛，在近年组建的中石油控制中心，新建管道项目的s c a d a 系统都是采用 的这两家公司产品。也有的管道运营单位自行研发s c a d a 系统，北美e n b r i d g e 公司就是其中的一家。我国随着管道事业的大发展，自主研究开发自动化系统的 呼声很高，已经开始着手进行前期调研工作。 成品油管道的输送计划相当于铁路运输客货列车的运行表。成品油管道是单 向运输，不可反向，因此其生产运行要更严于铁路和公路。此外，油品在管道中 运行，运行管理人员无法目睹各批次的运行位置，各批次何时到达何处，故在编 制输送计划时需对管道运行状态进行仿真。 图1 1科洛尼尔输油干线及部分支线走向示意图 编制输送计划的基本条件：认定输送对象，确定出合理的输送顺序；尽可能 满足所有委托者的要求；能够适应管道运行的水力条件和达到优化运行。成品油 管道输送计划对于程序编制者要求较高，这需要计划员既熟悉油品销售业务，又 要精通管道运行。这样编制出来的成品油计划才能满足生产任务的同时又能优化 运行。在国外一般为担任过1 0 年以上调度长工作才可胜任，由此可见这一岗位的 重要性和特殊性。 随着计算机在管道管理和控制上的应用，可用多种方法来编制输送计划，但 到目前为止还没有一种公认的标准方法。根据多年来世界上各主要管道公司的编 制输送计划的情况，可以归纳为以下三种引：以注入为基础的计划、以分输为基 础的计划和基于共用存储或市场需求的输送计划。 在以注入为基础的输送计划中，油品的注入时间是事先确定的，沿线各点的 分输时间是根据油品的批次顺序和目的地通过程序计算出来的。委托方一旦确定 了托运日期必须使托运的油品满足注入管道的指定日期，只有这样分输才有可能 按照预定的计划进行。基于注入的输送计划类似于邮政快递公司，快递公司收到 中国石油大学( 华东) 1 ：平! f 硕十学位论文 用户的邮包后，根据用户邮包到达的目的地和运送速度计算到达目的地所需的时 间。分输时间取决于油品的注入时间和分输点离注入点的距离以及管线系统设备 正常工作时问。按照这种方式确定的分输计划，分输时间只能由承运商( 管道公 司) 柬确定，委托方不能确定自己的油品的分输( 到达) 时间。当需要跟踪批次 油品的所有权时，采用此法具有较大优势。 与此相对应，以分输为基础的计划，委托方油品的分输( 到达) 时间是由委 托方指定的，而油品的注入时间是由管道公司的计划员在合理的批次顺序下经过 模拟计算出来的。当托运方对自己托运油品的到达时间有特别要求时，宜采用以 需求为基础的方法编制输送计划。与以注入为基础的输送计划类似，以分输为基 础的输送计划也可以跟踪管内批次油品的所有权。在这种方法中，托运方必须使 自己的托运油品满足管道公司的注入时间要求。在托运方比较多的情况下，这种 方法难以同时满足所有客户的要求。 与上面的两种方法不同，基于共用储存的输送计划，不需要跟踪管内批次油 品的所有权，委托方可在管道系统的任意注入点委托油品输送，管道公司一旦接 受委托方的委托请求后，委托方可以指定在管线的任何分输点和合适的分输时间 分输自己想要的同种油品。这种方法类似于银行的储蓄操作。客户将自己的钱存 入银行后，可以在银行系统的其它分支机构，取出自己的钱，而不用顾及取出的 钱是否就是自己存入的那一部分。这种方法需要管道公司在管道系统设置相当容 量的周转罐，因此，在输送油品的品种较少时，这种方法能较好地运行。这种方 式对于油品质量的监督和控制要求较高，进入和离开管道的油品都应满足其质量 标准，委托方收到的是合格的油品。 我国成品油管道的计划编制根据国情和企业性质，有其鲜明的特色。中国石 油既是委托商又是承运商，在油源配置和市场销售上都属于一个单位的不同分 部，在计划编制和调整时较为灵活。目前国内成品油市场受国际原油价格影响自 身波动较大，成品油市场的发育程度还有待完善，分输种类和数量调整较为频繁， 成品油管道的计划编制一般遵循以分输为基础的方式。 从运行时间上，输送计划又分为月计划、1 0 日输送计划以及2 4 小时输送计划。 月计划每月制定一次，1 0 日计划和2 4 d , 时输送计划是根据管线的运行和维护情 况，每日更新一次。1 0 日计划每次更新1 0 天中最后第1 天的内容。 编制一个输送计划，既要满足用户的需要，又要能使管道达到最优经济运行 条件，这就需要从无限数量的变化中做出决策。当今技术仍很大程度依赖于编制 输送计划人员的水平和能力。 成品油管道在其末端必须对不同油品和混油段进行切割，使其进入不同的油 罐。比较常用方法是用在线密度计或超声波界面检测仪等仪器测量各种油品的界 面，根据各油品性质及混油处理方案进行混油切割。 第l 章前言 成品油管道在其管线的许多位置都装有紧急截断阀。紧急截断是管线系统安 全运输的重要保证。因泵站电源故障、泄漏、火灾、设备故障、阀门连锁失灵等 事故状态下所采取的紧急措施就是对管道进行紧急截断。如沿线某站发生上述情 况，其上下游站的进出站压力都会随之产生连锁反映，超过限定值，马上会自动 紧急截断。另外，若s c a d a 系统因某种事故需要紧急停输时，也会发出全线紧 急截断命令。 我国从2 0 世纪7 0 代开始从事成品油管道建设，随后的二十多年进展缓慢， 基本处于停滞状态。从2 0 世纪9 0 年代中后期开始，我国成品油管道建设进入了较 快的发展时期，真正的多出口分输的商用成品油管道始于2 0 0 2 年9 月投产的兰成 渝成品油管道。随后国家启动了西油东送和北油南调工程，已经建设兰郑长管道 和规划中的抚郑成品油管道，中石化也启动建设了珠三角成品油管道和大西南成 品油管道。这些管道的建成投产，丰富了我国管道运营的类型，对于推动我国顺 序输送研究和应用作用明显，在管道输送的节能环保性上效果显著。其中，兰成 渝管道是第一条建成投产的大口径高压力的顺序输送管道。 兰成渝成品油管道是衔接西部地区石油资源与西南地区成品油市场的纽带， 该管线的投运，在很大程度上缓解了我国西南地区油品短缺和西北地区油品资源 过剩的矛盾。兰成渝管线途经甘肃、陕西、四川、重庆，全长1 2 5 0k m 。其中， 兰成段8 8 1k m ，成渝段3 6 9k m 。管径0 5 0 8 ( 2 0 i n ) 、0 4 5 7 ( 1 8 i n ) 和0 3 2 3 9 ( 1 2 i n ) 。 设计压力范围1 0 0 6 - - 1 4 7 6m p a ，管道最大落差达2 2 4 5 9m 。兰成渝管道采用密 闭顺序输送工艺，输送9 0 # 、9 3 # 汽油和o ! 柴油。该线的兰成段设计输送能力为 5 0 0 x10 t y ，成渝段设计输送能力为2 5 0 x1o 以。 本文通过对兰成渝管道投产以来的运行情况进行跟踪研究，对创新研究成果 的应用进行汇总，不仅为管道的安全优化运行提供了技术支持，而且也为后续成 品油管道运营管理积累了宝贵的经验。下面是本文主要研究的三个方面： 输送质量控制研究。兰成渝管道是我国目前运行的地形最复杂、落差最大的 管道。即使在世界上也是少见的，由于其地形的特殊性混油不易控制，因此最大 限度地减少混油，保证输送油品的质量是本课题研究的一项重要任务。界面检测 和批次跟踪是减少混油必不可少的工具。兰成渝全线各站安装有高精度在线密度 计，可以准确测量柴油和汽油形成的界面。在管线投产初期，只输送柴油和9 0 # 汽油两种油品，密度计能准确地分辨出其混油界面。在增加输送9 3 # 汽油后， 相邻两种汽油的界面单靠密度计就难以准确辨别，尽管有o i d 装置进行同类油品 界面的检测，但是效果较差，基本不能分辨。通过长期的跟踪研究，确定了混油 量基本趋于稳定的输量，减少混油的停输界面位置，而且研究出了可以较好跟踪 和分辨两种汽油形成界面的密度曲线相似法，为汽油界面的切割提供了一种可供 选择手段。 中国f i 油人学( 华尔) 一l 稃硕十学何论文 兰成渝管道输送仿真研究。兰成渝配有s t o n e r 公司的离线仿真系统和t e l v e n t 公司的在线批次跟踪系统( l m s ) 两种工具。本文利用兰成渝管线参数建立的 s t o n e r 离线仿真系统，在参数验证、方案校核、水击分析及输送计划模拟中起到 了重要作用。l m s 作为在线批次跟踪管理系统，可以直观实时显示管道内部不同 油品批次的运行位置，非常便于操作员控制管道运行和分输作业。 兰成渝管道的输送计划和运行优化研究。兰成渝管道的输送计划从投产到现 在一直是一个不断摸索完善的过程。因为我国的国情与国外相比存在较大差异， 没有成熟方案可以借鉴，本文根据兰成渝自身的特点，结合国外成品油管道输送 计划情况，研究出了适合本身特点的以下游市场需求为基础与管线的水力条件相 结合的确定月计划的方法，根据输送油品的特点和站的配置情况，在满足月计划 的前提下，制定了适合兰成渝管道调度运行的4 8 d , 时运行方案，并在运行的过程 中摸索出了适用于兰成渝管道的分输控制方法和不同输量下泵站的调节控制方 案，为兰成渝管道的安全平稳优化运行提供了保障。 蚺2 币= 成渝笛道输过的油b 质# 制 第2 章兰成渝管道的输送过程的油品质量控制 21 兰成渝管道配置情况 兰成渝管道【1 ”全线各类站场共1 6 座，其中首站1 座、末站1 座、分输泵站3 座、 分输站1 0 座、独立清管站i 座。1 6 座站场位置依次为：兰州首站、临洮分输泵站、 陇西分输站、成县碱压( 分输) 站、广元减压( 分输) 站、江油清管站、绵阳分输站、 德阳分输站、彭州分输站、成都分输泵站、简阳分输站、资阳分输站、内江分输 泵站、隆昌分输站、永川分输站、重庆末站( 见图2 1 ) 。 图2 1 兰成渝成品油管道地形及站场分布示意图 兰卅i 首站是兰成渝管道重要站场之一，设有总库容1 6 1 0 的储油罐，其中 原有l o 座l x l 矿m 储罐( 管线投产后，其中4 1 0 3 储存柴油，6 x 1 矿打储存汽油) ， 新建2 座l x l o k 柴油罐和2 座2 1 0 h 。汽油罐( 其中一座现储存柴油) 。设有给油 泵3 台，二用一备，额定流量为4 2 0 m 3 h ，额定扬程为8 5 m ，并联运行；输油主泵 3 台，二用一备，额定流量为4 2 0 m 。1 1 ，额定扬程为1 1 6 0 m ，并联运行。其主要功 能是接收兰炼和西固油库的成品油，经计量后进入储油罐，然后经给油泵、输油 主泵增压、调压后输往卜一站。 全线共有3 个分输泉站，分别为临洮站、内江站和成都站。临洮和内江站的 功能主要是接收e 站来的成品油，一部分油品经调压计量后输往当地石油公司的 油库；另一部分油品经输油主泵增压后输往f 游站。成都站的功能主要是接收上 站来的成品油一部分油品经转输泵增压或由进站压力直接经调压计量后分别输 ； | i 一 矿一 = 二二 ：精；一 。若i j 坠熊 ：虬：，一 挑。一 一 蟛： 中国彳i 油人学( 华尔) 【：程硕十学位论文 往1 0 4 油库和1 0 2 油库；另一部分油品经输油主泵增压后输往成都下一站。 临洮站设有输油主泵3 台，串联组合。其中调速泵2 台，一用一备，额定流量 为9 6 0 m 。h ，额定扬程为4 5 0 m ；定转速泵1 台，额定流量为9 6 0 m h ，额定扬程为 2 0 0 m 。 成都站设有输油主泵3 台，串联组合。其中调速泵2 台，一用一备，额定流量 为4 5 0 m 。h ，额定扬程为9 5 0 m ；定转速泵1 台，额定流量为4 5 0 m h ，额定扬程为 3 5 0 m 。成都站新建3 座1 0 0 0 m 3 混油罐。1 0 4 油库总库容为1 3 2 x 1 0 9 m ；1 0 2 油库总 库容为2 7 1 0 k 。 内江站设有调速泵输油主泵2 台，一用一备，额定流量为4 2 0 m h ，额定扬程 为1 0 1 0 m 。 干线设有成县、广元减压( 分输) 站。其功能主要是接收上站来的成品油， 经过减压系统减压后，一部分油品经二次减压计量再输往当地石油公司的油库； 另一部分油品经干线管道直接输往下游站。成县站和广元站设有减压系统各1 套， 分别有减压阀各3 个。减压系统的作用有： ( 1 ) 通过减压阀的调节来控制减压阀的背压，使减压站前的高点为正压， 保证管道达到满管流时，减少混油量和防止发生油品汽化； ( 2 ) 降低减压站后管线的压力，减小管线壁厚，节省钢材用量。 两站在进、出站均设有泄压阀，各为2 组，同时设有2 0 0m 3 泄压罐l 座，为了 泄压油品的转输设有一台转输油品的管道泵。 其它分输站的主要功能是接收上站来的成品油，一部分油品经调压计量后输 往当地石油公司的油库；另一部分油品经干线管道输往下游站。 管线的末端为重庆末站。设有总库容为8 8 8 x 1 0 4 m 的储罐( 包括混油处理装 置的原料罐和产品罐) ，其中柴油罐3 x 1 0 4 m ，汽油罐5 x 1 0 4 m ，混油罐3 0 0 0 m ， 拔头处理储油罐5 8 0 0 m 。其功能主要是接收干线的成品油，纯油经计量或经输油 泵转输计量后输往重庆伏牛溪油库。混油通过年处理能力为5 x 1 0 4 t 的混油处理装 置分离，少部分混油也可以通过回掺处理，化验合格后经输油主泵增压、转输计 量输至重庆伏牛溪油库。 兰成渝管道在成都和廊坊设有控制中心，互为备用。采用全线数据采集和监 控系统( s c a d a ) 系统，监控全线的运行。全线数据采集和监控系统采用卫星 通信信道作为主信道，租用公网的d d n 作为备用信道。当主信道发生故障时， 自动切换到备用信道运行。 控制中心完成对该管道进行数据采集、数据处理及存储归档、控制、故障处 理、安全保护、报警等任务，同时执行并完成输送计划、批次跟踪、顺序输送、 油品分输、混油切割、泄漏监测、罐区管理、输油泵运行优化、输油泵故障诊断 及分析、仪表故障诊断及分析等功能。调度控制中心的调度和操作人员通过 第2 章兰成渝管道的输送过程的油品质鼍控制 s c a d a 系统提供的工艺过程的压力、温度、流量、密度、液位、设备运行状态 等信息，完成对管道全线的监控及运行管理。 兰成渝输油管道控制系统分为三级： ( 1 ) 就地手动控制 ( 2 ) 站控 ( 3 ) 控制中心远控 控制中心的控制范围包括：启输、增量或减量输送、停输、启动分输、油品 界面跟踪、设定和调节运行参数、确定各泵站泵的运行和停止、监控沿线1 5 座线 路紧急截断阀室和3 座高点的压力、发靠紧急截断( e s d ) 命令( 对紧急截断阀 和各分输站的进站阀门进行控制) 、管道事故的处理、控制权限的确定和通信通 道故障时主备信道的自动切换等。 站控的范围包括：首末站油品的接收和发送、各站设备启动和开关的实现、 各站清管器的接收和发送、分输作业的实现、其它工艺流程的实现、接收来自控 制中心的指令和授权并完成相应的操作、各站油品计量和流量计的标定以及向控 制中心传送各种信号等。 2 2 混油来源 在管道顺序输送中，当两种油品交替时，在接触区内两种油品相互混合，会 形成一段混油。产生混油的因素较多，主要有：油品在管道中运移时由于相邻油 品的密度、粘度不同会产生混油；混油界面经过泵站时会由于泵的搅动产生混油； 泵站进行油品切换也会造成一段初始混油；停输特别是界面位置停输不合适也会 造成混油的增加。混油将使油品质量下降，并增加输送成本。因此，减少混油造 成的损失是兰成渝成品油管道顺序输送中要解决的重要课题。 2 3 混油机理 管道顺序输送过程中除了局部混油、意外混油外，正常输送条件下，沿程混 油是最主要的。沿程混油的产生是基于两个基本的机理：对流传递( c o n v e c t i v e t r a a s p o r t ) 和扩散传递( d i f f u s i v et r a n s p o r t ) 。对流传递过程是由速度场不均匀引起， 它使混油轴向伸展( a x i a ls p r e a d i n g ) 不断增大，如图2 2 ；扩散传递又包括轴向 扩散( a x i a ld i f f u s i o n ) 和横向扩散( t r a n s v e r s ed i f f u s i o n ) ，轴向扩散促进轴向伸 展，而横向扩散却对轴向伸展有抑制作用。如图2 3 所示，在混油分布的前端， 横向扩散也就是径向扩散( r a d i a ld i f f u s i o n ) 使混油从快流速的中心区域向管壁 的慢流速区域移动。这样，混油分布的前端就不能象没有横向扩散作用时运动那 么快。而在分布的后端，混油从管壁区向管流中心区移动，因而帮助后端赶上前 端。因此，径向扩散的作用使得混油的轴向分布变得紧凑，也就抑制了混油的轴 向伸展卜1 。 中国彳i 油人学( 华东) + i ：程硕士学何论文 图2 2 对流传递增大轴向伸展 图2 3径向扩散的作用 在层流流态或者湍流强度不大的流动情况下，管道截面上油流流速分布不均 匀的对流传递是造成层流流态下沿程混油的主要原因，后行油品的楔形油头突入 前行油品中，由于油品的密度差，这种楔形油头可能偏离管道中心，并随改输后 种油品时间的延续而变长p 1 湍流时，管道截面上的流速接近平均流速，没有抛物型流速断面，对流传递 不显著，仅在层流底层由于局部流速不均匀而存在，扩散传递过程成为影响混油 形成的主要原因。湍流中的涡流扩散引起一个附加的扩散，在径向上，该附加扩 散比分子扩散大很多，大大加强了径向分子扩散的作用一1 。 相邻油品的密度和粘度差异对混油形成的影响既与混油区内流速断面的逐 渐变化有关，也与混油区内该流速断面和油流均质部分流速分布的差异有关。湍 流时，在油流的湍流核心中，粘度对流速断面形成的影响在油流核心不明显，但 在边界层粘度影响特别明显，所以，粘度差别导致流速断面变化是受层流底层中 的传质过程制约的，而密度差别导致流速断面变化是受油流核心中的传质过程制 约的，密度差和粘度差对混油过程的影响是不同的p 1 。 管道运行中的输量调节、中途分输或进油、油品交替、管径变化等引起流速 变化都将影响输送中形成的混油量。通过对混油产生的原因、特点及混油长度和 混油量的分析，并在运行中对影响混油的因素加以控制可最大限度地减少混油损 失【8 】【9 】。 2 4 影响混油量的因素 除机理中所述的粘度、密度差异和流速不均匀引起混油外，混油量大小还与 以下因素有关。 2 4 1 初始混油量 第2 章兰成渝管道的输送过程的油品质量控制 成品油管线是在不停输的过程中切换油品，切换阀门的行程时间对初始混油 量影响较大，前苏联在直径5 0 0 的管线上，通过开关时间为5 分钟切换阀，在流 速为2m s 的情况下切换油品，测得初始混油量为1 2 0m 川；兰成渝管线的油品切 换阀为丌= 关时间为1 0s 的快开关电动球阀，经过对s c a d a 测试界面数据分析， 兰成渝管道的柴油汽油切换的初始混油量在4 5 一- 5 5m 3 左右，两种汽油切换的初 始混油量为2 0m 。左右。 2 4 2 输量对混油量的影响 随着输量的增加，单个批次的混油量降低，但不成反比。本文通过对投产以 来兰成渝管道的混油量数据统计分析，发现当输量达至u 4 0 0 l o t y 以后，兰成渝 管道的混油量下降缓慢，基本处于稳定( 表2 1 ) 。 表2 1 输量与末站切割混油量的关系 时间混油量界面数总输量每界面备注 3 1 0 4 t 平均混油量m 3m 2 0 0 28 7 2 3 87 1 2 2 0 0 33 2 2 9 05 73 0 5 1 5 6 6 4 9 2 0 0 43 5 8 2 77 64 0 6 1 2 4 7 1 4 1 2 0 0 52 1 0 2 34 54 1 7 84 6 7 1 8 1 1 0 月份 2 4 3 停输对混油量的影响 有不少人认为，停输会造成顺序输送混油量的增加p 1 ，为了弄清这个问题， 本课题对兰成渝投产以来的停输情况和重庆末站分输的混油量进行跟踪研究。从 统计规律来看，9 0 的界面混油量在4 0 0 - - 5 0 0 m 3 之间，对少数超出正常情况混油 界面的运行，在排除输量影响的前提下，停输时界面的位置和停输时间对混油量 的影响( 见表2 2 ) ，与其相邻的界面进行了对比分析。在兰成渝管道的顺序输 送中，发现停输时间对混油量的影响不是主要的，停输时界面的位置，对混油界 面的影响较大。 表2 2 是兰成渝管道2 0 0 4 - - - , 2 0 0 5 年中，1 2 个输送批次8 个混油界面的运行和停 输情况。8 个界面中，界面1 和界面2 相邻，界面3 和界面4 相邻，依次类推。从表2 2 可以看出，相邻两界面在运行过程中的停输时间相同，到达重庆末站时，分 输的混油量不同，它们主要差异就在于停输时界面在管线中所处的位置不同。以 界面1 和界面2 为例，两界面在停输过程中均停输3 次，对应的停输时间一致。界 面1 的前行油品是柴油，后行油品是汽油，界面2 则相反。上坡位置，尤其是大落 差( 临洮一营盘梁) ，对界面1 的混油量影响较大。下坡位置对界面2 的混油量影 响较大。界面2 在3 次停输过程中，只有1 次位于绵远河至德阳之间的小下坡，影 中国f i 油人学( 华东) j ：程硕十学位论文 响较小。因此，在有大落差的顺序输送管道中，计划停输一定要使界面停在合适 的位置，尽可能减少混油量。 表2 2 停输时混油界面的位置与混油量的关系 界面前行后行停输l 位置1停输2 位置2停输3 位置3混油量 ( m 3 ) 1柴油汽油 l o 5 h 临洮8 5 h 广平一 1l h 资阳一梨 6 0 8 a 1b 1 营盘梁，上坡广元，下坡树湾，小上坡 2 汽油柴油l o 5 h 兰州8 5 h 成县一1 l h 绵远河 4 0 9 b lc 1 关山，上坡牛头山，上坡德阳，小下坡 3 柴油汽油12 5 h 广平一8 h 简阳一资 |4 1 6 a 2 b 2 广元，下坡i j e t 9 6 3 d , 下坡 4 汽油柴油1 2 5 1 1 犀牛江 8 h 广平杨 | 6 7 0 b 2c 2 一三官店，上坝，下坡 坡 5 汽油柴油1 9 h 高点杨9 5 h 梨儿园1 4 h 永j 1 i 一重 7 0 9 a 3b 3 坝，下坡江油，下坡庆，小上坡 6 柴油汽油 | 9 5 h 陇西高1 4 h 德阳德 4 8 6 b 3c 3 林堡，下坡阳彭州，小上 坡 7 汽油柴油5 0 h 高点马 |1 4 4 0 a 4b 4 家村，下坡 8 柴油汽油 |4 6 6 b 4c 4 2 。5 混油浓度分布规律及混油随输送距离的变化 在两种不同油品接触面上，混油浓度曲线大致呈t s ，形【8 】【9 】。图2 4 为混油浓 度和长度沿管道的变化。目前，国内外对紊流扩散引起的混油浓度分布和混油量 进行了大量研究，得到了一些公式，但由于混油机理的复杂性，至今没有一个公 认的与实际完全吻合的计算公式。 第2 章兰成渝管道的输送过程的油品质量控制 e=丑4，lh=le 目 广、 i 戤一 n i 鼍 i 、 如 i 、 图2 4 混油浓度和长度沿管道的变化曲线 目前计算混油长度比较常用的方法为英国石油公司研究者j e a u s t i n 和j r p a l f r e y 总结的经验公式“，即： 当， r e r e jl m = 1 1 7 5 d o 5 l 0 5re_0j(2-1) 当r e = 0 3 = 1 5 一o 5 5 关山峰一关山谷 下降 | 降低 = o 3 = 1 5 = o 5 5 关山谷一营盘梁峰上升 | 提高 = o 3 - 1 5 = o 5 5 营盘梁峰一谷下降 l 降低 = o 3 _ 1 5 = o 4 5 营盘梁谷一七家砚峰 上升 提高 = 0 3 = 1 5 = o 4 5 七家砚峰一谷下降 | 降低 = 0 3 = 1 5 = o 4 5 七家砚谷一三县梁峰上升降低提高 = o 3 = 1 5 = 0 4 5 三县梁峰一谷下降提高降低 = 0 3 = 1 2 5 = 0 4 5 三县梁谷一马家大山 上升 降低 提高 = o 3 - 1 2 5 = 0 4 5 1 l i 筌 马家大山峰一成县下降提高降低 = o 3 = 1 5 0 = 0 4 5 表4 5柴油推汽油时兰州出站流量波动控制方法 汽油推柴油 流量p c v 设定值高点压力限制m p a 变化( 调节其一) 兰州成县营盘梁马家大牛头山 山 兰州关山峰下降 | 降低 = o 3 = 1 3 5 = o 3 0 关山峰一关山谷上升降低提高 = o 3 = 1 3 5 = o 5 0 关山谷一营盘梁峰下降提高降低 = o 3 _ 1 3 5 = o 5 0 营盘梁峰一谷 上升降低提高 = 0 3 = 1 3 5 - o 4 0 营盘梁谷一七家砚峰下降提高降低 = o 3 = 1 5 = o 4 5 七家砚峰一谷上升降低提高 = o 3 = 1 5 = o 4 5 七家砚谷一三县梁峰下降提高降低 = o 3 = 1 5 = o 4 5 三县梁峰一谷上升降低提高 = o 3 = 1 2 5 = o 4 5 三县梁谷一马家大山 下降提高降低 = o 3 = 1 2 5 = o 4 5 峰 马家大山峰一成县 上升降低提高 = o 3 = 1 5 0 = o 4 5 4 8 兰成渝管道泵站的控制调节 泵站是管道能量供给和调节的主要设施之一。为满足管道的输量、油品输送 顺序、混油界面位置变化