CN102606887A - 一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法。它采用动态当量管道长度理论的分段管道模型、用密度仪测量的密度值变化来修正判定过程的混油界面位置判定方法，其步骤：1)分段计算判定：利用管道站场的干线流量仪表，将管道混油界面位置的计算变成若干个具有注入和分输测量值的管段混油界面计算；2)密度数值修正：利用管道站场的干线密度检测仪表，在混油界面位置判定过程中，利用管道上已知的混油界面位置来对中间判定结果进行修正；3)当量管道长度：利用管道上已知的混油界面位置作为判定结果，倒推出管道长度；当量管道长度在判定过程中不断进行修正，使下一次的判定结果具有更高的精度。它界面计算精度高，到站报警准确性高。

Description

一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法

技术领域

本发明是一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法，涉及管道系统技术领域。

背景技术

为了提高管道输送效率，成品油管道普遍采用了顺序输送方式连续输送多种类型油品，管道沿途设有多个分输站，对输送的油品进行分输。随着油品分输，管道流量呈阶梯状递减，管径也随之发生变化。

不同的油品在密闭管道中顺序输送，由于不同油品的相互扩散会产生混油现象，所以在接合面处出现了一段密度介于相邻两种油品密度之间的混油区。随着输送距离增加，混油区体积也不断增加。在实际生产中，管道输送一般采用首站场不同油品连续注入、中间站场纯油注入或分输、管道末站统一处理混油区油品的工艺流程。为了保证中间站场尽可能多的纯油注入或者分输，末站场尽可能少的混油处理，都需要调度人员和工艺人员实时准确的监测到管道中各种油品的里程和混油区体积。

成品油混输监测系统主要是从管道SCADA系统、管道数据平台获取管道运行过程中的工艺数据，自动跟踪并计算管道混输的批次数量变化、批次里程变化、批次混油变化，从而为管道调度人员和工艺人员提供油品注入、分输和混油切割处理操作的依据。通过混输监测系统，调度人员和工艺人员可以准确监测管道中多个混油区的位置和长度，可以尽可能的多分输油品，减少末端统一处理的混油体积，保证销售油品的品质，提高管道输送的经济效益。

调度人员需要随时监测管道输送油品批次和批次位置，这是对成品油进行分输的主要依据，另外，管道停输、末站混油处理等工艺操作也需要准确的批次数据。混油监测系统是管道调度人员进行批次跟踪作业的重要依据，因此，它的计算精度高低直接影响调控成品油管道的运行管理水平。

成品油混油界面计算计算软件在我国还处于发展的初级阶段，没有我国自主开发的相关软件和系统。在应用上，我国有成品油管道也采用了国外公司的一些产品，如兰成渝和西部成品油管道安装了TELVENT公司的LMS(液体管理系统)，但由于其计算和判定方法不完善的原因，在实际应用过程中存在不少问题。

在《小型油气藏》第9卷第2期(2004年6月)上发表的“界面检测技术在长输管道顺序输送油品中的应用”公开了密度型检测方法检测界面，但此方法也不能有效提高计算精度、提高到站报警的准确性。

国际上现有的成品油混油界面计算软件采用的界面计算和判定方法比较简单，其过程大致如下：

1、读取成品油管道首站入口流量；

2、读取成品油管道各个分输站分输流量；

3、通过配置的管道长度，计算混油界面位置。

上部分介绍了常用混油界面位置计算和判定的方法和过程，从中可以看出，计算和判定方法比较简单，没有考虑对混油界面位置产生影响的其它因素，计算和判定精度一般为管道长度的1％，精度不高。

发明内容

本发明的目的是发明一种在成品油管道工艺复杂和现场仪表计量稳定性的基础上，有效提高界面计算精度、提高到站报警的准确性、具有一定的普适性并且减少现场仪表不稳定带来影响的成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法。

本发明所涉及的混油界面判定方法，正是针对以上这些问题在大量试验和应用过程中所提出的理想的解决方案。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：采用动态当量管道长度理论的分段管道模型、用密度仪测量的密度值变化来修正判定过程的混油界面位置的判定方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)分段计算判定：充分利用管道站场的干线流量仪表，将管道混油界面位置的计算变成若干个具有注入和分输测量值的管段混油界面判定，每个管段内部的判定不受其它管段检测仪表误差的影响；

2)密度数值修正：利用管道站场的干线密度检测仪表，不同油品密度的差异，混油到达站场后，密度仪表发生有规律的变化，来判断混油当前的里程位置，修正判定结果；简单地说，就是在管道全程上进行混油界面位置判定过程中，利用管道上已知的混油界面位置来对中间判定结果进行修正；

3)当量管道长度：进行混油界面位置判定时采用的管段的长度、管径数值，在理论上和实际之间存在不一致，另外管道地温、油品温度、计量仪表系统误差的影响，都对混油界面位置的判定产生影响；这些影响都很难具体评估和体现在判定结果中，因此采用当量管道长度来综合体现这些因素对混油界面判定误差的影响；形象的说，就是在管道全程上进行混油界面位置判定过程中，利用管道上已知的混油界面位置作为判定结果，倒推出体现了管道地温、油品温度、仪表系统误差综合作用的管道长度；当量管道长度在在混油界面位置判定过程中按照某种规则不断进行修正，从而使下一次的判定结果具有更高的精度，最终是整个判定具有很高的精度，并具有了一定的适应管道工艺、气候等因素变化的能力。

所述分段管道模型如图1所示，是充分利用管道站场的干线流量仪表，将管道混油界面位置的判定变成若干个具有注入和分输测量值的管段混油界面判定，每个管段内部的判定不受其它管段检测仪表误差的影响。分段管道模型是对实际的管道输送工艺过程的抽象；

分段管道模型由管段、站场、分支和批次对象构成；分段管道模型结构如图1所示；

站场对象：表征实际管道上存在的具有分输、注入/流量仪表/密度仪表的管道站场，具有所属管段(本站场和下一个站场之间的管道区域)长度属性以及分支/流量值/密度值属性；

分支：表征实际管道上存在的分输管路或注入管路，每个分支具有类型、开关阀门状态、流量值属性；

批次对象：表征实际管道中运行的一个油品批次，批次对象具有类型、里程、当前站场属性；

所述界面位置判定是根据分段管道模型，采用基于分段判定的管段流量界面法进行混油界面的判定；按照批次所处管段的流量、管段直径、管段长度，逐一管段进行批次位置界面判定；各个批次单独进行界面判定，某个批次界面位置按照如下公式进行判定：

$L=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}{Q}_a\left(t\right)\mathrm{dt}$

式中L：混油界面中间位置距离上一个站的里程；m³

t：界面在本管段的运行时间；

Q_a(t)：批次界面在时刻t的瞬时流速；

界面位置判定流程如图2所示：

逐一更新管道模型对象；

遍历批次对象；

获取批次当前管段；

获取管段实时流速和当前管道长度；

计算时间增量下的里程；

是否大于本管段长度判断；不大于本管段长度则转到遍历批次对象；大于本管段长度则批次当前管段加一后转到遍历批次对象；

所述密度值修正判定过程：利用管道站场的干线密度检测仪表，不同油品密度的差异，混油到达站场后，密度仪表发生有规律的变化，来判断混油当前的里程位置，修正判定结果；简单地说，就是在管道全程上进行混油界面位置判定过程中，利用管道上已知的混油界面位置来对中间判定结果进行修正。

油品在管道中流动，两种油品的混油段经过密度仪表时，一般都会使密度仪表的测量值发生变化。但同一种油品流经密度仪表时，其它因素也会使密度仪表的测量值发生变化。典型的密度变化包括油品温度的变化、密度仪表的误差、不同生产厂家的油品品质差异、同一油品不同批号的品质差异等等。

密度修正判定与管道油品的密度数值直接相关，实际的油品密度表和混油密度表如表一、表二所示：

表一兰成渝管道油品密度表

表二不同比例油品形成的混油密度表

通过混油形成理论和实际应用验证，混油到站形成的密度变化和油品流速以及混油段长度有直接关系。具体的密度变化判定方法为：

时间范围：

分钟，

L：混油段长度，单位：米；

D管道内径，单位：米；

密度变化幅度：0.8％。

密度值修正判定流程如图3所示：

逐一更新管道模型对象；

遍历批次对象；

获取批次当前管段；

获取管段实时流速和当前管道长度；

计算时间增量下的里程和混油长度；

里程是否大于当量管道长度判断；

里程不大于当量管道长度则进行密度变化判断→清除备用存储→批次当前管段加一→记录判定管道长度，以修正当量管道长度→转到遍历批次对象；

里程大于当量管道长度则分配新内存空间，按照当前管段加一计算；

里程是否大于当量管道长度+10公里判断；

里程不大于当量管道长度+10公里则进行密度变化判断→清除备用存储→批次当前管段加一→记录判定管道长度，以修正当量管道长度→转到遍历批次对象；

里程大于当量管道长度+10公里→备用存储复制到主存储→清除备用存储→批次当前管段加一→转到遍历批次对象；

所述当量管道长度修正：进行混油界面位置判定时采用的管段的长度、管径数值，在理论上和实际之间存在不一致，另外管道地温、油品温度、计量仪表系统误差的影响，都对混油界面位置的判定产生影响；这些影响都很难具体评估和体现在判定结果中，因此采用当量管道长度来综合体现这些因素对混油界面判定误差的影响；形象的说，就是在管道全程上进行混油界面位置判定过程中，利用管道上已知的混油界面位置作为判定结果，倒推出体现了管道地温、油品温度、仪表系统误差综合作用的管道长度；当量管道长度在混油界面位置判定过程中不断进行修正，从而使下一次的判定结果具有更高的精度，最终是整个判定具有很高的精度，并具有了一定的适应管道工艺、气候等因素变化的能力；

当量管道长度修正方法的具体过程：为每个站场所属管段分配三个判定管道长度数值的缓冲区，记录近期密度监测仪表监测到混油到站时对应的判定管道长度数据；没有检测到密度到站的不记入缓冲；将近期的三个判定管道长度取平均值与当量管道长度比较，误差大于2％时，用平均值数值更新当量管道长度数值；

当量管道长度的修正流程如图4所示，依次为：

遍历各个管道模型对象；

遍历各个场站对象；

三个近期计算的管道长度平均值；

大于当量管道长度2％判断；

不大于当量管道长度2％则转到遍历各个场站对象；

大于当量管道长度2％则更新当量管道长度。

按照本方法，混油界面位置的监测系统如图5所示，它包括成品油混输监测系统和中间数据库。成品油混输监测系统包括在线数据获取(装置)、动态计算与修改和界面显示；中间数据库中的实时数据传输到成品油混输监测系统，由在线数据获取(装置)接收，后经动态计算与修改，结果作界面显示。

成品油混输监测系统主要是从管道SCADA系统、管道数据平台获取管道运行过程中的工艺数据，自动跟踪并判定管道混输的批次数量变化、批次里程变化、批次混油变化，从而为管道调度人员和工艺人员提供油品注入、分输和混油切割处理操作的依据。通过混输监测系统，调度人员和工艺人员可以准确监测管道中多个混油区的位置和长度，可以尽可能的多分输油品，减少末端统一处理的混油体积，保证销售油品的品质，提高管道输送的经济效益。

本发明的有益效果是：本混油界面位置判定方法有效提高成品油混合输送过程中的混油界面位置的判定精度，是调度人员实时获知混合输送的成品油的分界面，提高成品油管道分输站对成品油的分输能力，降低到达管道末站处理的油品数量，提高成品油管道输送效率。根据理论和应用验证，本判定方法对混油界面位置的判定精度不受管道长度的影响，可以达到全管道不大于3公里。我国成品油管道普遍采用多种油品混合输送工艺，此方法在我国的成品油管道应用上具有广阔的应用前景。

本发明提供的一种混油界面位置的判定方法，可以有效提高界面判定精度，提高到站报警的准确性，具有一定的普适性，并且减少了现场仪表不稳定带来的影响。

附图说明

图1分段管道模型结构示意图

图2界面位置判定流程图

图3密度值修正判定流程图

图4当量管道长度的修正流程图

图5混输监测系统构成图

具体实施方式：

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1.

将采用本发明的混输监测系统在兰成渝成品油管道上应用，按照管道工艺的特点，配置兰州首站、临洮分输泵站、陇西分输站、成县分输站、广元分输站、绵阳分输站、德阳分输站、彭州分输站、成都分输泵站、简阳分输站、资阳分输站、内江分输泵站、隆昌分输站、永川分输站、重庆末站15个站场，每个站场根据工艺情况，配置了进站/出站/分输的流量、压力、温度以及密度检测仪表，软件按照30秒的周期，采集数据并调用算法判定一次，在软件算法完成校准后，进行了长期的运行和判定。

实际判定结果(三个批次)如表三所示：

表三兰成渝成品油管道混油界面位置判定结果

实施例2.

将采用本发明的混输监测系统在兰成渝成品油管道上应用，按照管道工艺的特点，配置乌市首站、鄯善中间泵站、四堡中间泵站、哈密分输站、翠玲中间泵站、河西中间泵站、柳园分输站、瓜洲中间泵站、玉门、酒泉分输站、张掖、山丹中间泵站、武威分输站、西靖中间泵站、新堡中间泵站、永登分输站、兰州末站17个站场，每个站场根据工艺情况，配置了进站/出站/分输的流量、压力、温度以及密度检测仪表，软件按照30秒的周期，采集数据并调用算法判定一次，在软件算法完成校准后，进行了长期的运行和判定。

实际判定结果(三个批次)如表四：

表四西部成品油管道混油界面位置判定结果

由该两例看出，本界面位置判定方法能有效提高界面判定精度，提高到站报警的准确性。

Claims (10)

1.一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法，其特征是采用动态当量管道长度理论的分段管道模型、用密度仪测量的密度值变化来修正判定过程的混油界面位置的判定方法，它包括如下步骤：

1)分段计算判定：充分利用管道站场的干线流量仪表，将管道混油界面位置的计算变成若干个具有注入和分输测量值的管段混油界面计算，每个管段内部的计算不受其它管段检测仪表误差的影响；

2)密度数值修正：利用管道站场的干线密度检测仪表，不同油品密度的差异，混油到达站场后，密度仪表发生有规律的变化，来判断混油当前的里程位置，修正判定结果；简单地说，就是在管道全程上进行混油界面位置判定过程中，利用管道上已知的混油界面位置来对中间判定结果进行修正；

3)当量管道长度：在管道全程上进行混油界面位置判定过程中，利用管道上已知的混油界面位置作为判定结果，倒推出体现了管道地温、油品温度、仪表系统误差综合作用的管道长度；当量管道长度在在混油界面位置判定过程中不断进行修正，从而使下一次的判定结果具有更高的精度，最终是整个判定具有很高的精度，并具有了一定的适应管道工艺、气候等因素变化的能力。

2.根据权利要求1所述的一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法，其特征是所述分段管道模型是充分利用管道站场的干线流量仪表，将管道混油界面位置的判定变成若干个具有注入和分输测量值的管段混油界面判定，每个管段内部的判定不受其它管段检测仪表误差的影响；分段管道模型是对实际的管道输送工艺过程的抽象；

分段管道模型由管段、站场、分支和批次对象构成；

站场对象：表征实际管道上存在的具有分输、注入/流量仪表/密度仪表的管道站场，具有所属本站场和下一个站场之间的管段长度属性以及分支/流量值/密度值属性；

分支：表征实际管道上存在的分输管路或注入管路，每个分支具有类型、开关阀门状态、流量值属性；

批次对象：表征实际管道中运行的一个油品批次，批次对象具有类型、里程、当前站场属性。

3.根据权利要求1所述的一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法，其特征是所述界面位置判定是根据分段管道模型，采用基于分段判定的管段流量界面法进行混油界面的判定；按照批次所处管段的流量、管段直径、管段长度，逐一管段进行批次位置界面判定；各个批次单独进行界面判定，某个批次界面位 置按照如下公式进行判定：

式中L：混油界面中间位置距离上一个站的里程；m³

t：界面在本管段的运行时间；

Q_a(t)：批次界面在时刻t的瞬时流速。

4.根据权利要求3所述的一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法，其特征是所述界面位置判定流程依次为：

逐一更新管道模型对象；

遍历批次对象；

获取批次当前管段；

获取管段实时流速和当前管道长度；

计算时间增量下的里程；

是否大于本管段长度判断；不大于本管段长度则转到遍历批次对象；大于本管段长度则批次当前管段加一后转到遍历批次对象。

5.根据权利要求1所述的一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法，其特征是所述界面位置判定是根据分段管道模型，采用基于分段判定的管段流量界面法进行混油界面的判定；按照批次所处管段的流量、管段直径、管段长度，逐一管段进行批次位置界面判定；各个批次单独进行界面判定，某个批次界面位置按照如下公式进行判定：

式中L：混油界面中间位置距离上一个站的里程；m³

t：界面在本管段的运行时间；

Q_a(t)：批次界面在时刻t的瞬时流速。

6.根据权利要求5所述的一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法，其特征是所述界面位置判定流程依次为：

逐一更新管道模型对象；

遍历批次对象； 

获取批次当前管段；

获取管段实时流速和当前管道长度；

计算时间增量下的里程；

是否大于本管段长度判断；不大于本管段长度则转到遍历批次对象；大于本管段长度则批次当前管段加一后转到遍历批次对象。

7.根据权利要求1所述的一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法，其特征是所述密度值修正判定过程：在管道全程上进行混油界面位置判定过程中，利用管道上已知的混油界面位置来对中间判定结果进行修正；

具体的密度变化判定方法为：

时间范围： 

分钟，

L：混油段长度，单位：米；

D管道内径，单位：米；

密度变化幅度：0.8％。

8.根据权利要求6所述的一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法，其特征是所述密度值修正判定流程依次为：

逐一更新管道模型对象；

遍历批次对象；

获取批次当前管段；

获取管段实时流速和当前管道长度；

计算时间增量下的里程和混油长度；

里程是否大于当量管道长度判断；

里程不大于当量管道长度则进行密度变化判断→清除备用存储→批次当前管段加一→记录判定管道长度，以修正当量管道长度→转到遍历批次对象；

里程大于当量管道长度则分配新内存空间，按照当前管段加一计算；

里程是否大于当量管道长度+10公里判断；

里程不大于当量管道长度+10公里则进行密度变化判断→清除备用存储→批次当前管段加一→记录判定管道长度，以修正当量管道长度→转到遍历批次对象；

里程大于当量管道长度+10公里→备用存储复制到主存储→清除备用存储→批次当前管段加一→转到遍历批次对象。

9.根据权利要求6所述的一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法，其特征是所述当量管道长度修正是在管道全程上进行混油界面位置判定过程中， 利用管道上已知的混油界面位置作为判定结果，倒推出体现了管道地温、油品温度、仪表系统误差综合作用的管道长度；当量管道长度在混油界面位置判定过程中不断进行修正，从而使下一次的判定结果具有更高的精度；

当量管道长度修正方法的具体过程：为每个站场所属管段分配三个判定管道长度数值的缓冲区，记录近期密度监测仪表监测到混油到站时对应的判定管道长度数据；没有检测到密度到站的不记入缓冲；将近期的三个判定管道长度取平均值与当量管道长度比较，误差大于2％时，用平均值数值更新当量管道长度数值。

10.根据权利要求9所述的一种成品油管道顺序输送混油界面位置的判定方法，其特征是所述当量管道长度的修正流程依次为：

遍历各个管道模型对象；

遍历各个场站对象；

三个近期计算的管道长度平均值；

大于当量管道长度2％判断；

不大于当量管道长度2％则转到遍历各个场站对象；

大于当量管道长度2％则更新当量管道长度。 

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