任玉娜

（山東萊克工程設(shè)計有限公司，山東東營 257000）

0 引言

管道輸油是目前石油遠距離輸送的重要方式，具有密閉性好、成本低和安全系數(shù)高等特點。長輸油管道系統(tǒng)主要由輸油泵站、輸油管道及其他輔助相關(guān)設(shè)備組成，具有距離長、管徑大、輸量大等特點。輸油泵是長輸管道的核心設(shè)備，合理設(shè)計選型具有重要意義，本文以某具體工程項目的主輸油泵為例進行選型分析。

1 工藝參數(shù)

本工程管道輸送原油主要來自海外進口原油，油品種類與物性不確定性較大，輸油泵需要具有較強的適應(yīng)性；暫按重質(zhì)、中質(zhì)、輕質(zhì)三種類型油品考慮，工藝參數(shù)和油品物性分別見表1和表2。

2 泵型選擇

長輸管道輸油泵主要有離心泵和雙螺桿泵，兩種泵型優(yōu)缺點對比見表3。

本工程輸油泵屬于中等流量、高壓（10 MPa）輸油泵，已經(jīng)超出了雙螺桿泵的正常工作壓力范圍，并且正常輸送溫度下油品黏度偏低，雙螺桿泵的漏失量較大會導(dǎo)致泵效率偏低，因此不推薦選用雙螺桿泵。離心泵能夠滿足所需的操作要求，同時正常輸送溫度下的油品黏度在100 mPa·s 以下，滿足GB 50253—2014[1]中規(guī)定的“當(dāng)輸送溫度下油品的動力黏度在100 mPa·s 以下時，宜選用離心泵”的規(guī)定。因此，本工程的輸油泵推薦選用離心泵。

3 配置方式的選擇

長輸管線輸油系統(tǒng)，管路特性曲線與泵特性曲線的交點才是輸油泵的實際工況點，所以，管道特性與泵特性合理匹配非常關(guān)鍵。這就需要在設(shè)計過程中不僅要掌握管路的特性曲線，還要知道泵的特性曲線，這樣才能確定輸油泵運行的實際工況點。單臺輸油泵不能滿足工藝要求時，常常需要將幾臺泵組合使用。長輸管道輸油泵組的配置方式主要有并聯(lián)和串聯(lián)兩種。

3.1 串聯(lián)

串聯(lián)泵的泵流量相同，泵站揚程等于各串聯(lián)泵的揚程總和。串聯(lián)泵的特點是單泵流量大、揚程低、流通面積大，故泵損失小，效率高且高效區(qū)寬[2]。串聯(lián)輸油泵機組除了具有檢修方便、效率高特點外，還有流程簡單、便于調(diào)節(jié)等優(yōu)點。

泵串聯(lián)運行后，管路壓力增大，阻力損失也隨之增大，致使串聯(lián)后的總揚程小于每臺泵單獨工作時的揚程之和。管路的阻力越大，管路的特性曲線就越陡，串聯(lián)后的總揚程與每臺泵獨立運行時的揚程之和相差就越小，為提高揚程采取串聯(lián)的措施就越好。反之，管路的特性曲線越平坦，通過串聯(lián)來提高揚程的效果就越差。

長輸管線主要以克服沿程阻力損失為主，離心泵串聯(lián)運行后，其特性曲線變陡，提高揚程損失的流量少。常規(guī)輸油管線為了提高經(jīng)濟性，一般會選用大排量、中低揚程、高效率的離心泵串聯(lián)。串聯(lián)泵還具有便于維護，易自動化控制的優(yōu)點。

表1 工藝參數(shù)

表2 原油物性

表3 離心泵和雙螺桿泵優(yōu)缺點對比

3.2 并聯(lián)

泵站的流量等于并聯(lián)運行輸油泵的流量之和，揚程等于每臺泵的揚程。并聯(lián)運行離心泵的特點通常是小排量、高揚程、葉輪出口偏窄，因此水力損失大，效率偏低。

泵并聯(lián)運行后，管路流量增大，阻力損失也隨之增大，要保持能量平衡，必須提高揚程，泵的運行工況點左移，致使單泵流量減少。

長輸管線輸油泵并聯(lián)運行后必須提高揚程，而泵的特性曲線變得平坦，提高泵揚程需要損失大量流量。泵和管路特性曲線出現(xiàn)矛盾，因此不建議采用并聯(lián)運行。但是對于短距離翻越大山等有高程差的地形，宜采用并聯(lián)運行。因為此種情況，輸油泵揚程主要是用于克服高程差，而高程差并不隨著流量的變化而變化，需要平坦的管路特性曲線，因此并聯(lián)更合適。

3.3 方案比選

無論串聯(lián)還是并聯(lián)，都需滿足工藝要求、泵效高、與管路特性匹配好，臺數(shù)控制在2～5 臺。

理論上采用并聯(lián)還是串聯(lián)，要根據(jù)裝置特性曲線的形狀決定。當(dāng)阻力曲線很陡時，建議選串聯(lián)，否則建議選并聯(lián)。但長輸管線輸油泵設(shè)計選型是一個非常復(fù)雜的工程，設(shè)計選型時管路特性是未知的，需要進行模擬計算。除此之外首先應(yīng)確保滿足工藝條件要求，還應(yīng)投資少，運行費用低，運行周期長，操作維修方便，占地面積小等。

本工程的設(shè)計參數(shù)，具有流量不大、揚程偏高的特點。對于并聯(lián)方案，如果泵的臺數(shù)超過2 臺，輸油泵處于相對小流量、高揚程的狀態(tài)，泵效會偏低而且級數(shù)過多；對于串聯(lián)方案，如果泵臺數(shù)低于3 臺會導(dǎo)致單臺泵的功率過大，因此提出并聯(lián)3+1、串聯(lián)3+1 和串聯(lián)4+1 三種方案進行比選。三種方案泵的選型設(shè)計參數(shù)匯總見表4。

根據(jù)以上選型參數(shù)向泵廠發(fā)出詢價，以泵廠返回的方案為參考，三種方案泵的選型結(jié)果及估算報價見表5。

（1）輸油泵參數(shù)按最大黏度88 mPa·s 考慮。

（2）經(jīng)濟比選。從泵的運行效率看，方案3 的效率最高，能耗和運行成本最低，并且初始投資成本也是最低，因此，方案3 的經(jīng)濟型最好。

（3）操作靈活性比較，方案3 泵的臺數(shù)最多，調(diào)節(jié)靈活性大，適用范圍寬。

表5 三種方案泵的選型方案匯總

（4）維護及維修比較，方案1 和方案2 雖然泵的臺數(shù)最少，但是由于需要配置潤滑油站，后期的維護工作量可能更大。

（5）應(yīng)用業(yè)績及供貨情況比較。通過咨詢和了解，目前國內(nèi)輸油管道中所用的輸油泵功率大部分都在2500 kW 以內(nèi)，對于方案1 和方案2 中同等功率等級的輸油泵在國內(nèi)的應(yīng)用業(yè)績較少，且多為進口設(shè)備。

綜合以上分析，采用方案3 具備更多的優(yōu)勢，因此初步推薦采用方案3，即“4+1 串聯(lián)方案”。

4 調(diào)節(jié)方式選擇

長輸管線通常設(shè)計輸量遠大于啟輸量，因為輸量需要綜合考慮煉廠能力和市場需求。離心泵常需要進行流量調(diào)節(jié)，常用的調(diào)節(jié)方式有節(jié)流調(diào)節(jié)、變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和更換葉輪調(diào)節(jié)。

（1）節(jié)流調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)離心泵出口閥門的開度來調(diào)節(jié)流量，其實質(zhì)是改變管路特性曲線實現(xiàn)改變泵的工況點。節(jié)流調(diào)節(jié)操作方便、簡單靈活；但閥門關(guān)小時，管路中阻力增大，能量損失增大，泵的工況點左移效率可能會降低。如果流量降低太多還會引起振動等問題。一般情況下調(diào)節(jié)幅度不大于單泵揚程的10%～25%、流量調(diào)節(jié)控制在優(yōu)先工作區(qū)內(nèi)。

（2）變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。通過采用變頻電機+變頻器或機械調(diào)速裝置來實現(xiàn)對泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，改變泵的特性曲線，從而實現(xiàn)一個揚程，在不同轉(zhuǎn)速的特性曲線上對應(yīng)不同流量有相應(yīng)的工作點，達到恒壓供油的目的。優(yōu)點是調(diào)節(jié)范圍寬、節(jié)能效果好、操作方便。缺點是需要增加變頻設(shè)備或機械調(diào)速裝置，投資增加，系統(tǒng)復(fù)雜。適用于調(diào)節(jié)范圍寬，經(jīng)常需要調(diào)節(jié)的場合。

（3）更換葉輪調(diào)節(jié)。根據(jù)離心泵流量、揚程與葉輪直徑的關(guān)系，Q1/Q2=D1/D2，H1/H2=（D1/D2）2，由上述公式可知，減小離心泵葉輪直徑后，流量和揚程同時降低，且揚程降低幅度大于流量降低幅度，在確保流量，滿足輸送要求的前提下，可以采用更換葉輪+節(jié)流的方式。從而實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)并保持泵始終在高效區(qū)運行，但改造工作量大，需要重新做轉(zhuǎn)子動平衡實驗，成本高，而且葉輪直徑變化量不宜太大，否則泵效率和揚程下降太多，揚程容易達不到設(shè)計要求，且調(diào)節(jié)范圍不連續(xù)。適用于長周期穩(wěn)定流量階梯變化的場合。

（4）回流調(diào)節(jié)?；亓骶褪峭ㄟ^回流管路將泵出口一部分介質(zhì)回到泵入口，這種情況下泵的排量大于管路中的流量?；亓髡{(diào)節(jié)耗費較多的能量，長時間運行會消耗大量電能。

綜上分析，對于流量經(jīng)常變化的工況，建議設(shè)置變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以確保輸油泵始終在高效區(qū)內(nèi)運行、節(jié)約電能，降低輸油成本。

5 結(jié)語

長輸管線輸油泵設(shè)計選型，需要依據(jù)很多的實踐經(jīng)驗，涉及泵、密封及輔助系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、材料、電機、儀表、工藝流程等多方面知識。有時需要設(shè)計單位、泵制造廠和業(yè)主在一起討論磋商，確定泵的最終選型方案。