成品油管道的混油计算方法研究.pdf

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1、成品油管道的混油计算方法研究宫敬1 ，王琴2 ，王卫东3 ，郭袢4( 1 中国石油大学( 北京) ，北京1 0 2 2 4 9 ；2 中国石油西部管道分公司，新疆乌鲁木齐8 3 0 0 1 2 ；3 中国石化华南销售分公司，广东广州5 1 0 0 0 0 ；4 中国石油北京油气调控中心，北京1 0 0 0 0 7 )摘要：成品油管道在顺序输送过程中会产生混油，预测混油量成为成品油管道运行必不可少的环节。文中以奥斯汀混油公式为基础进行混油计算方法研究，针对影响混油的因素，通过整理和分析西南成品油管道近2 年的混油数据，总结各站间奥斯汀混油公式计算值与实际混油量之间差值的变化规律，提出了更符合管道

2、特性的混油计算方法。现场数据的验证结果表明：改进的混油计算方法不仅提高了计算精度，而且便于现场应用。关键词：成品油管道；混油计算；现场数据；影响因素中图分类号：T E 8 3 2文献标识码：A文章编号：1 0 0 4 9 6 1 4 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 0 1 0 3S t u d yo ft h eC a l c u l a t i o nM e t h o df o rM i x i n gV o l u m ei nP r o d u c t sP i p e l i n eG O N GJ i n 9 1 ，W A N GQ i n 2 ，W A N GW e i

3、d o n 9 3 ，G U OY i 4( 1 C h i n aU n i v e r s i t yo fP e t r o l e u m ，B e U i n g1 0 2 2 4 9 ，C h i n a ；2 C h i n aP e t r o l e u mW e s tP i p e l i n e ，U r u m q i8 3 0 0 1 2 ，C h i n a ；3 S i n o p e cS o u t hC h i n aS a l e sC o m p a n y ，G u a n g z h o u5 1 0 0 0 0 ，C h i n a ；4 C h

4、 i l l aP e t r o l e u mO i l & G a sl x p e U n eC o n t r o lC e n t e r ，B e i j i 增1 0 0 0 0 7 ，C h i n a )A b s t r a c t ：I nt h ep r o c e s so fo i lp r o d u c t sb a t c ht r a n s p o r t a t i o n ，m i x e do i li si n e v i t a b l yf o r m e d ，8 0t h ep r e d i c t i o no fm i x e do

5、 i la l S Ob e c o m e si n d i s p e n s a b l ef o ro i lp r o d u c t sp i p e l i n eo p e r a t i o nm a n a g e m e n t B a s e do nt h ee m p i r i c a lf o r m u l ao fA u s t i n - P a l f r e y ，t h i sp a p e rc a r r i e so u tr e s e a r c h e so nt h ec a l c u l a t i o n a lm e t h o

6、 do fc o n t a m i n a t e dv o l u m e C o n s i d e r i n gt h ei n f l u e n t i a lf a c t o r so fm i x e do i l ，t h r e u s ht r e a t m e n ta n da n a l y s i so ff i e l dd a t aa b o u tt h ep r o d u c t sp i p e l i n ei ns o u t h w e s tC h i n a s u m m i n gu pt h ed i f f e r e n c

7、 eb e t w e e nA u s t i n P a l f r e yf o r m u l av a l u ea n dt h ea c t u a lc o n t a m i n a t i o nv a l u ea te a c hs t a t i o n ，ac a l c u l a t i o n a lm e t h o di so b t a i n e df o rc o n t a m i n a t i o n ，w h i c hc a nm e e tt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp r o d u c t

8、 sp i p e l i n e T h r o u g ht h ev a l i d a t i o no ff i e l dd a t a ，t h ef o r m u l af o rc o n t a m i n a t i o nn o to n l yi m p r o v e sa c c u r a c yb u ta l s oc a nb ee a s i l yu s e di nf i e l da p p l i c a t i o n s K e yw o r d s ：p r o d u c t sp i p e l i n e ；c a l c u l

9、a t i o no fc o n t a m i n a t i o n ；f i e l dd a t a ；i n f l u e n t i a lf a c t o r0 引言为了提高成品油管道的经济效益和运行管理水平，需要确定适合的混油计算方法，以便在各种工况下准确地预测到达管道末站的混油量。现在世界各大管道公司都采用适用于所辖成品油管道的混油计算公式，目前还没有公认的与实际完全相符的混油计算公式【lJ 。大部分混油计算公式都描述了混油量与输送距离、管径和雷诺数的关系，并不包含某条管道特有的性质，如管径变化、沿线地形和结构等对混油的影响，计算结果仍与现场数据存在差异，仅适用于等直径

10、水平管道。其中奥斯汀混油公式的应用最广泛，能比较准确地预测混油量。采集西南成品油管道近2 年的混油数据，通过整收稿日期：2 0 1 2 0 2 2 0收修改稿日期：2 0 1 2 一0 9 一1 3理和分析，总结各站间奥斯汀混油公式计算值与实际混油量差值的变化规律，从现场数据中找出共性，在奥斯汀混油公式的基础上提高混油计算精度。1 混油的经验计算公式1 1 计算公式奥斯汀混油公式是由奥斯汀和伯尔弗莱在1 9 6 0年收集并分析了大量实验和生产数据得出的经验计算公式，见式( 1 ) 式( 3 ) 。当R e R e i 时：C = 1 1 7 5 ( 现) o5 01( 1 )当R e R e

11、；时：C = 1 83 8 4 ( D L ) o 5 R e 。09 e 2 1 8 护5( 2 )m ；：1 00 0 0e 2 7 2 毋5( 3 )式中：C 为混油长度，m ；L 为输送距离，m ；D 为管道内径，m ；R e 为雷诺数；R e i 为临界雷诺数。万方数据2P i p e l i n eT e c h n i q u ea n dE q u i p m e n tJ a n 2 0 1 3公式的适用范围：( 1 ) 混油的黏度按以下经验公式计算：1 1 9 l g ( v 1 0 6 + 0 8 9 ) = 专- l g l g ( u A 1 0 6 + 0 8 9

12、) +-1 - ；- l g l g ( v B 1 0 6 十0 8 9 )( 4 )-式中：u 。为A 种油品在输送温度下的运动黏度，m 2 s ；t ，。为B 种油品在输送温度下的运动黏度，m 2 s ；u 为混油的计算运动黏度，m 2 s ( 2 ) 不考虑输送顺序对混油的影响。( 3 ) 根据对称浓度条件，把前行油品浓度为1 一9 9 范围内两界面间的距离定义为混油长度。当雷诺数小于临界雷诺数时，混油长度随着雷诺数的降低急剧增加；当雷诺数大于临界雷诺数时，混油长度随着雷诺数的降低增长缓慢。为了减少混油量，生产运行中尽量使流量保持在平滑区，避免在低流量下顺序输送产生大量混油心J 。文中

13、采集的混油数据所对应的流量均处于平滑区，雷诺数都大于临界雷诺数，在下文的混油计算中只应用到公式( 1 ) 。成品油管道运行工况复杂，全线分输点多，输量变化大，各段管径随着设计输量的变化有所不同。在计算混油量时必须采用当量管长法J ，即将管道按流量的变化点或变径点分成若干个管段，先将前一个管段末端的混油量折算为当量管段长度，加上需要计算的管段长度，再代人混油公式计算得到该管段的混油长度。1 2 注意事项在使用奥斯汀混油公式时，对初始混油、中间站下载混油、过泵站产生的混油和变管径的影响考虑如下：1 2 1 初始混油和中间站下载混油初始混油和中间站下载的混油量虽不大，但是会影响到末站的混油计算。对初

14、始混油和下载混油进行混油计算时做如下处理：将初始混油折算为当量管长度，加上所要计算的管段长度；将到站的混油量减去下载的混油量再折算为当量管长度，加上所要计算的管段长度。1 2 2 过泵站产生的混油每条管道每个站过站混油量都不一样，现场没有对过泵站产生的混油量进行监测，因此在文中的混油计算中没有加上这部分混油，这不会影响到混油计算、公式的回归。假设考虑这部分混油，为了简化计算，也只能将每一站的过站混油量当一个常数处理，这与回归参数的效果是一样。1 2 3 变管径混油假设某条成品油管道前厶段管径为D 。，流量为Q ，雷诺数为m 。，混油长度为C 。，后：段管径为D ：，流量为Q ：，雷诺数为船：，

15、管段示意图如图1 所示。图1 某管段示意图当雷诺数大于临界雷诺数时，利用公式( 1 ) ，管段：末端混油计算公式推导如下所示：先将C 。折算为管径为D ：的混油长度C 。：c 。= c 。f 睾l( 5 )前厶段混油的当量长度“： u = ( 而去萨) _ ( 2 搿) 2 管段L ：末端混油长度C ：C 2 = 1 1 7 5 ( L 2 + L 1 ) n5 D o5 R e ；n1( 7 )2 整理和分析现场数据整理了西南成品油管道近2 年的现场混油数据，发现数据存在有误和不全等问题，数据质量将影响到最终回归的结果。由于数据有限，且不能判断哪些是错误的数据，开始并没有删除掉所有有问题的数

16、据，而是采用了分段回归的方法，在回归时把错误的数据删除掉。为了减小数据质量对回归结果的影响，使回归的结果更符合管道的运行情况，利用前一管段的实际混油量、每一管段的流量和下载混油量计算得到每一管段的混油量，然后再与实际混油量进行比较。这样处理不仅可以充分利用现场数据，而且各管段之间不受影响，即使前一管段计算有误，对下一管段的混油计算没有影响。如果直接利用首站实际流量和下载混油量从第一段推算到最后一段，有可能因为其中某一管段数据的有误或缺失，导致其后的管段混油量计算均错误，而且每一组混油数据有误和缺失的情况不一样，这些都不利于混油变化规律的总结和混油公式的万方数据第1 期宫敬等：成品油管道的混油计

17、算方法研究3回归。对某个批次整条管道的混油数据的整理如表1 所示，表1 中有些管段计算出来的混油量比前一管段的少，这是由于现场数据不准确造成的，每一个管段数据都是由各管段的实际数据计算得到，变少的原因是这些管段的实际混油量有误，比前一管段少。表I 某个批次实际混油量与奥斯汀公式计算值的比较从表1 中还可以看出，很多管段的实际混油量与计算值相差并不是特别大，可知奥斯汀公式能很好地预测混油量。除了数据有误和管道末站混油量受到混油切割的影响以外，实际混油量与计算值之间的比值都在1 2 之间，奥斯汀混油公式计算值均小于实际混油量。在预测混油量时，如果每一管段的混油计算值都比实际的小，经过数次的递推计算

18、，误差会越来越大，因此对计算公式进行分段回归是有必要的，先将每一管段的误差减小，才能使末站的混油计算准确。在对所有批次的混油数据整理完后，再将每一管段所有批次相应的混油数据集中比较，总结各站间奥斯汀混油公式计算值与实际混油量差值的变化规律。图2 为茂名一玉林管段实际混油量与计算值比值。图2 茂名一玉林管段实际混油量与计算值比值茂名一玉林管段所有批次的实际混油量与计算值的比值有一定的规律性，大致在1 5 左右，删除偏大值和偏小值，得到茂名一玉林这一管段实际混油量与计算值的比值平均值为1 4 9 6 。其他管段使用类似方式删除质量不好的数据，得出每一管段的比例系数。计算每一管段混油量时，依次将比例

19、系数代入，逐段修正混油计算值，依次递推计算，最终得到管道终点混油量。回归后的具有奥斯汀公式形式的混油公式如下所示：C ；= k i L o , 5 0 0 , 。5 R e 70 1( 8 )式中：c i 为混油段到达第i 管段末站的混油长度，m ；k i为第i 管段的回归参数，取值如表2 所示；厶为混油段到达第i 管段时的当量管段长度，m ；D i 为第i 管段的管径，m ；R e i 为第i 管段的雷诺数。表2 各站间的回归参数k ；值管段名称回归参数k i管段名称回归参数k z茂名一玉林1 7 5 7 8都匀一贵阳1 2 9 5 1玉林一贵港1 3 2 5 7贵阳一安顺1 2 1 7 7

20、贵港一黎塘1 4 2 7 0安顺一晴隆1 2 0 5 6黎塘一柳州1 2 2 2 4晴隆一盘县1 1 9 0 0柳州一河池1 2 5 4 1盘县一曲靖1 1 8 0 0河池一南丹1 3 1 4 5曲靖一秧田冲1 2 0 1 7南丹一独山1 1 8 9 4秧田冲一长坡1 2 5 5 9独山一都匀1 2 9 9 13 现场数据的验证为了验证改进的混油计算公式符合管道特性，对回归参数与各管段倾角变化的趋势进行比较，如图3所示。图3回归参数和倾角的变化趋势比较回归参数和管段倾角的变化趋势在前6 个站是一致的，且变化不成比例，其后9 个站的回归参数变化幅度较小，与倾角的变化趋势没有保持一致。这说明混油量

21、在前6 站受到地形的影响，只是( 下转第2 8 页)万方数据2 8P i p e l i n eT e c h n i q u ea n dE q u i p m e n tJ a n 2 0132 2 安装注意事项不得在蓄能器上焊接、铆接或机械加工；蓄能器与管路系统之间应设置操作简便的截止阀，此阀供充气、检查蓄能器、调节放油速度或长时间停机时使用；蓄能器与液压泵之间应设置单向阀，当泵电机停止运转时，防止蓄能器中所储存的压力油倒流；为防止蓄能器对管路系统的危害，对大于等于l oL 的蓄能器，在进入蓄能器的位置应设置安全溢流阀。2 3 蓄能器的充氮2 3 1充氮条件蓄能器投人使用前，应给蓄能器胶

22、囊充入氮气；定期进行蓄能器的气压检查，发现胶囊内氮气漏损时，应给胶囊补充氮气。2 3 2 充氮方法用充气工具充氮。当充气压力大于1 0M P a 时，应采用增压器加压到充气压力。充氮应缓慢进行，只有当胶囊膨胀关闭进油阀后，才允许适当加大充气速度。2 3 3 充氮压力的确定充氮压力可参考下列数值：冲击缓冲，充气压力为系统工作压力的9 0 ；消除脉动，充气压力为系统工作压力的6 0 ；能量储存，充气压力应低于系统最低压力的9 0 ，且高于系统最高工作压力的2 5 ；热膨胀补偿，以液压系统封闭回路中的最低压力或稍低一点的压力作为充气压力。3 蓄能器使用过程中的检查与维护3 1日常检查蓄能器投入运行后

23、，应定期对胶囊内的充气压力进行检查，发现漏损应及时补充气体，漏损严重时应查明原因( 胶囊损坏、充气阀密封不严等) ，及时修复。3 2 蓄能器长期停用的处理蓄能器长期停止使用时，应关闭油口与压力油管之间的截止阀，保持蓄能器内的油压在充气压力以上。3 3 蓄能器的维修充气阀密封不严，卸压后更换充气阀；充气阀与充气阀座密封不严，卸压后更换密封圈；胶囊破损，卸压后更换胶囊。上述任何一种维修，需在维修前先排空蓄能器中的液压油，并用充气工具排尽胶囊中的气体，然后才能拆卸蓄能器及各零件。 4 结束语牵拉试验装置的技术关键在于传动装置，采用气囊式蓄能器驱动液压马达实现管道检测器的大功率牵引，克服了以往采用大功

24、率电动机驱动卷扬机对电网的载荷冲击和采用柴油机驱动卷扬机运行不稳定、噪声大等缺陷。作者简介：杨博霖( 1 9 7 3 一) ，工程师，主要从事管道检测技术的研究和管道检测器的开发研制。( 上接第3 页) 影响较小，在地形起伏的管道混油计算过程中应该考虑地形的影响，这样才能提高末站的混油计算精度。后9 个站的回归参数与倾角的变化没有保持一致的原因是：混油段沿管道轴向浓度梯度随着输送距离的增加变得平缓，扩散系数逐渐变小，混油的增加量变小，受地形的影响变小。为了验证改进的混油计算方法的适用性，从现场采集了第二批数据，验证结果如图4 所示。6 0 0童4 0 0 蒸2 0 00 0 20 40 60

25、81 01 21 41 6 里程1 0 3 k m图4 某个批次的验证结果各管段的奥斯汀混油公式计算值均比实际混油量小，且误差越来越大，公式( 8 ) 的计算值非常接近实际混油量，能准确地预测每个管段的混油量。改进的混油计算方法不仅符合西南成品油管道特性，而且提高了混油计算精度，使用方法简单，便于现场运用。4 结束语综上所述，结合现场数据和奥斯汀混油公式，改进的混油计算方法不仅包含了流量、管径和输送距离对混油的影响，而且将初始混油、过站混油、高差混油和过泵站产生的混油考虑在内，这对特定管道是非常有意义的。参考文献： 1 杨筱蘅输油管道设计与管理东营：中国石油大学出版社，2 0 0 6 ：2 7 9 2 8 1 2 徐燕萍，范华军长输成品油管道顺序输送混油量的控制管道技术与设备，2 0 1 0 ( 1 ) ：4 8 4 9 3 陈庆勋成品油顺序输送分输和变管径混油量的计算油气储运，1 9 9 9 ( 1 ) ：7 8 作者简介：宫敬( 1 9 6 2 一) ，教授，主要从事油气储运工程专业教学和科研工作。万方数据