西部原油管道输量与能耗分析

摘要：为降低西部原油管道管输能耗，通过计算管道在不同季节、不同流量下的摩阻损耗，结合管道参数和输油泵特性曲线，分析得出影响输油生产单位能耗的因素包括管输流量和输油温度。进一步计算得出了不同流量和不同季节对应的输油生产单耗。结果表明，流量对输油生产单耗影响较大，西部原油管道管输流量在1 000～1 400 m3/h 区间时生产单耗相对较低；流量大于1 600 m3/h时，生产单耗随流量上升接近线性增长。而输油温度对生产单耗的影响较小，同一流量下冬季生产单耗略高于夏季生产单耗。

关键词：管道；能耗；输量；温度

0 引言

西部原油管道自2007年投产以来一直未达到管道设计输量。输油泵机组很难在高效率区运行。因此，分析管道在不同流量下的能耗变化情况，寻求最优流量区间，使管道输油生产单耗最低，对降低生产能耗，节省运营成本具有重要意义。

1 管道基本情况

西部原油管道全长1 545 km，设计输量2 000 万t/a，设计压力8 MPa，全线共设11座工艺场站。目前采取常温密闭输送工艺，年输油量不足1 000 万t。

1.1 输送油品情况

西部原油管道目前顺序输送2种油品：新疆原油和进口原油，2种油品各批次交替输送，且各批次量基本相同。管输原油基本物性见表1。这2种油品0 ℃以上均表现为牛顿流体。

表1 管输油品物性

凝点/℃标准密度/(kg·m-3)5℃黏度/(mPa·s)10℃黏度/(mPa·s)新疆原油-8855.530.5323.53进口原油-16838.317.3214.0615℃黏度/(mPa·s)20℃黏度/(mPa·s)25℃黏度/(mPa·s)30℃黏度/(mPa·s)新疆原油18.9215.9913.5611.95进口原油11.8510.169.188.57

1.2 管道主要输油设备

为适应输量低和流量波动大的情况，西部原油管道全线配置了2种额定流量的输油泵。其中，小叶轮输油泵额定流量1 600 m3/h，流量范围800～2 200 m3/h。大叶轮输油泵额定流量为2 800 m3/h，流量范围为1 800～3 200 m3/h。输油泵基本参数见表2。

表2 输油泵基本参数

输油泵分类额定流量/(m3·h-1)额定扬程/m额定功率/kW小叶轮小泵1600135755小叶轮大泵16002501350大叶轮小泵28001351244大叶轮中泵28002302038大叶轮大泵28002502181

为使输油泵尽可能在高效率区内运行，依据输油泵效率曲线，当流量小于2 000 m3/h时，优先选用小叶轮输油泵，流量大于等于2 000 m3/h时，优先选用大叶轮输油泵。通过出厂参数和实际回归得出效率约为93%[1]。

2 管输能耗分析

管道运行时，由输油泵提供压头，用来克服流动摩阻损失和高程压头损失，管路沿程摩阻损失可根据达西公式计算[2]：

hf=λ·

(1)

式中：hf为沿程摩阻损失，m；λ为摩阻系数；L为管道长度，m；d为管道内径，m；g为重力加速度；υ为油品运动黏度，m2/s。

对于西部原油管道，在设计输量范围内输送当前油品的前提下，管输流体的流态处于水力光滑区范围内，因此有：

hf=0.024 6L

(2)

式中Q为体积流量，m3/s。

对于固定油品，υ是温度的函数，因此西部原油管道沿程摩阻损失只与管输流量和输油温度有关。

管道的水力计算以热力计算为基础[3]，由于油品物性参数随油温变化，故其水力坡降也不断变化[4]。因此，将各站间按照等步长划分节点，将管道分为K段分别计算油品黏度、密度和水力坡降等[5]。

(3)

根据不同任务流量，在管道允许操作压力范围内，可得到各泵站所需提供的扬程Hp：

Hp+Hin-hm=hf+ΔZ+Hin(n+1)

(4)

式中：Hp为泵站所需提供的扬程，m；Hin为进站压头，m；hm为泵站内部压头损失，m；ΔZ为站间高程差，m；Hin(n+1)为下一站进站压头，m。

通过泵特性曲线回归得到不同流量下输油泵扬程和功率。为满足各泵站所需的压头，结合任务流量，可得到不同流量下各泵站启泵方案。表3是瞬时流量1 650 m3/h时计算结果与实际运行参数的对比，计算的各站进出站压力与实际运行参数之间误差均在0.35 MPa以内。

表3 计算压力与实际值对比 MPa

场站序号计算进站压力实际进站压力计算出站压力实际出站压力1——5.385.4223.923.876.036.0632.792.635.995.8940.740.743.954.0353.303.235.505.4261.141.033.413.3073.203.066.406.2681.731.486.015.9094.914.606.996.74102.261.965.485.22118.267.91——

西部原油管道目前采取常温密闭输送。因此，主要生产能耗只有输油泵电能损耗，一定流量下的输油生产单耗为

(5)

式中:ek为t时间内第k台运行泵的能耗，kWh；Pk为流量为q时输油泵的功率，kW；ηk为电机效率；q为质量流量，t/h；L1为管道长度，km。

由式(5)可以看出，一定流量下的生产单耗受启泵方案的影响，而启泵方案与输油温度和输油流量有关。 因此，对于西部原油管道，生产单耗e可分解为输油流量和输油温度的函数。即：输油生产单耗随输油流量和季节不同而变化。

通过计算得出，流量因素对生产单耗影响较大。同一个季节，不同流量下生产单耗随流量变化明显，且在某一流量下生产单耗存在极小值。图1为根据2016年6月末输油温度数据计算的不同流量下输油生产单耗结果。

图1 流量与输油生产单耗关系

由图1可知，管输流量在1 000～1 400 m3/h区间时输油单耗较低。

季节因素对输油生产单耗影响不明显。同一流量下，冬季输油生产单耗略高于夏季输油生产单耗。表4是流量1 600 m3/h时不同季节的生产单耗对比。进一步计算得出，不同季节时流量对生产单耗的影响变化规律相同，均为流量处在1 000～1 400 m3/h区间时输油单耗较低。

表4 不同季节生产单耗

季 节体积流量/(m3·h-1)输油生产单耗/(kWh·t-1·km-1)夏 季160083.50春秋季160084.89冬 季160086.18

3 结论

西部原油管道输油生产单耗主要受管输流量和输油温度影响，其中管输流量对生产单耗的影响较大。在只考虑输油泵电能损耗作为生产能耗的情况下，管输流量在1 000～1 400 m3/h的区间时，输油生产单耗较低，当高于或低于此流量区间时，生产单耗都相对上升。管输流量大于1 600 m3/h 以后，输油生产单耗随流量上升而增加，且基本呈线性增长关系。输油生产单耗受输油温度的影响相对较小，同一流量下冬季生产单耗略高,夏季生产单耗较低。

因此，针对西部原油管道长期处于低输量下运行的情况，在保证完成输油任务的前提下，通过优化运行方案，合理安排瞬时流量，尽可能使管道处于输油生产单耗较低的流量区间内运行，能够有效降低管道运营成本，达到节能降耗的目的。同时，对于其他长期运行输量不能达到设计输量的管道，也可通过此种方法分析生产单耗较低的流量区间，从而降低管道生产运行成本。

参考文献：

[1] 晏金龙，孙超.长输管道中泵的优化和节能技术[J].管道技术与设备，2010(3):25-27.

[2] 杨筱蘅.输油管道设计与管理[M].东营：中国石油大学出版社，2006.

[3] 刘扬，李玉春，成庆林，等.含蜡原油管道低输量安全运行方案优化研究[J].管道技术与设备，2012(5):1-3.

[4] 才建，宫敬，宋生奎，等.含蜡热油管道稳态与瞬态的温降计算[J].油气储运，2006，25(9):28-32.

[5] 柳歆，张劲军.鄯兰原油管道超低输量输送方案电耗分析[J].管道技术与设备，2011(2):1-3.

Analysis on Throughput and Energy Consumption of West Crude Oil Pipeline

LI Hao-yu

(PetroChina Oil & Gas Pipeline Control Center, Beijing 100007, China)

Abstract:To reduce the west crude oil pipeline energy consumption, by calculating pipeline friction loss at different season and different throughput, combine pipeline parameters and fuel delivery pump characteristic curve, the analysis result reveals that the factors effecting unit energy consumption include pipeline throughput and oil transportation temperature. Corresponding oil production unit energy consumption by different throughput and different seasons was further calculated. The results show that the throughput affecting is lager on oil production unit energy consumption, west crude oil pipeline oil pipeline unit energy consumption is lower when throughput is within 1 000～1 400 m3 / h; when the throughput is more than 1 600 m3 / h, the unit energy consumption is nearly linear growing with throughput growing. The oil transpartation temperature has little effect on the unit energy consumption, the unit energy consumption in winter is slightly higher than summer in the same throughput.

Keywords:pipeline; energy consumption; throughput;temperature

收稿日期：2016-09-08