文/劉繼志

本文對長期使用的管線的管路性能進(jìn)行了水力核算，并針對其設(shè)備設(shè)施狀況及地形環(huán)境條件建立模型，對其效能提高提出相應(yīng)的見解和方法。本文詳細(xì)闡述了管路特性的計(jì)算過程，泵輸揚(yáng)程和流量的供需關(guān)系。探討考慮管線承受能力的前提下提高管線輸送效能的可行性，進(jìn)而節(jié)約投資，提速增效。

引言：

某地輸送成品油管線已建成投產(chǎn)近25年，長達(dá)38公里，穿越了2市，5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，沿途穿越了2條河流、2條高速公路，4條鐵路，4條高等級公路，數(shù)條水渠、農(nóng)田，地形較復(fù)雜，連通卸油站和使用油庫，多年來是某機(jī)場航煤供應(yīng)的唯一的動(dòng)脈。該管線的實(shí)際運(yùn)行的輸送能力只有70立方/小時(shí)，而機(jī)場隨著航班量的攀升，日耗量達(dá)1600噸/天，約2000立方/天。全天24小時(shí)不間斷輸油也僅能保證1680立方/天，輸送能力完全達(dá)不到需求，需靠公路運(yùn)油補(bǔ)充。隨著航班量的不斷攀升，需求缺口不斷加大，管線已無法滿足正常供應(yīng)，形成了保障風(fēng)險(xiǎn)和安全運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。而采取新建管線的方法無疑能一勞永逸解決該問題，但建設(shè)周期長，一般從立項(xiàng)到建成需要3-5年，建設(shè)成本高，500萬/公里，約需2個(gè)億的投資。因此考慮通過提高長輸管線的效能即提高管線輸送能力，從而提升管線的保障能力為后期的管線建設(shè)贏得時(shí)間，并起到降本增效得效果。

1.管線效能影響因素

一般來說，提高泵的揚(yáng)程和流量是最簡單的提升輸送能力的辦法。而實(shí)際上長輸管線輸送能力很大程度上受限于管線特性曲線和管線強(qiáng)度、承壓能力。需在管線承壓范圍內(nèi)，以泵的性能曲線和管路特征曲線中匹配合適的工況點(diǎn)。目前我們知道管線的型號為無縫鋼管，20#鋼，承壓能力不大于4Mpa，但管路的特性不清楚。

這就需要從目前的設(shè)備、設(shè)施狀況來考慮和核算管路特性，掌握這條管路流量和揚(yáng)程的供需關(guān)系，在管路能承受的情況下尋找提高流量的方法。

2.以實(shí)際的工藝輸送流程來核算管路特征

2.1 長輸管線始端某卸油站：

4座立式油罐容量為2000立方2座和3000立方2座，3.臺輸油泵型號為DT80-240B*6，額定流量68立方/小時(shí)，額定揚(yáng)程420米，輸油泵房地坪標(biāo)高55，長輸油管線規(guī)格Dg159*4.5，限壓閥（考慮到輸油泵揚(yáng)程較高，輸油管線投產(chǎn)運(yùn)行了25年，限壓閥安裝在輸油泵出口處，輸油泵出口壓力顯示為3.3Mpa，通過限壓閥控制，限壓閥出口壓力顯示為2.8Mpa），長輸管線沿程高點(diǎn)標(biāo)高為99.9米，低點(diǎn)為28米，長輸管線從輸油泵出口到黃花油庫泵房過濾器長度為38000米

2.2 長輸管線末端油庫段：

泵房地坪標(biāo)高61.05，管線在泵房通過過濾器進(jìn)入黃花油庫立罐，過濾器入口段壓力顯示為0.2Mpa

2.3 輸送介質(zhì)的性質(zhì)

輸送介質(zhì)為3#噴氣燃料，密度（γ）為0.78-0.81千克/立方米，在這里計(jì)算中取密度為0.78千克/立方米，運(yùn)動(dòng)粘度（υ）為1.5厘陀=1.5平方毫米/秒

2.4 管路特性計(jì)算思路：

輸送油品消耗的能量主要有以下部分組成：沿程摩阻（Ηr）：油品沿管路的摩阻損失，局部摩阻（Ηj）：油品通過管件、閥門和設(shè)備（彎頭、閥門、過濾器）的摩阻損失，高差（ΔΖ）：油品從起點(diǎn)到末端所克服的高差，因此輸送油品管路所需揚(yáng)程為：H=Ηr+Ηj+ΔΖ，以易家灣卸油站輸油泵出口到黃花油庫輸油過濾器進(jìn)口之間長輸管路進(jìn)行計(jì)算。

高差ΔΖ=61.05-55=6.05米，沿程摩阻（Ηr），局部摩阻（Ηj）：Ηr+Ηj=IL=（λ/d）*（V2/2g）L，其中：I為水力坡度

L為管路計(jì)算長度:管線長度加上管路上各種管件的局部摩阻換算的當(dāng)量長度，米

d為管內(nèi)徑，米

V為流速，米/秒

g為重力加速度，米/秒2

λ 為水力摩阻系數(shù)；λ=0.3164/(Re1/4)，Re為雷諾數(shù)，Re=Vd/υ，考慮為油品在管路流動(dòng)時(shí)，管壁的粗糙度，即管壁的凸凹表面，完全為邊界層流層所覆蓋，粗糙度對流體摩阻不起影響，僅與雷諾數(shù)有關(guān)。

從上計(jì)算式可以看出，所需揚(yáng)程在不同的管路流速下（流量）是不同的。不同的流速（V）下有不同λ，但d、g、L是不變的，目前無法確定L的大小，但可以利用目前運(yùn)行的流速和壓力關(guān)系，推算出L來：

目前運(yùn)行的數(shù)據(jù)為：

輸出壓力P=3.3Mpa，

流速為Q=70立方/小時(shí);V=1.099米/秒限壓閥損失壓力P損=0.5Mpa

高差ΔΖ=6.05米

粘度υ=1.5平方毫米/秒=

管內(nèi)徑d=0.15米

過濾器進(jìn)口壓力P剩=0.2MPa

按照水力方程計(jì)算：P/γ=（λ/d）*（V2/2g）L+P損+ΔΖ+V2/2g+P剩

λ=0.3164/(Re1/4)

Re=Vd/υ=1.099*0.15/（1.5*10-6）=109900待入數(shù)據(jù)：（3.3*1.02*105）/780=（0.0174/0.15）*0.0615L+（0.5*1.02*105）/780+6.05+0.0615+（0.2*1.02*105）/780L=46802.3米（管線長度為38000米，管路上各種管件的局部摩阻換算的當(dāng)量長度為8802.3米，占實(shí)際管線長度的23%，與常規(guī)經(jīng)驗(yàn)值15-25%基本符合）

2.5 以當(dāng)量長度核算流量與壓力關(guān)系

通過L，可核算出一組管路輸送流量與所需揚(yáng)程及輸出壓力的數(shù)據(jù)表（如下表一）：（在此計(jì)算中不考慮限壓閥的限壓損耗）

（表一）

通過以上數(shù)據(jù)，可以看出，目前工況70立方/小時(shí)，是處于管路承壓能力內(nèi)。

若提高流量，壓力需增大，需對全線的管線承壓能力進(jìn)行測算，經(jīng)測算管線實(shí)際承壓能力后才能考慮流量的增加值。

3.提高流量的可行性方法：

3.1在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上提高流量的方法：可通過2臺輸油泵并泵運(yùn)行，通過并泵的泵特性曲線和管路特性曲線來找到合理的工況點(diǎn)，看此點(diǎn)的壓力是否超過管路承壓能力?？梢酝ㄟ^并泵的泵性能曲線和管路性能曲線來尋找工況點(diǎn)（如下表二）：

表二

可以看出工況點(diǎn)在流量為85-90之間，揚(yáng)程在441米-529米之間，此方法并不能提高很大的流量，相比功效降低很多。

3.2因此較大提高輸送流量并可靠安全的方法：

1.改變管路曲線，使之較平緩。但因管線的實(shí)際距離長，因而難以大幅度改變管路曲線的平緩度，可操作性不強(qiáng)。

2.采取大流量、較低揚(yáng)程的泵在管線沿途串泵運(yùn)行。若從長遠(yuǎn)來看，通過中間設(shè)泵站，串泵運(yùn)行，較大的提高管線輸送能力，大大降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，可以核算帶來的經(jīng)濟(jì)效益和安全保障能力（輸送時(shí)間短、通過大流量能沖洗管線中的沉積水分減緩管線腐蝕和減少微生物的滋長）與一次的投資額和泵站的管理難度進(jìn)行對比。

設(shè)想在中途某合適位置設(shè)置中間泵站，進(jìn)站壓力為0.1Mpa， 高差忽略不計(jì)， 以易家灣出口壓力為2Mpa，3Mpa，4Mpa進(jìn)行核算，考慮首次輸送翻越高點(diǎn)99.9米，位于管線距離16000米（從易家灣計(jì)算起點(diǎn)），經(jīng)核算：（計(jì)算方法同上）

（1）當(dāng)泵出口壓力達(dá)到4.2Mpa時(shí)，在中間18000米（從易家灣計(jì)算起點(diǎn)）設(shè)置中間泵站，通過揚(yáng)程為4.2Mpa，流量為150立方的泵組串泵運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)輸送。按照輸油時(shí)間24小時(shí)，每天即可輸送3600立方即2800噸。

（2）當(dāng)泵出口壓力達(dá)到3.2Mpa時(shí)，在中間19000米（從易家灣計(jì)算起點(diǎn)）設(shè)置中間泵站，通過揚(yáng)程為3.2Mpa，流量為120立方的泵組串泵運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)輸送，按照輸油時(shí)間4小時(shí)，每天即可輸送2880立方即2250噸。

4.管線承壓能力

管線所屬方定期每3年對管線進(jìn)行了管線滲漏檢測、管道外防腐檢測、管道雜散電流檢測，檢測結(jié)果良好，未發(fā)現(xiàn)管線滲漏，對發(fā)現(xiàn)的外防腐破損處進(jìn)行了修復(fù)，并對外防腐破損處進(jìn)行了開挖后的壁厚測量壁厚均在4.2mm以上，評價(jià)目前管線狀況良好，承壓能力可達(dá)到4.0MPa。

5.管線效能提高的建議

5.1新建管線，加大管徑，提高泵輸能力，這無疑是解決該問題最一勞永逸的方法，但至少要經(jīng)過3-5年的建設(shè)期，在此期間安全運(yùn)營和保供風(fēng)險(xiǎn)依然巨大。

5.2汽車公路運(yùn)輸補(bǔ)充，目前2地公路60公里，由高速和城市道路相連，最大接卸量僅20車，即300噸/天，一旦日需量超過2000立方就供應(yīng)不足，且頻繁的?；饭愤\(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)大。

5.3考慮在管線上設(shè)立中繼泵站，將泵輸壓力提高到3.2MPa，管輸能力可提升到120立方/小時(shí)，日輸量最大可到2880立方。按平均年增長8%估算，可以滿足4年后的需求。

6.結(jié)論：

為保障供應(yīng)，降低安全運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，近期（1-4年內(nèi)）可考慮管線改造，在管線中段設(shè)立中繼泵站，建設(shè)過程中可在設(shè)中繼泵站位置并聯(lián)一段管線，增加中繼泵，一方面可以提高管線輸送能力，且起到一用一備效果。另一方面起到為遠(yuǎn)期建設(shè)新管線起到緩沖作用。遠(yuǎn)期建議利用4年緩沖期建設(shè)新管線，一勞永逸消除供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。C