串聯泵輸油工藝在華錦集團輸油管道上的應用

馬 馳

（中國石油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

串聯泵輸油工藝在華錦集團輸油管道上的應用

馬 馳

（中國石油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

結合中國兵器華錦集團儲運工程項目，對原油長輸管道中泵站的串聯泵和并聯泵輸油工藝進行了綜合比較，優化出串聯泵輸油工藝方案，并對串聯輸油泵系統的壓力調節、安全保護系統等工藝技術進行簡要介紹。

原油長輸管道；串聯泵；并聯泵；壓力調節；安全保護

中國兵器華錦集團儲運工程為華錦集團“十一五工程”（500萬t/a煉油項目）的重要組成部分。本工程建設目的是將海運進口俄羅斯原油(500× 104t/a)，經營口仙人島港上岸后供給位于盤錦市的華錦集團煉廠加工為成品油，其中石腦油作為乙烯項目原料留用，柴油(0#-10#)等餾分(183×104t/a)返輸回營口仙人島港裝船外銷。

本工程主要包括線路和站場兩個部分。線路部分新建營口仙人島港至盤錦原油管道和盤錦至營口仙人島港柴油管道各1條，單管線路長度150 km，同溝敷設。站場部分新建站場2座，營口仙人島站為原油輸送管道的首站、柴油輸送管道的末站，位于營口市鲅魚圈仙人島港區；盤錦華錦煉廠站為原油輸送管道的末站、柴油輸送管道的首站。

針對本工程的實際情況及國內外輸油管道系統的發展現狀，新建輸油管道系統應技術先進、安全可靠、節能高效、調節靈活。為此，我們進行了大量的調研、技術攻關、理論計算等工作，確定了采用串聯泵輸油工藝及配套技術來實現本工程的管道輸送工藝，取得了良好的效果。

1 長輸管道輸油泵的選型

根據《輸油管道設計與管理》[1]（2004版）：“輸油泵配置方案必須保證泵在各輸量工況均能高效運行，節流損失小”。根據管道的任務輸量和管路特性來選擇和匹配泵機組，使輸油泵機組在低輸量和最高輸量運行時，均處在泵的高效率區內；全線盡量選用同類型的輸油泵，以便維修和運行管理。

本工程所輸油品粘度低，輸送溫度下油品粘度低于100 mPa?s。根據《輸油管道工程設計規范》[2],（2006年版）GB50253-2003中第6.3.6條規定：“應根據所輸油品性質，合理選擇泵型。當輸送溫度下油品的粘度在100 mPa·s以下，輸油泵宜選用離心泵”，泵的基本形式確定為離心泵。經翻閱有關資料、現場調研、與油泵生產廠家技術交流等諸多細致的工作，確定采用水平中開式自潤滑單級離心泵。

2 串并聯輸油泵的優選

就輸油主泵的安裝方式而言，分為串聯和并聯兩種。兩種安裝方式都可以達到輸送油品的目的，下面就原油管道輸油主泵串并聯設計比較。

2.1 串并聯泵有關參數

設計流量為760 m3/h，所需總揚程為：560 m；按串并聯方案分別設計輸油泵，具體參數見表1。

2.2 設備投資分析

串聯方案：共需4臺輸油泵， 300GKS220型號輸油泵3臺，單價為68萬元；300GKS150A型輸油泵1臺，單價為55萬元，合計為259萬元。

并聯方案：共需3臺輸油泵， 200GK100×6型號輸油泵3臺，200GK100×6型輸油泵單價為79萬元，合計為237萬元。

從兩個方案設備投入來看，串聯泵方案比并聯泵方案成本高：22萬元。

表1 輸油主泵有關參數Table 1 Related parameters of main oil pumps

2.3 運行效率分析

這里效率分析不考慮電機本身在額定輸出功率與非額定輸出時效率變化的影響，只對電機輸出軸功率的大小進行比較。另外從計算來看，在密度與粘度的影響下，泵輸油時的功率與輸水的軸功率基本接近，為簡便起見，本次計算不考慮原油密度及粘度對功率的影響，計算以水功率為測算依據。輸油泵按每年連續運行350天計算。

根據上面參數表，在額定流量點使用時，串聯方案使用300GKS220型號輸油泵2臺、300GKS150A型號輸油泵1臺，300GKS220型泵的運行軸功率為：548.6 kW，300GKS150A型泵的運行軸功率為295.7 kW，合計運行功率為：1392.9 kW。并聯方案運行使用200GK100×6型號輸油泵2臺，200GK100×6型泵的運行功率為：752.6 kW。合計運行功率為：1505.2 kW。每小時串聯方案比并聯方案節約電功率：112.3 kW，年節電943 320 kW·h，按每千瓦時1.0元計算，年節省運行電費94.3萬元。

2.4 泵機組串并聯應用特點與適用場合

串聯泵機組：

一般情況下大型輸油管為提高經濟性，減少動力費用，都用中揚程、大排量、高效率單級離心泵串聯運行[3]。

在以克服沿程阻力為主的管道上，改變輸量時，串聯比并聯在節流上的能量損失要少得多。

中揚程、大排量離心泵除了效率高外，串聯之后，還有簡化流程、節約能量、便于調節及超壓保護等優點。

并聯泵機組：

翻越大山區時，高差很大，離心泵宜采用并聯運行。適合于克服翻越點。此時站間管道短，沿程摩阻小。泵揚程主要用于克服很大的位差靜壓頭，而位差靜壓頭并不隨輸油量的大小而變化，流量的變化引起總壓頭損失的變化不大，其管路特性高而平緩，并聯比串聯更為適宜[4]。

線路沿途地形地貌：

本工程從營口仙人島站到華錦煉廠站線路全長150 km，營口段管道沿線地形地貌為濱海平原區，海陸交互相沉積，地勢低平，一般高程不高于5.0 m。盤錦段管道沿線為濱海平原區，地貌單元屬于遼河河口三角洲，地勢平坦開闊，地面高程2.0～4.5 m，相對高差2.50 m。

2.5 綜合上面分析

綜合上面分析，串聯泵方案一次投資比并聯泵方案高，但年耗電費用遠低于并聯泵方案，因此確定采用水平中開式離心泵、串聯泵方案。

3 串聯泵壓力調節系統

考慮本工程原油輸量比較平穩，輸油泵基本在高效區工作，截流幅度較小，采用截流調節方式。節流調節由管道進、出站壓力變送器及壓力開關、壓力控制器、選擇器及調節閥等組成的系統來實現。其中壓力控制器、選擇器的功能由PLC實現(圖1)。

圖1 壓力選擇性控制系統示意圖Fig.1 Pressure selective control system diagram

電液閥系統檢測閥后和輸油主泵前壓力來調節電液閥的開度，從而調節流量。

PIT－壓力變送器；PIC－壓力指示調節器；IT－電流變送器； II-電流指示儀；PV－電動液壓式調節球閥；HIK－手動自動指示操作器；PY－低值信號選擇器。

調節原理為：

若出站壓力控制器PIC－2為反作用式，其壓力設定值為Ps2（4.6 MPa）；進站壓力控制器PIC－1為正作用式，壓力設定值為Ps1（0.5 MPa）。

(1)當P2≤Ps2時，PIC－2輸出信號增大，最大為20 mA（DC）；

(2)當P2＞Ps2時，PIC－2輸出信號減??；

(3)當P1≥Ps1時，PIC－1輸出信號增大，最大為20 mA（DC）；

(4)當P1＜Ps1時，PIC－1輸出信號減小。

兩個控制器輸出信號分別進入低值信號選擇器PY－1，相對小信號送到電動液壓式調節球閥PV－1的執行機構，使執行機構在信號增大時開閥，減小時關閥。這樣，當P2＞Ps2或P1＜Ps1時，關小閥門，使閥后壓力下降或者進站壓力上升。當管道進站壓力高于設定值，出站壓力低于設定值時，設計合理的調節球閥PV－1應保持全開啟狀態（不節流）。調壓閥的控制由中心控制室或站控系統完成，設置為泵進口壓力和出站壓力的選擇性調節，既能控制出站壓力，又能控制輸油泵進口壓力。

4 串聯泵安全保護系統

安全保護系統包括泵機組自動保護和泵站壓力自動保護系統。泵機組入口、出口壓力、泵機組溫度、震動超高報警、自動停機等。泵站壓力自動保護指進站壓力和出站壓力超限保護、水擊泄放保護。這些程序都存儲在站控計算機系統或中心控制室主計算機系統中，形成以計算機為核心的全線監控和數據采集（SCADA）系統，達到在中心控制室對全線進行自動監控的技術水平。站間通信系統采用租用兩條不同運營商的公網2 M電路專線，互為備用。

4.1 泵機組自動保護

包括外輸泵軸承溫度超高保護、泵殼溫度超高保護、外輸泵機械密封溫度超高保護、電機軸承溫度超高保護、電機定子溫度超高保護、外輸泵機械密封泄漏保護、外輸泵軸承振動保護、電機驅動端軸承振動保護[5]。

4.2 泵站壓力自動保護系統

正常情況下，進站和出站壓力由站電液調節閥進行調節。如果調節閥發生故障無法動作或者調節不起作用，出現壓力超限，就開始執行泵站泄壓、停輸程序，保護泵機組設備、出站管道和站內管道，確保水擊發生時操作人員和生產設備的安全[6]。本工程管道采取的安全保護主要有安全泄放和連鎖保護，其動作先后順序依次宜為：泄壓保護、連鎖保護。

5 結束語

串聯泵輸油工藝應用在中國兵器華錦集團輸油管道項目上，兩年多的現場應用證明：串聯輸油泵機組除了具有堅固耐用、檢修方便、效率高的特點外，還有簡化流程、節約能量、便于調節及超壓保護等優點。本工程串聯泵輸油工藝是在遼河油田區域范圍內首次成功采用。

［1］嚴大凡.輸油管道設計與管理[M]. 北京：石油工業出版社,2004.

［2］GB 50253-2003輸油管道工程設計規范[S].

［3］徐單．提高水泵運行效率的生產實踐[J]．有色礦山,2002，31(5)：49-49．

［4］劉超．泵站經濟運行[M]．北京：水利電力出版社，1995年9月.

［5］劉竹溪，劉光．泵站水錘及其防護[M]．北京：水利水電出版社，1988.

［6］林昌基．機泵維修鉗工[M]．北京：中國石化出版社，2008：150-l51．

Application of Series Pumps Oil Transportation Process in Oil Pipelines of Huajin Group

MA Chi
(Liaohe Petroleum Engineering Co., Ltd., Liaoning Panjin 124010, China)

Based on the storage and transportation project of Huajin Group, series pumps oil transportation process and parallel pumps oil transportation process in crude oil long-distance pipeline pumping stations were compared, then series pumps oil transportation process was optimized, and some techniques including pressure control and safety system in series pumps system were introduced.

Crude oil long-distance pipeline; Series pumps; Parallel pumps; Pressure control; Safety system

TE 83

A

1671-0460（2012）09-0905-03

2012-04-12

馬馳（1985-），男，遼寧盤錦人，助理工程師，2008年畢業于遼寧石油化工大學油氣儲運專業，現從事油氣儲運設計工作。E-mail：lpemachi@163.com。