南输管道泵机组的优化配置

戴福俊, 吴迪

戴福俊, 吴迪. 南输管道泵机组的优化配置[J]. 油气储运, 1995, 14(3): 22-26.
引用本文: 戴福俊, 吴迪. 南输管道泵机组的优化配置[J]. 油气储运, 1995, 14(3): 22-26.
Dai Fujun, Wu Di. Optimal Coordination of Pump Units for Nanshu Pipeline[J]. Oil & Gas Storage and Transportation, 1995, 14(3): 22-26.
Citation: Dai Fujun, Wu Di. Optimal Coordination of Pump Units for Nanshu Pipeline[J]. Oil & Gas Storage and Transportation, 1995, 14(3): 22-26.

南输管道泵机组的优化配置

详细信息
    作者简介:

    戴福俊  工程师, 1962年生, 1984年毕业于抚顺石油学院储运专业。现任抚顺石化公司储运公司(南输管道工程建设指挥部)中心控制室专职工程师

    *113001, 辽宁省抚顺市望花区演武街; 电话: (0413)6686983。

Optimal Coordination of Pump Units for Nanshu Pipeline

  • 摘要: 抚顺至营口鲅鱼圈港成品油管道(简称南输管道), 长240km, 有三个输油站, 为了实现泵机组的优化运行, 通过调整机泵数量和型号的合理配置, 达到节能降耗的目的。分析了冬、夏季管道内油品的平均输量, 根据雷诺数确定油品的流态区间, 计算出了不同油品的平均摩阻损失。泵机组的配置要求是: ①应保证输量; ②各输油站的出口压力不大于5.88MPa; ③入口压力控制在0.196~0.882MPa。通过管路和泵站压力损失计算, 建立能量平衡方程, 对泵机组进行不同的排列组合, 由计算机编程计算, 求出全线不同油品的不同季节泵机组的最佳配置, 再将其进一步的校核计算, 得出各站泵机组的最佳配置, 并指出, 切换时机不准确也将直接影响管道的经济效益。
    Abstract: Nanshu Pipeline (an oil products pipeline from Fushun to Yingkou), 240mm long, has three pump stations.Through reasonable coordination between the quantity and models of pump units, optimal operation is realized and a considerable quantity of energy saved.The average pipeline throughput in winter and summer is analyzed, and the average friction losses for different oil products are calculated according to the flow regime determined by Reynolds number.Requirements for pump coordination are the following; ①throughput requirement, ②outlet pressure for every station≤5.88Mpa, and ③inlet pressure>0.196 Mpa and < 0.882Mpa.Energy equilibrium equation can be established through calculating pressure losses in pipeline and pump station.With different alternatives for pump unit coordination, the optimal coordination for any product in any season can be found by means of computer calculation.Then the optimal pump unit coordination for each station can be decided through further verification and calculation.It is pointed out that incorrect switching can also result in low pipeline economic efficiency.
  • 正在建设中的抚顺至营口皺鱼圈港成品油管道(简称南输管道)是一条工业化长输成品油管道,全长240 km, 其中首站至中间站管道(以下称第一段管道)长130 km, 规格为ϕ355.6×6;中间站至末站管道(以下称第二段管道)长110 km, 规格为ϕ377×6。该管道的设计年输量为240×104 t, 主要输送90#无铅汽油、90#有铅汽油、0#柴油和-10#柴油等。

    由于该管道采用单管顺序密闭输送的输油方式,因此,当密度、粘度等理化指标相差较大的不同油品,按一定的顺序周期性在管道内交替运行时,要求管道的运行工况也要经济合理地进行经常性的变化和调节。以下就如何配置全线及各站的泵机组,使全线的运行工况始终处于最佳状态,达到既经济又合理运行的问题进行探讨。

    在管道的各种运行工况中,通过调整调速电机转数或调整机泵的数量和型号,来实现最低的输油年耗。一般情况下,对运行管道工况的调节方法有三种:

    ① 调节电机转速;

    ② 调整机泵的数量和型号;

    ③ 调节阀门的开启程度。

    前两种方法皆可调整泵机组的组合,是最经济的;而后一种调节方法,则能量损失较大,既不经济又不合理。

    由于南输管道没有采用调速电机来调节工况,因此泵机组组合的最优化是靠调整机组的数量及型号来实现。进入管道的油品种类、数量及理化指标见表 1

    表  1  管道输送油品的参数
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    由于末站不担负输送成品油的任务,因此,首站及中间站主输机泵型号及其配置情况见表 2

    表  2  各站机泵的配置
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    按照油品的理化性质、质量要求,以及对混油的二次加工处理等问题,将所输几种油品的输送顺序排列如下:

    夏季: 0#柴油→90#无铅汽油→90#有铅汽油→90#无铅汽油→0#柴油;

    冬季: -10#柴油→0#柴油→90#无铅汽油→90#有铅汽油→90#无铅汽油→0#柴油→-10#柴油。

    根据年输量及标准密度,可得出冬、夏季管道内油品的平均输量, 计算公式为:

    (1)

    冬季Q=370. 23 m3/h;

    夏季Q = 370. 109 m3/h。

    流态是由雷诺数的大小来判断的[1]

    (2)

    (3)

    (4)

    其中

    式中  Re——雷诺数;

    d——管道内径, m;

    v——油品运动粘度, m2/s。

    计算及判断结果见表 3

    表  3  雷诺数计算结果及其所处状态
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    由于汽油、柴油分别处于混合摩擦区和水力光滑区内,因此,可采用阿尔特舒尔公式计算管道的摩阻损失[1]

    (5)

    将式(5)应用于南输管道(管道的局部摩阻损失取沿程摩阻损失的1%,站内摩阻损失取20 m。),得岀计算公式如下,计算结果见表 4

    表  4  平均摩阻损失计算结果
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    (6)

    式中  l1l2——分别为两管道长度, m;

    Q——管道内的平均流量, m3/s;

    d1d2——分别为两段管道的内径, m。

    确定最佳泵机组涉及两方面的内容:一是全线最佳泵机组的配置方案;二是首站和中间站泵机组的配置方案。

    泵机组的配置要求运行时满足下列条件:

    ① 保证年输量;

    ② 各输油站的出口压力不大于允许压力值Pmax(Pmax=5. 88 MPa);

    ③ 各站的入口压力保持在最小压力值Pmin(Pmin=0.196 MPa)与0. 882 MPa的范围之内。

    泵站及管道的能量及其损失包括:

    (1)首站泵机组的入口压力PH(这里取0. 39 MPa);

    (2)泵站提供的压力Pi;

    (3)泵站节流的压力损失Pji,(这里取0);

    (4)各站内的压力损失Psi,(这里每站取0. 2 MPa);

    (5)首、末站位差提供的压力Pz,(这里取0. 39 MPa);

    (6)管道的压力损失Ppi

    (7)末站的压力PK, (这里取0. 2 MPa)。

    根据能量平衡原理得出:

    (7)

    ① 泵机组压力的计算公式:

    (8)

    式中  n——百站数(末站除外);

    m——第i站的机沗数;

    aijbij——第i站第j台泉的特性参数。

    经过数学回归,三种型号机泵的ab两参数值见表 5

    表  5  机泵特性参数的回归值
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    ② 管路及站内压力损失的计算公式为:

    (9)

    其中ciαiβi的具体数值见表 6

    表  6  ciαiβi计算结果
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    将基础数据代入式(7)、(8)、(9), 把机泵各种可能的排列组合分别代入算式,经计算机编程运算后,得出机泵的最佳配置,见表 7

    表  7  全线机泵配置
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    上述机泵组合的校核工况点见表 8, 年占用时间见表 9

    表  8  全线运行工况点
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    表  9  年占用时间校对
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    以上是把全线作为一个统一的水力系统来研究,得岀的泵机组组合,要将其分配给各输油站,还需进一步的校核计算才能确定。

    经计算机的反复运算和校核,首站和中间站机泵的配置及岀、入口压力值见表 10

    表  10  首站、中间站相应机泵配置及参数
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    上述结果满足各油品单独充满管道,即管内同一时间输送单一油品时的输送条件。

    (10)

    式中  ρ1——前行油品的密度, kg/m3;

    ρ2——后行油品的密度, kg/m3;

    β11——后一种油品在第一段管道内的参数;

    l——混油段距首站的长度,m。

    (11)

    式中  β22——后行油品在第二段管道内的参数。

    由式(7)扩展后得到下列公式:

    (12)

    因南输管道所在的地势较平坦,故Pz不再做分析,仍采用原数值。

    将机泵的组合特性方程及式(10)、(11)代入能量平衡方程后经计算机编程计算,即可得出结果。冬季“0#柴油→90#无铅汽油”的计算过程数据见表 11

    表  11  混油界面移动过程参数计算结果
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    根据各季节和输油的排列顺序得岀机泵切换的时机,见表 12

    表  12  泵机组切换位置
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    按照机泵切换的原则条件,即:

    ① 首站、中间站的出站压力要低于管逋的许用压力;

    ② 中间站的进站压力要大于或等于0. 196 MPa, 而又要小于0. 882 MPa(泄压阀定值);

    ③ 切换前后的流量平均值应基本趋近于年平均输量。

    由此得出,如果切换的时机不准确、不及时,就可能造成某些运行参数不合理,直接影响到管道的经济效益,甚至造成事故。另外, 机泵切换时要求将要切换的机泵同时切换, 否则就可能影响到中间站的入口压力,使其压力值得不到满足而造成事故。

  • 表  1   管道输送油品的参数

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    表  2   各站机泵的配置

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    表  3   雷诺数计算结果及其所处状态

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    表  4   平均摩阻损失计算结果

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    表  5   机泵特性参数的回归值

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    表  6   ciαiβi计算结果

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    表  7   全线机泵配置

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    表  8   全线运行工况点

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    表  9   年占用时间校对

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    表  10   首站、中间站相应机泵配置及参数

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    表  11   混油界面移动过程参数计算结果

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    表  12   泵机组切换位置

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  • [1] 严大凡. 输油管道设计与管理. 北京: 石油工业出版社. 1986: 246~252
表(12)
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出版历程
  • 收稿日期:  1995-02-15
  • 网络出版日期:  2023-08-22
  • 刊出日期:  1995-06-19

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