掺混原油管道顺序输送优化研究

doi:10.12422/j.issn.1006-396X.2024.05.003

摘要/Abstract

摘要：

根据国家管网集团构建公平开放大平台的要求，原油管道的富余管输能力将面向全社会开放。通过仿真模拟的方法研究了掺混原油管道顺序输送能耗费用变化，并基于模拟结果建立了原油管道新增来油掺混输送优化模型，得到了能耗费用随黏度、输量指数变化的关系，实现了对不同黏度掺混原油顺序输送的能耗费用的优化，为管道新增不同性质原油的安全经济掺混输送提供了技术支持。

关键词: 掺混原油, 管道顺序输送, SPS仿真模型, 输送方案优化

Abstract:

According to the requirements of constructing a fair and open large?scale platform by the National Pipeline Network Group,the surplus transportation capacity of crude oil pipelines will be opened to the whole society.This article investigates the changes in energy consumption costs in the batch transportation of blended crude oil in pipelines using a simulation and modeling approach.Based on the simulation results,an optimization model for the batch transportation of blended crude oil in the pipeline system is established.The relationship between energy consumption costs and viscosity,as well as throughput index variations,is analyzed.This optimization model enables the cost?effective batch transportation of blended crude oil with different viscosities, thereby providing technical support for the safe and economically efficient transporting of new crude oil with different properties in the pipeline.

Key words: Blended crude oil, Batch pipeline transportation, SPS simulation model, Transportation scheme optimization

中图分类号:

TE832

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图/表 13

表1 A管线沿线温度变化

Table 1 Temperature variation along the A pipeline

季节	温度/℃
季节	管段1	管段2	管段3	管段4	管段5	管段6	管段7	管段8	管段9	管段10
春秋季	15.93	17.13	16.07	14.72	13.60	13.33	11.87	11.23	10.80	10.79
夏季	22.89	24.56	24.52	21.84	20.48	20.28	19.18	18.88	18.17	17.06
冬季	8.88	9.60	7.17	5.32	5.60	6.26	5.47	4.38	4.57	5.52

表2 A管线各管段传热系数

Table 2 Heat transfer coefficient of pipeline A

季节	K/(W $⋅$ m^-2 $⋅$ ℃^-1)
季节	管段1	管段2	管段3	管段4	管段5	管段6	管段7	管段8	管段9	管段10
春秋季	1.18	1.53	1.37	1.24	1.40	1.52	1.63	2.10	2.02	2.16
夏季	0.89	0.93	0.81	1.00	0.92	0.90	0.83	1.12	1.10	1.06
冬季	1.89	1.96	1.90	1.70	1.90	2.99	2.96	3.89	3.80	3.26

表2 A管线各管段传热系数

Table 2 Heat transfer coefficient of pipeline A

季节	K/(W $⋅$ m^-2 $⋅$ ℃^-1)
季节	管段1	管段2	管段3	管段4	管段5	管段6	管段7	管段8	管段9	管段10
春秋季	1.18	1.53	1.37	1.24	1.40	1.52	1.63	2.10	2.02	2.16
夏季	0.89	0.93	0.81	1.00	0.92	0.90	0.83	1.12	1.10	1.06
冬季	1.89	1.96	1.90	1.70	1.90	2.99	2.96	3.89	3.80	3.26

图1 掺混原油在不同剪切速率下的黏温曲线

Fig.1 Viscosity temperature curve of blended crude oil at different shear rates

表3 掺混原油的基础物性参数

Table 3 Basic physical properties parameter of blended crude oil

油品	密度/ （kg $⋅$ m^-3）	凝点/℃	析蜡点/℃	w（蜡）/%
混油1	866	-7	30	7.00
混油2	869	-10	27	6.04
混油3	862	0	32	5.92
混油4	842	-6	27	4.42

表3 掺混原油的基础物性参数

Table 3 Basic physical properties parameter of blended crude oil

油品	密度/ （kg $⋅$ m^-3）	凝点/℃	析蜡点/℃	w（蜡）/%
混油1	866	-7	30	7.00
混油2	869	-10	27	6.04
混油3	862	0	32	5.92
混油4	842	-6	27	4.42

表4 模拟工况参数设置

Table 4 Simulated working condition parameter setting

输量/（m³ $⋅$ h^-1）	黏度/（mPa·s）	输送方式	批量/m³
1 400~2 200	10~500	顺序输送	100 000

表4 模拟工况参数设置

Table 4 Simulated working condition parameter setting

输量/（m³ $⋅$ h^-1）	黏度/（mPa·s）	输送方式	批量/m³
1 400~2 200	10~500	顺序输送	100 000

图2 原油首站仿真模型

Fig.2 Crude oil initial station simulation model

图3 原油中间泵站仿真模型

Fig.3 Simulation model of intermediate pump station in crude oil

图4 各管段现场进出站温度与SPS模拟运行结果对比

Fig.4 Comparison of temperature in and out of the station

表5 各管段现场与SPS模拟运行所得进出站压力对比

Table 5 Comparison of inlet and outlet pressure obtained by on?site and SPS simulation operation of each pipe section

管段	管段长度/km	压力绝对偏差/MPa		压力相对误差/%
管段	管段长度/km	进口	出口	进口	出口
平均		0.06	0.06	0.90	6.64
1	237.480	0	0.05	0	0.06
2	127.846	0.05	0.04	0.06	1.74
3	64.743	0.04	0.07	0.53	6.19
4	220.217	0.07	0.06	1.32	1.66
5	99.094	0.06	0.02	0.99	1.26
6	281.030	0.02	0.08	0.33	3.09
7	82.448	0.08	0.08	1.13	5.74
8	214.171	0.08	0.09	1.24	2.38
9	69.197	0.09	0.10	1.47	10.62
10	144.354	0.10		1.88	空白

表6 输量为2 000 m3/h时不同黏度原油的运行费用

Table 6 The operation cost of crude oil with different viscosity at 2 000 m3/h

原油黏度/ （mPa·s）	总功率/kW	总扬程/m	耗电量×10^-4/（kW $⋅$ h）	总耗电费用/ （万元 $⋅$ h^-1）	耗电费用/ （元 $⋅$ t^-1）
10	19 083.19	3 749.44	2.49	1.02	5.98
30	22 248.59	4 215.96	2.96	1.21	7.12
50	24 575.21	4 593.08	3.35	1.37	8.07
70	26 952.46	4 928.94	3.72	1.53	9.00
90	28 153.77	5 060.93	3.99	1.64	9.63
100	28 542.36	5 096.44	4.06	1.67	9.80
300	34 492.61	6 201.29	5.66	2.31	13.62

表6 输量为2 000 m3/h时不同黏度原油的运行费用

Table 6 The operation cost of crude oil with different viscosity at 2 000 m3/h

原油黏度/ （mPa·s）	总功率/kW	总扬程/m	耗电量×10^-4/（kW $⋅$ h）	总耗电费用/ （万元 $⋅$ h^-1）	耗电费用/ （元 $⋅$ t^-1）
10	19 083.19	3 749.44	2.49	1.02	5.98
30	22 248.59	4 215.96	2.96	1.21	7.12
50	24 575.21	4 593.08	3.35	1.37	8.07
70	26 952.46	4 928.94	3.72	1.53	9.00
90	28 153.77	5 060.93	3.99	1.64	9.63
100	28 542.36	5 096.44	4.06	1.67	9.80
300	34 492.61	6 201.29	5.66	2.31	13.62

表7 不同输量下输送不同黏度原油的管线运行能耗费用

Table 7 Operational energy cost of the pipeline for transporting crude oil with different viscosities and different throughput

原油黏度/ （mPa·s）	能耗费用/（元 $⋅$ t^-1）
原油黏度/ （mPa·s）	1 400 m³/h	1 600 m³/h	1 800 m³/h	2 000 m³/h	2 200 m³/h
10	5.02	5.15	5.28	5.98	6.67
30	5.88	6.14	6.42	7.12	8.51
50	6.74	7.10	7.48	8.07	9.60
70	7.04	7.64	8.02	9.00	10.27
90	7.53	7.93	8.35	9.63	10.71
100	7.69	8.08	8.49	9.80	10.89
300	11.12	11.26	11.39	13.62	15.73
500	13.58	14.36	15.18	17.20	19.16

表7 不同输量下输送不同黏度原油的管线运行能耗费用

Table 7 Operational energy cost of the pipeline for transporting crude oil with different viscosities and different throughput

原油黏度/ （mPa·s）	能耗费用/（元 $⋅$ t^-1）
原油黏度/ （mPa·s）	1 400 m³/h	1 600 m³/h	1 800 m³/h	2 000 m³/h	2 200 m³/h
10	5.02	5.15	5.28	5.98	6.67
30	5.88	6.14	6.42	7.12	8.51
50	6.74	7.10	7.48	8.07	9.60
70	7.04	7.64	8.02	9.00	10.27
90	7.53	7.93	8.35	9.63	10.71
100	7.69	8.08	8.49	9.80	10.89
300	11.12	11.26	11.39	13.62	15.73
500	13.58	14.36	15.18	17.20	19.16

图5 运行能耗费用拟合结果

Fig.5 Operation energy cost fitting results

表8 各泵站日耗电量现场数据与模拟数据对比

Table 8 Comparison of on?site data and simulated data of daily power consumption of each pumping station

场站	日耗电量×10^-4/（kW $⋅$ h）		相对误差/%
场站	现场	模拟	相对误差/%
总计	85.68	85.30	0.44
首站	9.26	9.88	6.70
1^#站	8.39	7.47	10.97
2^#站	9.71	9.07	6.39
3^#站	8.40	8.41	0.12
4^#站	6.52	7.45	14.26
5^#站	10.06	8.41	16.40
6^#站	8.48	8.42	0.78
7^#站	9.39	10.74	14.48
8^#站	6.79	5.73	15.61
9^#站	8.67	9.72	12.11

表8 各泵站日耗电量现场数据与模拟数据对比

Table 8 Comparison of on?site data and simulated data of daily power consumption of each pumping station

场站	日耗电量×10^-4/（kW $⋅$ h）		相对误差/%
场站	现场	模拟	相对误差/%
总计	85.68	85.30	0.44
首站	9.26	9.88	6.70
1^#站	8.39	7.47	10.97
2^#站	9.71	9.07	6.39
3^#站	8.40	8.41	0.12
4^#站	6.52	7.45	14.26
5^#站	10.06	8.41	16.40
6^#站	8.48	8.42	0.78
7^#站	9.39	10.74	14.48
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