Throughput increase and energy saving practices of Dushanzi-Urumqi Products Pipeline
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摘要: 独乌成品油管道在设计输量520×104 t/a的工况条件下运行，应用在线工业性增输减阻试验成果，首站加注5 mg/kg减阻剂，可以实现“一泵到底”的运行方式，平均流量增加200 m3/h；首站加注10 mg/kg减阻剂，在同样的工况下平均流量增加260 m3/h，同时节约了大丰泵站的运行费用。经过测算，首站加注超过15 mg/kg减阻剂运行不经济，仅通过增大减阻剂加注量的方式将输量提升至520×104 t/a以上的潜力有限。在首站启2台给油泵+2台输油主泵，在大丰站启2台输油主泵，同时在两站加注减阻剂，可将独乌管道输量提升至630×104 t/a。Abstract: Dushanzi-Urumchi Refined Oil Pipeline is operated under the design throughput of 520×104 t/yr after online commercial trial to reducedrag. If DRA at 5 mg/kg is injected in initial pump station, the pipeline can be operated at "1 pump-whole line" mode with average flowrate increases of 200 m3/h. If the concentration of DRA is at 10 mg/kg, the average flowrate increases up to 260 m3/h under the same running mode, which will cut down the running costs of Dafeng Pumping Station at the same time. By calculation, it will not be economical if DRA is over 15 mg/kg. Therefore, it is subject to limited potentials to increase throughput to more than 520×104 t/yr by increasing DRA's concentration. The flowrate of the pipeline can be improved to 630×104 t/yr by starting 2 feed pumps and 2 pumps in initial station, starting 2 pumps in Dafeng Station and injecting DRA at both stations.
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管道的输送能力主要受管径、材质、输油设备额定负荷等因素影响, 可调整的范围小。现役输油管道为了适应上下游用户不断提升的输量需求, 需要采取切实可行的技术措施, 使其在预期输量下安全、高效运行。西部管道公司新疆独山子-乌鲁木齐成品油管道(独乌管道)在实际运行中通过加注减阻剂和匹配使用输油设备[1-2]较好地解决了这一问题。
1. 管道概况
独乌管道设计输量为520×104 t/a, 设计工作压力为6.4 MPa, 全长222.66 km。一般敷设地段, 管材选用L360(X52)直缝电阻焊钢管, 规格ϕ 426×7;穿越、跨越地段, 管材选用L450(X65)直缝电阻焊钢管, 规格ϕ 426×8/8.75。全线设独山子首站、大丰中间泵站和王家沟末站, 各站均安装1台ESD紧急截断阀, 全线采用密闭顺序输送工艺。首站-大丰站间距为151.13 km, 高程差为79.4 m, 大丰站-末站间距为71.53 km, 高程差为-206.4 m。首站和大丰站均采用并联泵输油的运行方式(表 1), 各站设1台双声道超声波流量计, 采集输量数据。
表 1 独乌管道各站输油泵技术参数
独乌管道扩建工程2008年10月投产, 首站和中间站共采用4种泵机组匹配方式输油, 未加注减阻剂时, 通常采用第1种和第3种泵机组匹配方式(表 2)。
表 2 首站和大丰站泵机组匹配方式
2. 加注减阻剂试验
2.1 试验过程
2010年5-6月、10-11月, 在独乌管道分别开展了FLO MXC减阻剂和RPII减阻剂在线工业性减阻增输试验[3-5], 并分别考察5 mg/kg和10 mg/kg两种减阻剂加注量的减阻增输效果。
在试验过程中, 管道采用“一泵到底”的运行方式, 即: 首站开1台给油泵和1台输油主泵(6级叶轮), 大丰站采用越站流程, 并尽量避免沿线弯头、阀门和输油泵对减阻剂形成剪切作用[6]。试验开始前, 进行6 h的基础数据采集, 平均基础流量为503 m3/h, 平均首站出站压力为5.91 MPa, 平均末站进站压力为0.15 MPa。
2.2 效果评价
对比两种减阻剂的试验结果, RPII型减阻剂10 mg/kg加剂量的效果相当于FLO MXC型减阻剂5 mg/kg加剂量的效果, 因此, 在试验条件下, FLOMXC型减阻剂相对较优。试验之后, 继续在线使用FLO MXC型减阻剂, 其减阻率和增输率始终与试验结果吻合。当首站加剂量为5 mg/kg时, 即可使大丰站停输油泵而实现计划越站[7], 并且平均流量保持在700 m3/h以上, 与不加减阻剂运行相比, 流量增加了200 m3/h。当首站加剂量为10 mg/kg时, 同样工况下平均流量又增加了60 m3/h(表 3)。
表 3 独乌管道加注减阻剂在线工业性试验结果
在试验过程中发现: 当整条管道充满某一添加量的减阻剂时, 达到稳态运行以后, 减阻率不再发生变化。以10 mg/kg减阻剂加注试验为例, 随着减阻剂的持续加注, 管道沿程摩阻降低, 减阻率相应提高, 管道流量平稳上升, 整条管道充满加剂油品后, 管道流量达到稳定状态, 减阻率即不再发生变化(图 1)。
2.3 节能效果分析
对比“首站开1台给油泵+1台输油主泵(6级叶轮)+大丰站开单泵”和“一泵到底+5 mg/kg减阻剂”两种运行方式的耗电量, 后种方式每日可节约用电24 000 kW¯h, 按工业电价为1元/(kW¯h)计算, 节约电费约2.4×104元(表 4); 减阻剂价格按合同价计算, 以5 mg/kg和10 mg/kg减阻剂加注量加剂运行, 年节约费用分别为479.443×104元和277.196×104元(表 5)。
表 4 不加减阻剂和加剂5 mg/kg运行耗电量对比表
表 5 不加减阻剂与加剂5 mg/kg或10 mg/kg运行稳态工况节电预测对比表
现阶段独乌管道全年大部分时间以5 mg/kg加剂量运行, 节能效果较为显著。根据输油月度计划, 以10 mg/kg间歇性加注减阻剂, 使管道平均流量保持在750 m3/h以上, 能够适时满足上游用户降低库存和下游用户用油高峰时的需求[8-9]。
对于在役输油管道, 减阻剂的增输效果不可能无限大, 在一定的运行工况下, 当增输率达到一定值后, 即使再增加减阻剂加注量也不会获得更好的增输效果, 此时如果盲目增大减阻剂加注量在经济上是不合理的。独乌管道全线采用“一泵到底”的运行方式时, 根据实际运行数据绘制增输率和减阻剂加注量的关系曲线, 当加剂量达到15 mg/kg时, 曲线出现拐点并进入平滑区, 因此, 该管道采用加剂运行时, 减阻剂加剂量不应超过15 mg/kg。
3. 输量高于520×104 t/a的运行措施
随着独山子石化公司原油加工能力的不断提升, 预计独乌管道2015年计划输量将达到629×104 t/a, 超过设计年输量。依托独山子成品油站和大丰站现有的输油设备, 在不加注减阻剂的情况下, 难以满足成品油的管输需求(表 6)。
表 6 独乌管道输油泵启泵水力计算结果
根据测算, 当输量不超过630×104 t/a时, 管道按“首站启1台给油泵和1台输油主泵+大丰站启1台输油主泵+在两站加注减阻剂”方式运行, 当输量超过630×104 t/a时, 管道按“首站启2台给油泵和2台输油主泵+大丰站启2台输油主泵+在两站加注减阻剂”方式运行, 整条管道分两段加注不同体积分数或相同体积分数的减阻剂, 可将独乌管道的年输量逐渐提升至630×104 t/a及以上, 从而满足独山子石化公司逐年递增的成品油管输需求(表 7、表 8)。
表 7 独乌管道首站、大丰站各启单台泵加注减阻剂运行参数预测表
表 8 独乌管道首站、大丰站各启双台泵加注减阻剂运行参数预测表
4. 结论
(1) 在设计输量范围内, 适量加注减阻剂, 独乌管道在停运一座中间泵站的情况下, 可以进一步提高输量, 且使管道运行压力低于设计压力超过1.0 MPa。
(2) 在独乌管道设计工作压力范围内, 按月度小时平均流量, 适时、适量加注减阻剂, 既可完成月度输油计划, 又可节省减阻剂的用量, 实现优化运行的目标。
(3) 管输需求高于设计输量时, 应将充分挖掘输油设备设施的潜能与适时、适量加注减阻剂的措施相结合, 实现最大流量的输送, 从而提升管道的年输量。
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