成品油管道首站泵机组配置方案探讨

李勇

（国家石油天然气管网集团有限公司华南分公司  广东广州  510620）

摘要：以国家管网华南公司西南成品油管道某首站为例，在外输流量一定的情况下，通过水力计算，确定首站泵机组的优化组合方案配置，可以确保成品油管道安全、经济地运行，并对离心泵串并联的特点进行简单介绍，同时对成品油管道泵机组的开泵运行方案和其他方面提出一些建议，供成品油长输管道运行和管理人员参考。

关键词：成品油管道；泵机组串并联；水力计算；泵机组；

国家管网华南公司西南成品油管道是一条单管道密闭顺序输送多品种油品的成品油长输管道，目前主要输送0#柴油，92#汽油，95#汽油三种牌号油品。管道起点为茂名炼油厂，终点为长坡油库，管道全线总长为1704公里，管道的控制系统采用先进可靠的SCADA系统（数据采集与监视控制系统），为提高管道的安全性和可靠性，对管道的管理和控制分为中控、站控和就地控制三种方式，调控中心位于广东广州市，备调设在广东茂名市，2005年12月投产至今，西南管道的每年输油量都大于管道的设计输量。本文以茂名首站在管道满负荷运行状态下，着眼于单油品配泵方案。

1 首站输油泵的配泵方式及特点

用于输油的泵主要有离心泵、螺杆泵、齿轮泵、往复泵等。由于离心泵具有结构简单，体积小，重量轻，流量稳定，操作平稳，性能参数范围广，易于制造，便于维修等优点[1]。

因西南管道落差较大，泵站主输泵均以给油泵并联，主输泵串联的组合方式运行，单站内的多台输油泵不同的配泵和组合方式可满足不同的压力和流量需求，对于已建好投产的西南管道而言，首站泵的配置及泵的参数已定。在确保管道安全，平稳运行的前提下，管道输油过程中，只能通过改变首站多台泵的最优组合方式和其他技术措施来满足不同管输任务的扬程和排量要求。

1.1多台输油泵并联的泵站特性

输油泵并联时，泵站的扬程与每台泵提供的扬程相同，泵站的排量为每台泵的排量之和。输油部并联主要用于克服高程差为主成品油管道，泵的扬程主要用于克服高程差静压头。所以N台相同型号的输油泵并联工作时，泵站的特性方程为[2]：

  式中：Hc:：代表泵站扬程；    Q ：代表泵站排量；

a, b：代表离心泵特性及组合方式确定的常数。

1.2 多台输油泵串联的泵站特性

输油泵串联时，泵站的排量与通过每台泵的排量相同，泵站的扬程等于各泵扬程之和。串联泵一般扬程低，排量大，高效区宽，运行效率高，在泵的扬程主要用于克服管道沿程摩阻时，主要选用串联泵。泵站的特性方程为[2]：

    式中：Ni：代表串联离心泵的台数。

 1.3 多台泵串联、并联的泵站特性

当泵站上的泵机组即串联又并联工作时，也应先有各泵机组特性串联和并联相加得到泵站特性曲线，然后在特性曲线上取点，回归出泵站特性方程。如图1所示的四台泵机组的组合方式。其泵站特性曲线可由单泵特性曲线串联相加后再并联得到，如图2（1）所示。也可以由单泵特性曲线并联后在串联相加得到，如图2（2）所示。

    

图1  离心泵的串并联工作

                （1）                                     （2）

图2  输油泵串、并联特性曲线

泵站的工作特性反映了泵站的扬程与排量之间的相互关系。泵站的排量就是输油管道的流量，泵站的出站压头（等于进站压头与扬程之和减去站内摩阻）就是油品在管道内流动过程中克服摩阻损失、位差和保持管道终点剩余压力所需要的能量[4]。

2. 水力计算实例。

长输成品油管道能头损失主要包括两部分，一是沿程摩阻损失，二是局部摩阻损失。各站间管路的摩阻损失主要为沿程摩阻，局部摩阻只占1%~2%，各站内的摩阻损失主要为局部摩阻[4]。作为理论计算，假设各站处于理想状态并不存在节流情况，故只需对管道的沿程摩阻损失进行计算。

A站（首站）有三台给油泵和五台主输泵，主要参数如图3所示；启输前，A站到B站（中间分输泵站）之间充满0#柴油，启输后，A站输送92#汽油，B站允许最低进站压力不低于0.7MPa，A站外输流量1150m3/h，A站到B站外管道参数如图4，A站到B站高程图如图5，（已知；；）

泵机组编号	额定电流（A）	额定流量 (m3/h)	额定扬程 (m)	电机功率 (kw)
6#~8#给油泵	233.5	550	60	132
1#主输泵	60	1250	100	520
2#～5#主输泵	110	1250	250	1000

图3  A站给油泵和主输泵主要参数

起止点	设计压力 (Mpa)	管径×壁厚 (mm)	间距 (km)	管容 (m3)
A→B	9	508.0×7.1	161	30817

图4  A站到B站管道参数

                      图5   A→B站高程图

计算如下：由列宾宗公式[3]（）可计算A站到B站之间沿程摩阻：

A站到B站之间克服高程需要压力:

A站到B站之间损失能量为：

所以A站出站压力最低为：

每台给油泵提供压力：

1#主输泵提供压力：

2#主输泵提供压力：

启6#～8#给油泵（并联）和2#～5#主输泵（串联），提供的总压力：

综上所述，该首站外输1150需启动6#～8#给油泵（并联）和2#～5#主输泵

（串联）运行即可满足该水力工况。

3. 方案的讨论

一般情况下，对成品油长输管道，核算每台给油泵或主输泵实际提供的压力，应根据各台泵的特性方程计算得到，在不知道泵的特性方程的情况下，在接近泵的额定流量运行时，泵提供压力可以通过各台泵的额定扬程粗略计算，这跟实际运行提供压力相差不大，首站外输工况调节方法主要有泵机组的组合调整；变频泵转速的调节；出站调节阀开度的调节和减阻剂加注浓度的调整等方式。这也是在目前成品油长输管道，顺序输送过程中，常用的调节方式。尤其在大落差管道中，随着混油界面上下坡，不同油品在管道中长度的变化等，工况调整尤其频繁，如果不及时调整，就会导致管道低点超压，高点拉空，混油量增加，上游出站压力超高，下游进站压力降低等，严重影响管道的安全运行。如果首站没有变频泵或减阻剂系统，在保证外输流量不变的情况下，最优化和最节能的调节方式就是泵机组的组合调整，调整泵机组的数量及型号来实现。

4. 结束语

（1）对成品油管道而言，首站输油泵的配置和组合方式，对管道的安全运行和节能降耗具有重要意义。

（2）在成品油管道中，首站主输泵的优化配置，主要克服沿程摩阻为主的管段采用串联泵的方式。

（3）顺序输送的成品油管道，雷诺数应大于临界雷诺数。

（4）汽柴油混油界面经过主输泵时，管道的工作点会发生相应的变化，出站压力会发生较大变化，在不影响输量的情况下，顺序输送过程中，不影响混油量的增加，在配置主输泵时，应提做好计算和考虑。

参考文献

[1]曾多礼，邓松圣，刘玲莉，等．成品油管道输送技术[M]．北京：石油工业出版社，2002．

[2]谢光福．湖南长岭—株洲成品油管道泵机组优化配置的探讨[J]．石油库与加油站， 2014，23(2):15–17.

[3]袁恩熙．工程流体力学[M]．北京：石油工业出版社，1986．

[4]夏于飞，张国忠，卜文平，等．成品油管道的运行与技术管理[M]．北京：中国科学技术出版社，2010．