管道输送成品油具有安全快捷、损耗少、无污染、低成本的优势。但随着经济的持续快速发展,我国能源需求量不断增大,成品油的管道输送量越来越大,如何提高成品油的管道输送能力,成为石油企业最关心的问题之一。
成品油管道的输送能力,目前常常同时使用m3/a和m3/d进行定义。成品油管道的上游连着炼油厂,下游连着用户,全年的输送总量既受下游影响,也受上游影响。用m3/a来定义管道的输送能力可能不妥。由于成品油管道的输送能力不仅包括输送,而且还要担负部分调峰任务;同时,由于用户的用油量季节差距极大,其季节输送量峰值和谷值的差距甚至可用倍数计算;因此,定义管道输送能力应用单位m3/d。
谁在影响管道输送能力
成品油的输送管道对于中等起伏的地形,站距是预先确定的,这对管道铺设具有重要意义。长输管道几乎都是密闭输送,每个泵机组前后的主干线上都安装止回阀,正常输油时各泵站接力输送,当某座或几座泵站停机时,系统自动进入越站输送状态,这样,每座泵站间距的水力坡降曲线都基本相同。通常认为,管道流量就是泵机组的设计流量。然而实际和研究表明,管道的流量并不等于泵机组的设计流量,且只会小于泵机组的设计流量。这是因为受泵机组可靠度的影响,泵机组不可能总是正常工作,系统也就不可能一直按预先设计的水力坡降曲线运行。当某座或几座泵站停机时,系统就会越站输送,此时,一座泵站要承担两座或更多座泵站输送的任务,管道的瞬时流量就会下降,进而导致管道平均流量小于泵机组的额定流量,管道的输送能力就表现为低于设计的理论值。
为探索提高成品油管道输送能力的途径,本文对影响管道输送系统可靠程度的诸多因素进行分析。从技术的角度看,主要有以下几个方面:
第一,泵机组的可靠度是影响成品油管道输送能力最主要的因素。泵机组的有效运行时间越长,可靠性越高,成品油管道输送能力越强。供油泵站和首站因其特殊位置,一般都设置两台以上的泵机组,互为备用。当出现故障时,供油泵站不可能做到备用泵机组与原机组的无间隔切换,因此不能简单地把备用机组与原机组看作并联系统。实际工作中为了方便计算泵机组的可靠度,将泵机组维修时间缩短为互换时间,人为地提高了泵机组的可靠度,大大超过其固有效度。而实际上,泵机组可靠度的有效时间应该根据泵机组的平均故障间隔时间以及备用机组与原机组的更换时间来确定。因此,缩短实际处理故障的平均维修时间,就能提高成品油管道的输送能力。
第二,稳定时间和调节频率也是影响成品油管道输送能力的因素之一。稳定时间是管道系统从非稳定状态调节到稳定状态的时间。由于泵机组的固有有效度不可能是1,因此输油管道会经常因为系统中泵机组频繁的启停而处于工况调节的运行过程中,特别是长距离多泵站的管道。这种调节使得管道在失效泵机组重新恢复运行时,不能及时达到其可能达到的最大流量。由于实际情况不同,无法统计管段长度与稳定时间的关系,如果按一座泵站的调节时间系数为1,两座泵站的调节时间系数为2,三座泵站的调节时间系数为3,以此类推,n座泵站的调节时间系数也为n,即时间系数正比于管道的长度。也就是说稳定时间越长,输送能力要达到最大的时间就会越长。调节频率是管道系统在单位时间内从非稳定状态调节到稳定状态的次数。显然,调节频率受管道长度影响。因为泵站数量越多,单位时间内泵机组的调节频率就会数量也越多。另外,频率还是泵站可靠度的函数,因为泵机组可靠度越低,单位时间内泵机组出现故障的概率也就越大。这样调节频率越高,管道输送能力就越低,两者成反比关系。
第三,管道的流量是保证成品油输送能力的基本因素。管道系统在泵机组出口压力不超过管子额定工作压力下的瞬时流量主要取决于运行的泵站数量。由于供油泵站和首站承担着为管道供油和提供初级压头的任务,因此,如果上述两者之一失效,则系统停输,流量为零;如果管道中间泵站或末站失效,系统自动进入越站输送状态,越站输送时,管道瞬时流量决定于越站的数量。既然管道的瞬时流量取决于管道中最长的管段,因此就需要知道当有m座泵站同时失效,这m座泵站在整个管道中的分布不同,管道瞬时流量也不同。例如,有一条5座泵站的管道中同时有两座泵站失效,这两座泵站可能连续,也可能不连续。当出现类似的情况时,整个管道的输油效率和平均流量都会下降,从而会导致管道输送能力也随之下降。除以上重要的影响因素之外,钢管和阀门的可靠度和管道连接的可靠度均会影响管道输送能力。钢管和阀门失效的原因单一,主要是产品质量问题,一般情况下,经过严格出厂检验的产品,可靠度较高。由于输油管道通常是由许多根一定长度的钢管通过焊接的方式在现场组装,受连接管接头质量、装配技术和地形等因素影响,尽管经过实际输油前的试压和试输后,能够基本排除管道连接可能出现的故障,但其可靠度一般会低于理想状态下的值,从而对管道的输送能力产生影响。
如何提高管道输送能力
基于对以上可能影响管道输送能力因素的分析,为了最大限度的提高管道输送能力,可以采取以下措施:
加强设备的保养维护。重点关注主要泵站的保养维护包括在用的设备和备用的设备,防止泵站失效。同时做好其他的设备如自控系统、电气设备、阀门、压力显示系统、温度系统等的维护保养。这些都是保证管道输送能力最基本的工作。
增加每个泵站备用泵机组,缩短泵机组维修时间。由于泵机组是泵站的核心,也是保证输送的动力所在。在考虑投入成本控制的前提下,增加备用泵机组,提高泵站的可靠度,在用泵出现故障的第一时间,马上起用备用泵,缩短切换时间,避免造成管道停输。
提高最大输送能力的直接办法是更换主泵变速箱,使泵速提高到78r/min,这种方法需要较大的设备和人力的投入。另一种办法是改变主泵运行模式。泵房内的3台主泵目前的运行模式是1台运行,2台备用或2台运行,1台备用。近年来的国外成品油管道输送的实践经验和理论分析证明,在流量相同的情况下,3台泵低速运转比1台泵或2台泵高速运转经济效益要好,磨损件寿命可延长20%~30%。3台泵同时运转可使最大输送流量在不更换变速箱的情况下有较大提高。当1台泵需要维修保养时,另外2台泵可暂时加速补偿部分输送能力的损失。
计算机模拟结果表明,改变运行模式后,管道年平均最大输送能力可提高到323t/h,单机输出功率为450kw,泵速降低到47r/min。
提高外供电的可靠性。外供电是长输管道正常运行的最重要元素之一。只有提高其可靠性,才能保障管道的平稳运行,尽量与当地供电部门做好协调,确保供电正常,从而防止意外晃电造成泵机组甩泵及非计划外停电造成管线停输,使得管道输送能力大大下降。
加强外管线的巡查力度。外管线的巡查也是保障管道输送能力的一项重要的工作。针对外管线经常发生自然灾害的站点,提前备足抢险物资,做好防范工作,减少意外事件带来的损失;加大外管线上占压清理工作力度;与当地的公安部门做好群防、联防工作,防止不法分子的犯罪行为发生。