输油管道设计与管理(2011级第12次课)

1、2022-4-28Oil and Gas Pipeline1油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川上次课的内容复习上次课的内容复习u混油的机理与混油浓度的计算混油的机理与混油浓度的计算u 终点混油浓度终点混油浓度u混油量和混油长度混油量和混油长度 （1 1）理论公式）理论公式顺序输送顺序输送)(1 21)(1 21ZKZKBA)21(1 21)21(1 21edBedAPKPK5 . 05 . 021124)(2ddghZPePeZZVVpjpjghLdZVVReRe7 .601034545. 03pjpjdLZCReRe7 .601034545. 03tDxZT22022-4-28Oil an

2、d Gas Pipeline2油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川（2）混油量的经验计算公式）混油量的经验计算公式顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline3油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川(3)影响混油产生的因素（影响混油产生的因素（P284） 物理化学性质、流动状态、管道长度物理化学性质、流动状态、管道长度 停输混油停输混油 输送次序输送次序(粘度差粘度差) 首站的初始混油首站的初始混油 中间泵站对混油量的影响中间泵站对混油量的影响 其他因素其他因素（不满流、流速变化、沿线温度变化）（不满流、流速变化、沿线温度变化） 顺序输送顺序输送2022-4-28O

3、il and Gas Pipeline4油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川6.3.3 混油的接收与销售混油的接收与销售【例【例6-1】某油库区间管道，L=3km，d=0.207m,V=2.07 m/s,顺序输送汽油（A）和轻柴油（B），求混油段长度、混油体积，并提出终点混油的处理方案。已知：解解：1）计算平均粘度 2）计算平均雷诺数 3）设混油浓度范围为99%-1%，查表（图）得 Z=1.645, smA/108 . 026smB/100 . 82625. 1smBA/106 . 2414326505501065. 1RevVdpj顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas P

4、ipeline5油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川4）求混油段长度5）混油量6）混油的处理 设油库汽油罐和柴油罐的容积为10000m3，汽油中可以混入柴油的浓度为1%，柴油中可以混入汽油的浓度为0.5%，即：则： 可见，混油可进入A油罐，也可进入B油罐。mdLZCpjpj108ReRe7 .601034545. 033264. 34mCdVh%5 . 0%,1,100003ABBAgBgAKKmVV3350100mKVVmKVVABgBABBAgABA顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline6油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川【例【例6-2】其它条件不变，

5、L=1000km， ，求混油量，确定切割方案。 4）求混油段长度5）混油量6）混油的处理 计算表明 而混油有66m3，因此需要建专门的混油罐。31000mVVgBgAmdLZCpjpj1960ReRe7 .601034545. 0332664mCdVh33510mKVVmKVVABgBABBAgABA顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline7油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川?32AtAtKK顺序输送顺序输送 关键是要在什么浓度下切割，才能使进入关键是要在什么浓度下切割，才能使进入A油罐的油罐的B油刚好油刚好等于等于10m3，进入，进入B油罐的油罐的A油刚好

6、等于油刚好等于5m3呢？即：呢？即： 可见，可见，还必须掌握混油浓度还必须掌握混油浓度KA与混油量的关系与混油量的关系，以便根据，以便根据油罐中允许混入另一种油量，来确定当终点浓度达到多大值时，油罐中允许混入另一种油量，来确定当终点浓度达到多大值时，就必须切割混油段，以进行油罐切换。就必须切割混油段，以进行油罐切换。2022-4-28Oil and Gas Pipeline8油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 某纯净油品是否允许混入另一种油品，允许混入的浓度大小，取决于两种油品的和油品。两种油品混合后的质量指标与混油浓度之间并不遵守相加原则。因此，两种油品交替输送之前，需在化验室进行不同浓度

7、的混油调合，根据有关规定测定混油的性能，从而确定满足质量要求的最大允许混油浓度。 P296（表6-5、6-6）顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline9油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 顺序输送管道，对所有可能交替输送的油品所有可能交替输送的油品，都需要进行这样的性能测定，规定允许混油浓度，以便进行输送次序的安排和混油的切割与处理。不同批次的油品不同批次的油品，其质量指标也会变化，因此为确定允许混油浓度而进行的化验、分析工作是大量的经常性的工作。 A、B两种油品交替输送，作如下符号规定： 分别表示A油油罐的容积和B油油罐的容积， 分别表示进入A油中允许进入

8、B油的浓度以及B油中允许进入A油的浓度。 gBgAVV 、ABBAKK 、顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline10油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川Q顺序输送顺序输送 1）任意时刻： KAtKBt=1 t1时刻：KA=1，KB=0 2）dt时间内由管道进入A油罐的A油量为QKAtdt，B油量为QKBtdt。 3）为了在管道终点接收混油，必须知道KAt2和KBA、以及油罐容量VA之间的相互关系。 2022-4-28Oil and Gas Pipeline11油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川u混油头混油头(P298) 根据管道流量和混油浓度分布，t2t1

9、时间内，进入A油罐的B油量为流入A油罐的A油量 BAgAttBtBKVdtQKV21dtQKVttAtA21gABAVVV2111ttAtgAgAAgABBAdtKVQVVVVK 2121121ttedgABAdtPVQKdtdttt00, 21211210dPVQtKedgABA顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline12油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川积分得：用Z替代另外，当时间为t2，接收混油头的A油罐被装满时，由 联解两式得：edPZ215 . 0)21 (edPZ5 . 01212)(2edPZZdZPded5 . 02 215 . 0125 .

10、 002)(221ZZededgABAdZZPZZPVQtK 2121)(21120dPVQtKedgABA 21)(1125 . 0ZZedgAgBAdZZZZPVVK5 . 02112)(2dghPeZZVVgAdghVPeZZVV 5 . 021)(2)()(21112ZZKABA1)()(20ZZeZZdZZ顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline13油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川式中： 当由化验确定了A油中允许混入的B油浓度KBA后，式中只有一个变量Z2，可由试算法或图解法求得，KBA与Z之间的图形关系如图6-17（P300）所示。 求得Z2后

11、，可由浓度计算公式确定管道终点混油浓度KAt2。)()(21122AABAZZK)exp(1)(1 )(2ZZZZedggAAPVV2AedggAZPVVZZ2212gAdghVPeZZVV 5 . 021)(2)(12122ZKAt顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline14油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 管道终点A油浓度达到KAt2时，流入A油罐内的B油量已达到允许的最大值VB，此时必须转换油罐，使后来的混油进入混油罐。对某一顺序输送管道，可根据KBA、 在图上查出Z2，并由Z2查出必须切换油罐的管道终点混油浓度KAt2。 应该说明的是，在推导公式中

12、曾假定，在t2瞬时A油罐中的B油量达到最大允许值VB，同时A油罐刚好被装满。实际上，这两个条件很难同时满足，在A油罐中的B油量达到VB时，A油罐往往未被装满，这时需要往A油罐中补充纯净的A油，在油罐内调制后才能达到A油的质量标准。 A顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline15油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川u混油尾混油尾 在t2时刻以后，管道的混油进入混油罐。到时间t3，管道终点流出的混油中，大部分是B油，只掺有一小部分A油，这一剩下的混油尾可以收入B油罐内。故时间t3和相应的管道终点混油浓度KAt3为混油尾的切割浓度。按照混入B油罐的A油量不超过B油罐

13、所允许的最大混油量VA和B油中所允许混入A油的浓度KAB，用上述方法同样可求得切割混油尾时的管道终点浓度KAt3，即)()(2133BBABZZKedggBBPVV2BedggBZPVVZZ4432)(1 2133ZKAt顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline16油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川u混油段混油段 在在t2到t3这一段时间内的混油进专门的混油罐，其体积为 现把以上所述过程归纳如下：1）切割混油头（进入A油罐）的管路终点浓度KAt2 )(2)(2)()(325 . 05 . 02323023ZZPVPZZVQtttQVedgedgghgedgA

14、AAtAABAVPVZKZZK2)(121)()(2112222KBAZ2KAt2A顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline17油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川2）切割混油尾（进入B油罐）的管路终点浓度KAt3 3）进入混油罐的混油量 33331()()211()22ABBBAtgBedBgKZZKZVPVKABZ3KAt3B)(2)()(325 . 023023ZZPVQtttQVedggh顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline18油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 查图查图顺序输送顺序输送2022-4-28Oil

15、and Gas Pipeline19油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 由计算可知，在管道终点，KA由100%76%的那一部分混油（也称混油头）可以切入A油（汽油）罐，KA由76%38%的那一段混油切入混油罐，KA为38%0%的那一部分混油（也称为混油尾）可以切入B油（煤油）罐。 在顺序输送管道的实际生产中，由于混油尾较长、为了保证后行油品罐内的油品质量，一般混油尾的切割浓度小于理论计算值KAt3，实际切割浓度的取值与油品的输送顺序、管内流态等因素有关。顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline20油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川。前段进A油罐，后段进B油

16、罐，其好处是可不设置专门的混油罐，减少了混油损失，而且还减少了混油处理等一系列业务，方便了操作。因此，在工艺条件许可的情况下，应尽量把混油段切割为两段。那么在什么条件下可把混油段切割为两段呢？两种油品性质比较相近，允许的混入浓度较高，以及油罐的容积较大。在这些条件下，按是上述方法计算的结果，必然是 ，此时 ，Vgh=0。 将全部混油切割为两段，收入两种纯净油品的储罐内，不仅使操作简便，减少混油损失，而且管理方便，简化了混油处理过程。另外，制定切割方案时，一般总是往售价较高的油品中切入的混油量多一些，以减少混油的贬值损失。 23AtAtKK32ZZ 顺序输送顺序输送2022-4-28Oil an

17、d Gas Pipeline21油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 在这种情况下，混油可以分两段切割。因汽油价格高于煤油，为减少混油的贬值损失，理论上应选切割浓度为KAt2=47。即在保证汽油质量的前提下，把较多的混油切入汽油罐。即将KA=47%之前的混油切入汽油罐，KA47%0%的混油切入煤油罐。 查图查图顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline22油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 当交替中的两种油品性质相差较大，相互间允许的混油浓度比较小时，只有一小部分混油头和混油尾的油品可直接进入纯净的油品储罐内，而中间部分的混油段需进入单独设立的混油罐。例如顺序

18、输送汽油和柴油时，一般把大部分为汽油的混油部分一般把大部分为汽油的混油部分和大部分为柴油的混油部分分别切入两个混油罐，以便把混油不断和大部分为柴油的混油部分分别切入两个混油罐，以便把混油不断掺入其它纯净的汽油或柴油罐中进行销售。掺入其它纯净的汽油或柴油罐中进行销售。 当油品在管道中间有大量分输时，进入末站的汽油和柴油量较少，本站储罐内可能会积存大量的混油。为满足管道正常运行对储罐容量的要求，可以把混油运输至最近的炼油厂加工处理混油运输至最近的炼油厂加工处理。同时，应对本站补充同样数量的商品油，以便完成油品供应计划。 顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline23

19、油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 在成品油管道的末站也可以设常压分馏装置末站也可以设常压分馏装置，把混油分馏成汽油和柴油馏分。试验表明，这种常压馏分的特性已相当接近相应的商品成品油，可以大量（10%30%）混入商品油而不致破坏油品质量。此种方法可以减少销售和运输混油造成的损失。（4）实际工作中混油的切割）实际工作中混油的切割 虽然，应用公式和图表可以算出需要切换油罐时的管道终点油流浓度和KAt2和KAt3，但公式和图表均以理论浓度曲线为依据，它与实际的浓度分布有一定的差别。实测的浓度曲线存在很长的混油尾痕，其长度与所输油品性质、输送顺序、流速、站内管汇、干线起伏情况等一系列因素有关，难以准

20、确计算。 顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline24油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 上述计算的管道终点切割浓度，只能在管道设计时对管道终点的混油处理提供一个初步的依据。在运行的顺序输送管道上，寻找管道终点切割浓度最可靠的方法是在接近终点的管道上，检测实际的混油浓度的变化曲线，并根据A油罐允许混入的B油量VBA和B油罐中允许混入的A油量VAB，用数值积分法寻找切割点。图6-8 由实测的混油浓度分布找混油的切割点顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline25油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川6.4 最优循环次数最优循环次数

21、在顺序输送的输油管道中，为减少混油损失，总是按油品的物理-化学性质相接近的程度来安排输送次序。一般而言，若管道输送m种油品，按油品性质接近的程度安排输送次序如下：循环、循环周期、循环次数循环、循环周期、循环次数 在一个循环内，形成混油段的数量) 1(2mn顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline26油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 最优循环次数的确定应从建造、经营油罐区的费用建造、经营油罐区的费用和混混油的贬值损失油的贬值损失两方面综合考虑。 顺序输送m种油品，在一次循环内输送第一种油品的时间为t1、输送第二种油品的时间为2t2、输送第m种油品的时间为tm

22、，则完成一次循环所需的时间，即循环周期为 12112122.2miimmmtttttttT顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline27油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川在该循环内不输送第一种油品的时间为在该段时间内，首站必须设置的第一种油品的容量为：在该段时间内，末站必须设置的第一种油品的容量为： 若输油管道沿线共有s个进油点分别与相邻的炼油厂相连接，在Tt1时间内第1种油不能进输油管。各进油点储存第一种油品的储罐总容量应为 1212mimtttT)(111tTqVHH)(111tTqVKKsjjsjjtTqV11111)(顺序输送顺序输送2022-4-28

23、Oil and Gas Pipeline28油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 若输油管道沿线共有r个分油点，同样各分油点需设置的第一种油品的储罐总容量应为 因此，为协调产、运、销之间的平衡，全线各站需增设的油罐如下：首站：首站： 进油点：进油点：末站：末站： 分油点：分油点：全线储罐总容量：全线储罐总容量：riiriitTqV11111)(mpmpppHpHtTqV11)(mpsjmpsjppjpjtTqV1111)(mpmpppKpKtTqV11)(mprimprippipitTqV1111)(NBDDqDDqDDqDDqNVmprippimpmpsjppjppKmpppH111111)

24、()()()(1顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline29油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 循环周期和循环数的关系： 建造、管理油罐区的费用和混油贬损的总损失为Sz（元/年）为 上式对循环次数求导数，求得总损失费用最小的最优循环次数Nop NDtNDTppANVVGEJSKHzz)(NVVVshKH)(顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline30油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 求得最优循环次数后，可求全线需设置的储罐总容量以及首站、终点站、进油点和分油点的储罐容量。并决定循环周期和在循环周期内各种油品的输送时间tp

25、，求得循环周期内各种石油产品的输送量。 按以上方法确定的最优循环次数是基于全年对油的均衡需求的条件下得到的。实际上，由于季节不同，或成品油供应计划变化，通常管道的输油量是不均衡的。在这种情况下，全线的油罐全线的油罐容量为定值，每一循环的油品批量和最优的循环次数是根据油品容量为定值，每一循环的油品批量和最优的循环次数是根据油品实际的供、求量和沿线油罐容量的可能性来确定的。实际的供、求量和沿线油罐容量的可能性来确定的。有时在管道中间分输站和末站可能出现供油量不足的部分需由其它输送方式补充。顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline31油气管道输送油气管道输送梁光川梁

26、光川 准确地检测混油段和混油段在管内的运动是成功地进行顺序输送的基本条件。当前的顺序输送管道一般使用计算机进行批量跟踪、显示界面位置和泵站运行状态的，用以指导输油生产。 用以检测混油浓度的指标可分为油品（密度、声速、电容率等）与（如荧光染料、化学惰性气体等）两类，应用较多的方法有密度型界面检测、电容型界面检测、记号型界面检测和超声波型界面界测。第六章第六章 顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline32油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 密度型界面检测界面检测系统是国内成品油管道顺序输送中最普遍的方法，有多种形式，常用的有浮筒式和振动式。1BABBAAhKKKKABAhBBABhAKK第六章第六章 顺序输送顺序输送2022-4-28Oil and Gas Pipeline33油气管道输送油气管道输送梁光川梁光川 每种石油产品都有各自的声速特征，而液体组分的变化会造成声音传播速度的变化。检测不同流体声速的改变，通过准确地测量声波脉冲通过液体通道的速度来实现。 通过连续测量并记录声波通过输油管道的时间，就能够确定管内油流的密度，从而分辨出油流的品种和混油浓度。超声波界面检测仪能够检测到密度差很小的两种液体的界面，使得其实用性大大增强。第六章第六章 顺序输送顺序输送2022-4-28Oil an