摘要:针对大型干线机场第二油源建成后某航煤管道输量由500m3/h大幅降低的运行需求,提出利用首站闲置小泵替代原主泵的设备优化方案, 并采用SPS(Stoner Pipeline Simulator)软件对更换前后的典型工况进行水力模拟。结果表明:更换小泵后管道理论输送能力为140~190m3/h, 调节阀全开时流量可达190m3/h,较额定流量超出约36%,存在电机过载风险;额定流量工况下全线压力满足设计要求。据此提出以电机最大允许电流为约束条件的运行控制建议,可为管道经济、安全运行提供依据,并为同类管道在任务量降低情况下的设备优化提供参考。
　　关键词:航煤管道;小泵更换;输量降低;SPS模拟; 水力特性;优化配置
　　引言
　　近年来, 随着大型干线机场业务量持续增长, 为提升航煤保障能力和油源多样性, 各地普遍规划建设第二油源, 部分既有航煤管道的输送任务量因此显著下降。受此格局变化影响,某已长期运行的航煤输送管道未来输量将由目前的500m3/h大幅降低,原有输油主泵的配置已与新的输送需求不相匹配。若在低输量工况下继续沿用大功率主泵并依靠调节阀节流控制流量, 不仅会造成较大的节流能量损失, 还会增加启停输作业次数和设备运行风险[1-2]。为充分利用既有设备、降低运行能耗与投资成本, 本文提出利用首站现有闲置小泵替代原主泵的优化方案, 并借助水力仿真对其可行性进行复核分析, 以期为航煤管道运行方案调整与事故风险防范提供参考[3]。
　　一、管道及设备概况
　　该管道管径DN350, 全长约11km,设计压力3.5MPa,管材采用Φ355.6mm ×7.1mm 和Φ355.6mm×7.9mm的L290M直缝电阻焊(HFW)钢管,外防腐层采用三层PE加强级结构, 输送介质为3号喷气燃料(航空煤油),采用常温输送工艺,管壁绝对粗糙度取0.054mm。管道沿线不设阀室,首站设于某石油公司油库油泵房及过滤器棚(里程0km,高程392m),末站设于机场油库油泵棚 (里程11km, 高程475m), 全线高差约83m。
　　首站现有输油主泵2台,电机驱动,额定流量500m3/h、额定扬程200m、电机功率355kW,按1用1备并联安装, 为现状运行设备;另有备用小泵1台,电机驱动,额定流量140m3/h、额定扬程180m、电机功率160kW,长期闲置。输送介质在20℃、0.101MPa条件下的密度为800kg/m3, 运动粘度2.0m2/s,饱和蒸气压0.007MPa。
　　管道沿线不设阀室。首站设于某石油公司油库油泵房及过滤器棚, 末站设于机场油库油泵棚。沿线站场设置见表1。
　　首站输油泵配置见表2。现状运行采用2台主泵(1用1备,并联安装),另有1台小泵长期闲置。
　　二、模拟方法与模型验证
　　采用 SPS (Stoner PipelineSimulator) 软件开展管道工艺计算与模拟分析。该软件是国际公认的长距离输油(气)管道设计、水力热力计算及全线自动化控制模拟的专业工具, 可对管道稳态与瞬态工况进行高精度仿真[4],其计算准确性已在输油管道设计和生产运行中得到工程验证[5],并广泛应用于管道典型事故瞬态工况分析与运行方案制定。根据管道走向、站场布置及设备参数建立全线仿真模型,分别模拟现状工况与更换小泵后的运行工况。
　　为检验模型可靠性,将模拟结果与现场实际运行数据进行对比:现状调节阀全开时, 模拟流量为540m3/h、泵后压力1.65MPa;运行单位反馈的实际运行值为流量约533m3/h、泵后压力约1.6MPa。二者基本一致,表明所建立的模型能够较准确地反映管道实际运行状态,可用于更换小泵后的水力复核
　　三、模拟结果分析
　　(一) 现状额定工况。输量500m3/h时, 首 站 泵 后 压 力1.76MPa、调节阀后压力1.55MPa,末站进站压力0.40MPa,全线水力参数均处于正常范围,系统运行平稳。从水力坡降特征看,全线压力沿线近似线性下降,管道虽存在约83m的高差,但地形起伏对水力特性的影响相对有限,沿程摩阻是压力损失的主要来源,压力分布如图1所示。
　　(二)更换小泵后调节阀全开工况。由于管道沿程摩阻随输量降低而明显减小,小泵工作点沿特性曲线向大流量方向移动,模拟流量增至190m3/h, 较小泵额定流量超出约 36%, 此时泵后压力1.133MPa、 调 节 阀 后 压 力1.129MPa, 末 站 进 站 压 力0.40MPa。该工况下油泵运行电流过大, 存在电机过载烧毁的风险,实际运行中应予避免。
　　(三)更换小泵后额定流量工况。小泵按额定流量140m3/h运行时, 需通过调节阀节流控制流量,此时泵后压力1.606MPa、调节阀后压力 1.094MPa, 节流压差约0.51MPa,末站进站压力0.40MPa。全线各点压力均远低于 3.5MPa的设计压力,管道水力条件满足安全运行要求,表明更换小泵的方案在技术上是可行的。
　　四、运行建议
　　闲置小泵的额定流量为140m3/h, 更换后因管道摩阻减小可能出现超流量运行, 其理论输送能力范围为140~190m3/h,可覆盖输量降低后的输送需求。参考输量变化后泵机组优化运行的工程经验[1-2],为保证设备与管道安全,提出如下建议:一是避免调节阀全开运行, 调节阀全开时泵的理论最大流量可达190m3/h,超过额定流量约36%,极易造成电机过载烧毁; 二是以电机最大允许电流为控制基准, 实际运行中泵的流量可在额定值140m3/h的基础上酌情提高, 但运行电流不得超过电机最大允许电流, 并加强运行过程中的电流监测; 三是投运初期应结合现场实测数据对理论参数进行修正, 必要时复核调节阀的节流能力与调节特性, 确保流量控制平稳可靠。
　　结论
　　基于SPS软件建立的仿真模型经现场实测数据验证,模拟结果与运行值基本一致,模型准确可靠,可作为管道工艺调整和运行方案制定的分析工具;更换闲置小泵后,管 道 理 论 输 送 能 力 为140~190m3/h, 额定流量工况下全线压力满足设计要求,方案技术可行;调节阀全开工况存在电机过载风险,实际运行中应以电机最大允许电流为约束控制流量。本文形成的“闲置小泵替代主泵”设备优化方法,可为同类航煤管道在任务量降低情况下的设备优化配置提供参考。
　　参考文献
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　　中国航空油料有限责任公司西南公司 宋轶曦