梁海宁 ?
中石化石油工程设计有限公司 ? 山东 东营 257000
摘要
本文以某输油管道为例，在给出管道基本设计参数的基础上，通过响应的水力计算和热力计算，对不同管径从投资、能耗及费用现值等方面进行对比，确定最优输送方案，为工程建设提供依据和参考。
关键词：长输管道；保温层；工艺；原油；经济性
虽然随着现代科技发展，石油运输方式正在不断增多，但管道运输仍然是最主要的输油方式。石油产业是我国的重要产业，而在石油产业发展过程中，对输油管道的建设非常重要[1]。在原油输送过程中消耗的能量约占所输送的原油的1% ～3%，因此，高额的能源费不得不引起我们的重视。而长输油管线的工艺参数是否合理，关系到能源费用的高低，因此，我们必须对每个工艺参数进行合理的优化设计，才能够更加有效的降低输油费用，优化设备运行组合， 实现管道长期经济、安全运行[2]。
1、项目概况
某原油输油管道设计输量为240万吨/年，管道长度24.5km，全线设2个站，首站和末站。在首站通过泵增压后输送至末站装船外运。
2、工艺参数
1）原油性质：原油的性质见下表。
表1 原油的性质
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2）地温
埋地管线平均地温取值分别为：夏季25℃、冬季5℃。
3）成品油管道末站进站压力
管道进站压力取0.5MPa。
4）计算年输送天数
按《输油管道工程设计规范》（GB50253）规定，输油管道全年计算天数为350天。
3、工艺方案确定
1）工艺计算软件
本工程采用德国GL公司开发的SPS（Stoner Pipeline Simulator）9.6版本进行模拟计算和水力分析。该软件是国际上被广泛认同的长输管道仿真计算软件之一。该软件能够实现长输管道的离线实时模拟计算，是世界公认的用于长距离输送管道设计、计算以及全线自动化控制模拟的高精度软件。在液体管道的稳态和瞬态计算方面应用较广，已在国内多项液体输送管道工程研究与设计中应用。
2）方案组成
根据输送原油的性质及管道沿线地温情况，为保证安全，末站进站油温一般要高于所输原油凝点3℃～5℃，原油最高加热温度不能高于其初馏点和管材的设计温度；原油出站温度不能选取太高同时又要尽量降低能耗，综合考虑，确定输油方案设计原则如下：
①原油进泵温度需确保其粘度低于100mPa·s，在此基础上尽可能小。
②通常热油管道热耗大于电耗，因此在粘度满足输送要求的情况下尽量降低油温。
③水力计算时，以满足原油的输送要求配置输油泵。热力计算时，考虑满足原油输送要求。
④输油泵优先考虑技术可靠、应用广泛的双螺杆输油泵。
⑤以热力及水力方案经济最优，同时技术方案较为合理综合确定输油方案。
⑥原油管道考虑保温，在方案比选时保温厚度取40mm。
根据以上原则，选取DN350、DN400、DN450三种管径进行比选。
表1 管道规格表
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各输送方案技术经济比较见表2。
表2 输送工艺方案技术经济比较表
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由上表可以看出，管径为DN400时费用现值最低，同时运行压力较低，管道运行较安全。管径为DN400的管线方案作为本工程的推荐方案，管线设计压力为4.0MPa，管道组成件公称压力取4.0MPa。
3）保温层厚度
管道采取外保温，一方面降低了热损失和管道运输过程中的温降，另一方面，简化了输油工艺，提高管道输送的安全可靠性。本工程拟采用硬质聚氨酯泡沫作为保温材料，保温厚度取40mm。
4）推荐方案
推荐管径为DN400。用SPS对推荐方案进行校核，校核结果如下表所示。
表3 推荐管径水力热力计算结果
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注：HEAD表示水力坡降线，FLOW表示流量曲线，TEMPERATURE表示温度曲线
图1 原油的水力坡降线
4、管道适应性分析
4.1 管道最小输量
根据本工程初步确定的管径、管道加热炉开到最大，计算管道最小输量为72×104t/a。此外，由于泵运行时存在最小连续流量，因此在实际运行时，为保证泵和其他设备及管道的安全运行，应合理安排输量。
4.2 管道最大输送能力
输送管道作为重要的基础设施，其输送量应有一定的弹性，以适应管道建成后输量增长的需要。在原油泵最大负荷运行，同时运行压力不超过最大允许压力（3.6MPa）时，管道的计算最大输送能力为455m3/h（约合364×104t/a）。
5、结论
1）通过对不同管径对比，确定采用DN400、设计压力4MPa。管道采用保温，保温层厚度40mm。
2）本工程管道最小输量72×104t/a。
3）管道的计算最大输送能力为455m3/h（约合364×104t/a）。
参考文献
[1]李晶晶，输油管道新工艺的研究，化工管理，2018年5月.
[2] 王晓波，刘福志，黄亮，蒋婕. 长距离输油工艺参数的优化设计，内蒙古石油化工[J]. 2010年11月.