原油管道的改造

一、總結(jié)1、千身份階段的輸油管道建設20世紀70年代是中國東部原油管道建設的時期。在1970～1975年短短的5年中,東北地區(qū)建成了數(shù)千公里、輸量為千萬噸級規(guī)模的管道干線網(wǎng)。在這一時期華東地區(qū)建成了千余公里的魯寧輸油管道及其支線東—臨、滄—臨、濮—臨輸油管道和東黃輸油管道。華北和中原等地區(qū)也建成了秦京管道、任京管道、任滄管道、中洛管道、魏荊管道等連接各油田到煉廠的輸油管道。這些輸油管道的建設,奠定了國內(nèi)石油管道業(yè)的基礎,形成了我國石油管道運輸業(yè)的雛形。2、在管道工業(yè)的發(fā)展時期1970-1980，工藝、技術和設備(1)開放式加熱輸送工藝由于我國東部地區(qū)油田所產(chǎn)原油大部分為高含蠟、高粘度、高凝點的“三高”原油,因此從60年代起長輸管道采用的都是開式加熱輸送工藝。這種工藝雖然能夠滿足“三高”原油的長輸要求,但存在油耗高(加熱用燃油和旁接油罐呼吸原油損耗)、電耗高(采用并聯(lián)泵,節(jié)流損失大)、效益低等缺點。(2)熱泵站輸送系統(tǒng)效率低、安全性差①加熱爐。一般采用直燃方箱式或立式圓筒加熱爐,這些加熱爐均為負壓燃燒,靠人工調(diào)整火嘴。由于調(diào)整不及時(數(shù)小時一次),燃燒很難保持在最佳狀態(tài),排煙溫度高,又因爐膛不密封等原因,造成爐效較低,一般在75%左右或更低。②輸油泵。一般采用多級并聯(lián)泵,由于多級泵葉輪流道比較窄,加上級間隔板的導流作用,造成泵效率較低(一般清水泵效率約為76%)。由于熱泵站大都采用“先泵后爐”工藝流程,原油粘度較大,致使泵的運行效率更低。另外,采用了開泵臺數(shù)來調(diào)節(jié)輸油量,且設計時泵的額定揚程均高于管道設計工作壓力,常常用泵出口閥來控制泵出口壓力(干壓),因此,造成了較大的泵出口閥門節(jié)流損失,使管道系統(tǒng)效率低。③油罐。對于開式流程,每座熱泵站都要設置容量比較大的旁接罐,一般采用拱頂罐或無力矩頂罐,首末站采用拱頂罐、無力矩頂罐、浮頂罐以及非金屬油罐(混凝土油罐)。由于定容積罐(浮頂罐以外的其它油罐)在輸油過程中的大小呼吸作用,一條輸油管道每年會造成數(shù)十噸或數(shù)百噸的原油呼吸損耗。在安全性上,由于定容積罐內(nèi)油面以上剩余空間存在原油輕組分揮發(fā)氣體和空氣易燃爆混合物,因此安全性差。例如,1989年8月19日黃島油庫大火,就是混凝土油罐因遭雷擊而爆炸著火,3座70年代建的10000m3拱頂油罐4h被全部燒塌。而3座50000m3浮頂油罐,雖然大火將浮頂罐的防風圈鋼板燒變了形、外保溫層鋁皮也被燒壞,但油罐始終沒有著火。這次事故后,有關部門下文廢止了混凝土油罐在國內(nèi)的使用。(3)/微波電話通信輸油管道當時大部分采用有線載波電話或微波電話通信。通信的主要功能是通過語音聯(lián)絡方式匯報管道的運行情況和收集運行數(shù)據(jù),人工填寫運行報表。3、綜合運行狀態(tài)的管理各站設備的運行管理是由各站崗位值班人員24h值守和定時巡檢完成的,各站綜合運行狀態(tài)的管理由值班調(diào)度綜合管理,并定時向管道總調(diào)度室匯報?？傉{(diào)度室根據(jù)各站值班調(diào)度匯報的生產(chǎn)情況匯總、分析管道運行情況,調(diào)整運行參數(shù),填寫運行日報。二、輸油管道的管道技術發(fā)展1990年,我國第一條自動化輸油管道東黃復線的建成和投產(chǎn),標志著我國輸油管道技術邁上了一個新的臺階,進入了一個采用世界先進工藝設備和計算機控制的發(fā)展新時期。以下從我國東部地區(qū)輸油管道的建設和發(fā)展歷程出發(fā),探討適合我國東部地區(qū)原油管道技術和管理上的發(fā)展方向。1、單級泵級差配合,合理調(diào)節(jié),保證試驗量(1)采用全線泵到泵密閉輸送工藝,取消了旁接油罐,減少了油品損耗,使全管道成為了一個統(tǒng)一的水力系統(tǒng),實現(xiàn)了全線自動化控制,提高了系統(tǒng)效率。(2)熱泵站的泵機組采用串聯(lián)泵流程,大小揚程的單級泵級差配合,合理調(diào)配了泵型號及臺數(shù),優(yōu)化了運行程序控制,使全線節(jié)流損失達到最小或為零。(3)首站和中間站工藝流程中安裝了出站調(diào)節(jié)閥,這種具有快速調(diào)節(jié)的電液聯(lián)動調(diào)節(jié)閥(全行程為20～22s),不但可以進行泵站機泵邏輯控制與調(diào)節(jié),而且還可以實現(xiàn)水擊保護。末站進站采用電液聯(lián)動調(diào)節(jié)閥,不但可以完成密閉輸油管道的流量調(diào)節(jié),而且還可以對管道翻越高點的背壓進行調(diào)節(jié),避免管道出現(xiàn)不滿流或負壓段。(4)首站及中間站工藝管道設有高壓泄壓閥,末站進站裝有低壓泄壓閥,在管道發(fā)生水擊時進行水擊超前保護,且可實現(xiàn)水擊超限泄放,確保管道安全運行。2、儀表風及吹掃風系統(tǒng)mc—高效的爐泵及安全可靠的閥門采用熱媒間接加熱系統(tǒng)(熱媒爐),該爐由熱媒爐本體、熱媒循環(huán)泵、熱媒膨脹罐、燃油系統(tǒng)、霧化風、儀表風及吹掃風系統(tǒng)(空壓機)、換熱器、PC控制柜等設備組成,其燃燒過程是通過微處理機(MC—8)進行控制的。爐子的熱效率較高,為92.3%,系統(tǒng)效率為86%。原油通過換熱器與熱媒換熱,因而安全性高。由于進入爐體對流段的熱媒溫度為120℃,避免了對爐管的露點腐蝕(盡管排煙溫度較低)。(2)高壓力、高區(qū)寬泵所采用的加拿大賓漢姆輸油泵和法國硅納德給油泵(裝船泵)是一種水平中開式單級雙吸油泵,這種泵單級葉輪流道寬,不但檢修方便、流量大,而且泵效高。例如輸油主泵排量Q為2850m3/h,全級泵揚程H為246m,半級泵揚程H為101m,給油泵排量Q為1450m3/h,裝船泵排量為2000m3/h和4000m3/h(兩種),揚程為90m左右。泵效高達89%,而且高效區(qū)寬。例如輸油主泵的泵效在88.5%～89%時,其流量范圍為2400～2900m3/h。另外,泵機組軸承不但采取了無壓自潤滑方式(減少了潤滑油泵、箱及冷卻系統(tǒng)等復雜系統(tǒng)),而且在泵軸承、電機軸承及定子繞組等處都設有測溫、測振動探頭。其溫度變送器輸出為4～20mA標準信號,便于計算機接收及監(jiān)控。(3)黃島型油罐首末站所建的數(shù)座20000m3和50000m3原油罐均為由日本引進的浮頂油罐,配套設備有液位和溫度測量裝置、底部攪拌器、鋁扣板巖棉外保溫層、冷卻噴淋及消防栓、進(出)口管部位的抗震軟管,以及鑄鋼電動防爆閘閥等。該型油罐在1989年黃島長達6個多小時的大火中,所儲原油既無燃燒,也無爆炸,這充分證明了這種裝置的安全可靠性。管道采用了300多個通徑為254～1016mm的英國卡麥隆(CAMERON)球閥、日本ISK板閥和美國菲舍爾(FISHER)電液聯(lián)動調(diào)節(jié)閥,這些閥門不但動作靈活,密封可靠,而且所采用的LIM-TORUE電動頭驅(qū)動功率小,啟動力矩大,機械慣性小,配備有與站控PLC的接口,可以遠傳閥位及開關指示,能夠進行遙測遙控。3、scad系統(tǒng)硬件及硬件硬件概述輸油管道的自動化控制設備包括三個部分,一是全線各泵站進入自動化系統(tǒng)的各種現(xiàn)場一、二次測試儀表及變送器;二是站控PLC;三是控制中心的主計算機?，F(xiàn)場一次測試儀表包括壓力、溫度、液位、流量、電流、電壓、功率、振動、閥位(狀態(tài))等工藝設備參數(shù)的測量及變送儀器,由電纜與站控主機相連;站控采用可編程邏輯控制器(簡稱PLC),具有數(shù)據(jù)采集、可編程邏輯控制、動態(tài)圖形數(shù)據(jù)顯示、故障診斷、報告和報警打印等功能,主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和對現(xiàn)場設備的控制。硬件設備有梯級圖處理器、輸入/輸出處理器、視頻及通信處理器、內(nèi)存板等。外圍設備有輸入/輸出模塊、彩色監(jiān)視器(CRT)、操作鍵盤、打印機、編程終端、電源(UPS)等;中心控制(主計算機)的主控設備為美國DEC公司MICROVAXⅡ(兩臺,互為熱備用),作為SCADA系統(tǒng)的主機。硬件主要有中央處理器、9MB內(nèi)存、3塊71MB硬盤、95MB磁帶機及通信接口板。外圍設備有通信控制器(CCM/FRI)兩臺、彩色圖形顯示器及鍵盤和鼠標器(兩臺)、打印機兩臺、VT220單顯終端兩臺、外設/通信轉(zhuǎn)換開關(T—bar)兩套。通信設施為從日本引進的240路數(shù)字微波系統(tǒng),其誤碼率為10-7,可為SCADA系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控及水擊超前保護的信道(只用4路)。4、scad系統(tǒng)主機和泵站plc之間的數(shù)據(jù)上傳主要的工藝和設備運行參數(shù)除就地指示儀表顯示外,都是由一次檢測儀表進行檢測,然后直接或通過變送器轉(zhuǎn)變成4～20mA標準信號進入PLC,經(jīng)過處理,應用CRT顯示。由于數(shù)據(jù)采集的周期極短(以毫秒計),因此各種參數(shù)值的瞬時變化值都可以傳送到站控PLC。SCADA系統(tǒng)主機和泵站PLC的數(shù)據(jù)采集是通過主機軟件完成的,采集壓力、溫度、流量、電流、電壓等模擬量670多個,泵、閥、電器開關狀態(tài)、報警狀態(tài)等開關總量1600多個,設定值跟蹤等監(jiān)控輸入點440多個,數(shù)據(jù)采集周期一般為10～120s不等(根據(jù)設備及工藝需要確定)。數(shù)據(jù)傳輸是通過微波專用訊道完成的,主機與各站PLC用兩個訊道(一用一備),各站PLC之間數(shù)據(jù)使用微波水擊保護專用訊道(一用一備)。傳輸?shù)街鳈C的各種數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后,可以在主控室CRT上顯示,例如,值守人員在工藝流程圖上可以看到全線現(xiàn)行工藝動態(tài)參數(shù),以及報警、趨勢顯示、事故跳閘表等。(2)站控安全技術通過SCADA系統(tǒng)可以對輸油管道實施三級控制,一是就地手動操作,該級控制是常規(guī)的硬線手動操作,不通過站控PLC,而直接完成各種設備的操作和控制;二是站控室控制,這是SCADA系統(tǒng)中的基礎控制,站控室所有的操作控制都要通過站控PLC的硬軟件(如設備、邏輯控制程序等應用程序)來完成,站控的特點是運行人員只需給出一個控制命令(通過鍵盤或聲音),PLC就可以完成設備的運行、流程切換等現(xiàn)場操作;三是中心控制室集中監(jiān)控,中心控制室運行人員可以通過彩色CRT觀察各泵站設備及管道運行情況,同時還可以通過鍵盤對現(xiàn)場發(fā)生的情況及時作出處理,采取有效的保護措施;四是自動化密閉輸油管道的保護,保護可分為兩類,一類是邏輯保護,這是一種管道工藝、設備等運行參數(shù)經(jīng)站控PLC軟件邏輯判斷后實施的一種自動保護,例如,管道工藝保護、水擊保護、設備(爐、泵)工藝運行參數(shù)超越給定運行值的報警和停車等保護,二是獨立的硬線保護系統(tǒng),這是獨立于PLC之外的各種保護,例如,變電所各種繼電器邏輯保護、ESD緊急停車裝置、各站的高低壓泄壓閥超壓保護等。總之,自動化密閉輸油系統(tǒng)的保護是比較完善的,某些關鍵部位設置了多重保護,因此可以作到現(xiàn)場無人值守。三、管道難以達到較高負荷運行在“以產(chǎn)定運,以運保產(chǎn)”的方針指導下,70年代末和80年代建設的一些管道因油田產(chǎn)量遞減,很難達到較高負荷運行。進入90年代,在“穩(wěn)定東部,發(fā)展西部”、“管道運輸既要服務于油田,又要服務于煉廠”的思想指導下,東部地區(qū)輸油管道進行了如下調(diào)整和改造。1、加降凝輸送工藝由于油田產(chǎn)量遞減,一些長輸管道達不到最低啟輸量,被迫掃線停輸。沒有停輸?shù)墓艿罏榱私鉀Q加熱輸送工藝難以解決的低輸量輸送問題,開始采用加降凝劑輸送工藝。例如,魯寧線從1996年開始使用降凝劑,實施加劑常溫輸送工藝,取得了很大進展,不但滿足了管道安全運行的要求,而且還創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟效益。加劑降凝輸送工藝在東黃老線、東臨線、中洛線等管道進行了應用,并且取得了可喜成績。據(jù)文獻報道和專家鑒定,我國在含蠟原油加劑綜合處理常溫輸送領域的技術水平居世界領先地位。2、齊線調(diào)整原油流向隨著我國原油出口量的減少和煉廠對進口原油的不斷需求,對東部地區(qū),尤其是華東地區(qū)原油管道流向進行了較大調(diào)整。新建了東臨復線、廣齊線(廣饒—齊魯),調(diào)整了東黃線等管道的原油流向,東黃復線由黃島向齊魯和東營輸送進口原油,東黃老線由東營向黃島輸送勝利原油,這樣進口原油從黃島一直能輸?shù)烬R魯石化,再通過東臨復線、魯寧線等管道將進口原油輸?shù)介L江沿岸煉廠。1998年10月,華東地區(qū)成功完成了“五線聯(lián)動”投產(chǎn),實現(xiàn)了原油西進、南下煉廠的目標。正在籌備建設的“涌—滬—寧”進口原油管道,是原油流向調(diào)整的一大工程。3、高效系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集技術在長輸和廢水處理中的應用進展在80年代東黃復線建設的同時,東北輸油管道就已經(jīng)開始進行了高效爐泵及計算機數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的改造。進入90年代,我國第一條自動化輸油管道東黃復線的全面成功投運,對一些老管道的技術改造產(chǎn)生了積極影響,東部地區(qū)一些長輸管道開始了高效爐泵的改造,仿制的高效熱媒爐得以在長輸管道上廣泛推廣,仿賓漢姆高效泵逐漸在各泵站開始運行,計算機數(shù)據(jù)采集也開始在一些泵站應用。雖然距SCADA系統(tǒng)控制還有一定差距,但密閉輸油工藝也正在各線采用。80年代形成的值班巡回檢查制與先進的站控(中心控制)室監(jiān)控管理方式同時并存。新技術的應用,不但大大提高了管道運行的可靠性,而且由于高效設備的應用和原油流向的調(diào)整,也取得了較大的經(jīng)濟效益。例如,從1978年投產(chǎn)以來就一直虧損了20多年的魯寧管道,在經(jīng)過技術改造和流向調(diào)整后,扭虧為盈,取得了很好的經(jīng)濟效益。四、scda系統(tǒng)軟件配置結(jié)合國際原油管道的發(fā)展趨勢,對東部地區(qū)老管道的改造和新管道的建設提出以下建議。(1)采用密閉輸油工藝對老管道進行改造,以減少原油損耗和對環(huán)境的污染,減少能耗,提高效益。(2)對于新管道SCADA系統(tǒng)的建設以及老管道的計算機數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控的改造,應該基于我國東部地區(qū)熱泵站必須有人值守的實際情況,而不必將中間熱泵站建成無人值守的泵站。(3)對于管道SCADA系統(tǒng)的硬軟件配置應突出的重點為,一是對于機泵、加熱爐要立足于智能邏輯控制單元,完成對泵、爐的自動保護及調(diào)節(jié)功能,不一定將所有的或大部分有關參數(shù)輸入站控PLC再進行邏輯(程序)控制,以提高設備運行的可靠性和經(jīng)濟性,簡化站控PLC相關硬件配置;二是站控PLC的主