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浅析成品油管道顺序输送特性及优化运行方案
作者：吕恩焕
来源：《中国化工贸易·上旬刊》2016年第09期
摘 要：成品油管道顺序输送应在保障安全性、可靠性、稳定性的基础上，尽量节约管道输送运行费用和投资费用，最大程度地减少混油的经济损失。根据成品油管道输送特性，结合最优化理论，全面分析多种影响因素，构建成品油管道顺序输送优化模型，提高成品油管道顺序输送的经济效益和安全稳定性。本文简要介绍了成品油管道顺序输送的水力特征，分析了成品油管道顺序输送中产生混油的原因，阐述了成品油管道顺序输送优化方案，以供参考。 关键词：成品油管道；顺序输送；优化
近年来，我国成品油管道输送快速发展，其顺序输送主要是按照合理顺序，在一条管道中输送不同油品，在整个成品油管道输送过程中会产生人工费用、管道维护费用、混油贬值损失、电费等，因此应加强顺序输送优化分析研究，减少成品油管道输送的经济损失。 1 成品油管道顺序输送的水力特征
成品油管道顺序输送优化应考虑到输送单一油品和不同种类油品管道顺序输送的水力特性。在实际的成品油管道顺序输送中往往需要经常更换不同种类的成品油，使得成品油管道中流体的密度和粘度发生较大变化，导致成品油管道系统形成不同的工作点，因此成品油管道设计时，应考虑到高温季节输送低粘度成品油和低温季节输送高粘度成品油的情况。一般情况下，按照全年最低月平均地温度，合理设计高粘度油品管道输送，按照全年最高月平均地温度，仔细校核低粘度油品管道输送[1]。另外，在油品交替时输送管道系统的管道特性和泵站特性会发生一些变化，管道特性随着输送油品的变化而变化，并且其需要经历很长时间，泵站特性变化主要受到泵站混油段长度和泵站位置的影响。
成品油管道顺序输送过程中，若管道口径较大并且输送距离很长，就需要管道必须具有非常的溶剂，并且整个管道输送线上经常有几种油品，而由于各个泵油站的成品油管道输送能力存在一定差异，输送管道最大流量受到管道输送高粘度油品能力的影响，而不同泵站之间输送低粘度油品的能力相对较强，但是会加大下一站的进站压力，若中间泵站之间的管道输送不同粘度的油品，需要及时调整泵站运行状况，将出站压力控制在输送管道强度和承载力允许范围内，进站压力控制在最低进站压力允许范围内。若成品油在长距离输送中需要更换油品，应考虑到全线的能量供需情况，通过调整出站节流、下载流量、部分泵调速、部分泵停运等方法，按照最小输送能耗要求，及时调整泵站运行工况。 2 成品油管道顺序输送中产生混油的原因
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当前，我国成品油很多站场建设有大型混油罐，用于存放成品油管道顺序输送中产生的混油，这就产生了很大的经济损失。成品油管道顺序输送中混油的产生主要是基于混油扩散原理，管道顺序输送中前行油品进入后行油品中，沿着管道轴向和径向紊流扩散，扩散过程中两种油品结合的密度逐渐均匀，最终形成混油。根据实验验证，层流的油品流动状态比紊流的油品流动状态产生的混油量要大很多。在实际的成品油管道顺序输送过程中，以下几种情况会产生混油：其一，管道压力较小，成品油不满流，流体流型发生变化，产生混油；其二，成品油管道连续输送不同密度的油品，或管道暂停进行维护检修，或者遇到紧急状况需要处理时，密度大的油品和密度小的油品之间由于密度差形成混油；其三，前面油品在过滤器、备用泵、旁路等位置滞留，整个管段再次投入运行状态时，管道中残留的油品被其它油品混合产生混油；其四，输油首站不同油品在切换油罐时，形成混油[2]。为了解决这个问题，成品油管道顺序输送时，应严格控制紊流流型，尽量使属性相近的油品先后进行输送，在输油首站切换油品时，应尽量减少油罐切换时间，最大程度地减低初始混油量。 3 成品油管道顺序输送优化方案 3.1 确定设计输量
对于成品油顺序输送管道，虽然已知不同油品的年任务输量，但是不同批次、不同类型的油品，其设计数量不同，成品油输送的批量批次不同，因此管道的混油损失和投资也不同，成品油管道运营投资费用会发生变化。成品油管道顺序输送优化设计，通过批次批量见可以确定油品设计输量，可将批次批量作为成品油管道顺序输送优化设计的一个设计变量。 3.2 目标函数构成
经济指标是成品油管道顺序输送优化设计的一个重要要素，顺序输送管道运行中很容易产生混油，因此必须单独设置混油罐，然后再进行混油处理。并且成品油管道顺序输送存在着不同批次、不同批量油品的问题，为了避免转油和输油、输油和来油之间的不平衡，管道的很多中间站和末站都需要建设混油罐，批量越大批次越少，混油罐的投资费用越多，顺序输送管道的混油量越小，经济损失相对较少。反之，批量越小、批次越多，混油损失较多，因此成品油管道顺序输送优化设计应考虑到站场混油罐投资费用和混油损失[3]。 3.3 优化设计数学模型
确定输送线路后，对于成品油管道顺序输送管道混油损失、运行管理费用、初期建设投资影响较大的经济参数包括：批量（q）、批次（K）、混油罐总罐容（V）、泵站数（n）、输送压力（P）、壁厚（δ）、管径（D）。成品油管道顺序输送优化设计目标是确定最佳的经济参数组合，最大程度地减少输送管道混油损失、运行管理费用和建设投资费用。 3.4 目标函数公式
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成品油顺序输送管道在整个使用寿命期限内的费用主要包括损失费用、混油处理、运行管理费用、油罐、泵站和管道初期投资建设费用等，以终值费用作为成品油顺序输送管道的经济指标，按照年利率各年运行费用、油罐、泵站和管道的建设投资费用折算为设备使用寿命末年费用，构建目标函数公式：
S=（S1+S2+S3）（F/P，i，m）+（S4+S5+S6+S7+S8）（A/F，i，m）
公式中，S1是管道初期投资费用，S2是泵站初期投资费用，S3是油罐初期投资费用，S4是管道年维护管理费用，S5是泵站年维护管理费用，S6是油罐年维护管理费用，S7是泵站年能耗费用，S8是年混油处理费用和损失费用，m是设备使用寿命，i是资金年利率[4]。 3.5 优化模型
根据约束条件、目标函数、设计变量这三大要素，确定成品油管道顺序输送优化设计数学模型：
成品油管道顺序输送优化设计数学模型，除了批量连续值、混油罐总罐容、工作压力以外，壁厚、管径为离散变量，批次和压气站数为整型变量，目标函数为非线性，这个数学模型是一种非线性混合离散变量优化模型，采用直接搜索法进行求解，可以获得较好的效果[5]。其中，直接搜索法是一种基于“查点”组合优化思想和“爬山”非线性离散搜索策略，得出的一种混合离散非线性变量优化设计方法，主要包括查点和搜索，应用迭代公式和新型搜搜方法，极大地提高了搜索效率，通过一维搜索技术，准确计算搜索步长。当搜索受限时，通过一种非线性函数关系的查点技术，发现新点，脱离限制，重新进行搜索，通过这种方法最终确定最优解。 4 结束语
成品油管道顺序输送工艺复杂，并且油品种类繁多，在进行优化设计时应全面考虑到油罐投资、混油损失、油品输送批量批次等因素，结合成品油管道顺序输送实际情况，确定经济性目标函数，通过优化设计数学模型，确定最优解，实现成品油管道顺序输送优化，全面提高其经济效益。 参考文献：
[1]文林.成品油管道顺序输送运行优化研究[D].西安石油大学，2014.
[2]蒋仕章，蒲家宁.成品油管道顺序输送优化与调节[J].油气储运，2012（10）：22-27+58-5.
[3]张青松.成品油管道顺序输送数值分析与模拟软件开发[D].江苏工业学院，2013.