液化烃泵

第38卷第11期（2019-11）

集输处理

液化烃泵—泵温压联控密闭输送工艺

*

刘红波辛真孙雪莹王钰高秀宝

中海油石化工程有限公司

摘要：烟台万华LPG码头项目洞库与码头距离远、高差大，洞库背压高（洞库储存温度约

18℃，丙烷/丁烷在洞库内的饱和蒸气压远高于全冷冻船液货舱内的饱和蒸气压），液化烃船的

潜液泵无法直接将丙烷/丁烷物料直接输送到洞库，为满足物料的输送工况，必须在码头进行增

压。针对液化烃饱和蒸气压受温度影响较大的特点，对现有增压输送工艺进行了比选优化，提

出了一种温度、压力联合控制的密闭增压输送工艺。该工艺在烟台万华码头成功应用，为项目

节约了大量空间与投资，项目投产后运行平稳、安全、可靠。

关键词：液化烃；温压联控；密闭输送；出口压力调节；连锁停车

Pump-to-pumpTemperatureandPressureCombinedControlAirtightTransportation

ProcessofLiquefiedHydrocarbons

LIUHongbo，XINZhen，SUNXueying，WANGYu，GAOXiubao

PetrochemicalEngineeringCo.，Ltd.，CNOOC

Abstract：ThecavernofYantaiWanhuaLPGTerminalProjectisfarawayfromtheterminal，the

heightdifferenceisbig，andthebackpressureofthecavernishigh(thestoragetemperatureofthecav-

ernisabout18℃，andthesaturatedvaporpressureofpropane/butaneinthecavernismuchhigher

thanthatoffullrefrigeratedcargotank)，andpropane/butanecannotbeunloadedtothecavernstorage

bytheimmerdpumpofliquefiedhydrocarboncarrier.Therefore，inordertosatisfythetransporta-

tionofmaterials，thepressuremustbeenhancedattheterminal.Inviewofthefactthatthesaturated

vaporpressureofliquefiedhydrocarbonisgreatlyaffectedbytemperature，theprentpressurizedtrans-

portationprocessarecomparedandoptimized，andanairtightpressurizedtransportationprocesswith

temperatureandpressurecombinedcontrolispropod.Theprocesshasbeensuccessfullyappliedin

YantaiWanhuaTerminal，whichsavesalotofspaceandinvestmentfortheproject.Afterputtinginto

operation，theprojectrunssmoothly，safelyandreliably.

Keywords：liquefiedhydrocarbons；temperatureandpressurecombinedcontrol；airtighttransporta-

tion；outletpressureregulation；interlockshutdown

烟台港万华工业园码头是1座5×10t级的液地下洞库地面经换热器升温后，注入地下洞库。该

4

化烃专用码头，可停靠1艘5×10t级的液化烃

4

船，或同时停靠2艘5000t级的液化烃船，设计装

卸量为200×10t/a，设置有丙烷、丁烷、LPG、丙

烯、丁二烯的装卸设施。

该液化烃专用泊位主要为万华工业园100×

10m地下丙烷/丁烷/LPG洞库使用。低温丙烷/丁

43

烷物料从全冷式液化烃液货船舱经6km管道到达

4

项目洞库与码头距离远、高差大，洞库背压高（洞

库储存温度约18℃，丙烷/丁烷在洞库内的饱和蒸

气压远高于全冷冻船液货舱内的饱和蒸气压），液

化烃船的潜液泵无法直接将丙烷/丁烷物料直接输

送到洞库。因此，为满足物料的输送工况，必须在

码头进行增压。

DOI:10.3969/.1006-6896.2019.11.010

*2019亚太国际管道会议优秀论文。

油气田地面工程

49

集输处理

1液化物料管道增压方案比选

1.1输送流程

对液化物料管道增压通常有两种流程，即开式

输送流程（旁通罐流程）和密闭输送流程（泵到

泵）流程（图1）。

[1]

图1开式输送流程与密闭输送流程

Fig.1Openandairtighttransportationprocessflow

1.1.1开式输送流程

开式输送流程即旁通罐流程，丙烷/丁烷物料

先由船舱潜液泵输送到中间罐，再由增压泵将物料

从中间罐抽出，增压后输送到工业园地下洞库。开

式输送流程安全可靠，水击危害小，对自动化水平

要求不高。但开式输送流程油气损耗大，设备与流

程复杂，占地面积大，并且全线难以在最优工况下

运行，造成了投资增大、能耗增加。

而且烟台港万华工业园码头项目丙烷、丁烷卸

船流量均为2400m/h，如采用开式输送流程设

3

计，需设置1000m的低温丙烷储罐1座，1000m

33

丁烷球罐1座，增加占地面积约500m，增加投资

2

200万元。该工艺不适用于狭窄的码头上。

1.1.2密闭输送流程

密闭输送流程即泵到泵输送流程，丙烷/丁烷

物料先由船舱潜液泵直接输送到码头增压泵，经增

压泵增压后输送到工业园地下洞库。密闭输送流程

具有设备数量少、占地面积小、油气损耗小、投资

少、耗能小的优点。但该流程需要防止泵抽空、水

击危害等，需要有较高的自动控制水平。

液化烃类物质都属于甲类和甲A类火灾危险性

介质，具有明显的火灾爆炸危险性。液化烃的成分

一般包括乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烯、丁烷及

其他碳氢化合物，还包括微量的硫化合物。鉴于液

化烃类物质的危险性，《输油管道设计规范》中规

定输送工艺宜采用密闭输送流程。

结合实际情况，烟台港万华工业园码头项目在

码头上进行增压，采用密闭输送工艺，可以节约投

资200万元，且有效利用码头空间。在实际工程中，泵的入口压力还要考虑一定的

[2-3]

50

刘红波等：液化烃泵—泵温压联控密闭输送工艺

1.2工艺研究

1.2.1传统密闭输送工艺

传统密闭输送工艺主要用于原油、成品油等饱

和蒸气压比较恒定的物料输送上。密闭输送工艺的

主要风险是水击危害和下游泵的抽空。在管道输送

中，水击危害一般通过设置水击泄压阀来解决；而

下游泵的抽空风险主要通过可靠的控制系统来

避免。

在密闭输送流程中，如果上游泵不稳定或故障

停输，会造成下游泵的抽空，即下游泵的入口压力

不能满足必需气蚀余量的要求，下游泵会发生气蚀

损害。因此，在密闭输送流程中要设置下游泵入

[4]

口压力调节，以及下游泵入口压力超低联锁停机保

护等措施。这两种自控保护措施在长距离输油管

道中已广泛应用。

[5]

为解决在泵串联时输送不稳定工况下下游泵入

口压力过低问题，常规物料密闭输送流程（图2）

设计中，通常在泵出口设置1个调节阀，该阀与下

游泵入口压力联锁。当下游泵入口压力偏低时，泵

入口设置的压力变送器输送压力信号至DCS（分布

式控制系统）系统，DCS系统输出调节指令至泵出

口调节阀，泵出口调节阀关小，使泵入口压力恢

复。当泵入口压力恢复至一定值时，调节阀又会适

度开大，从而保证了输送过程的稳定性、连续性。

图2常规物料密闭输送工艺流程示意图

Fig.2Airtighttransportationprocessflowdiagramofnormal

materials

当上游泵出现故障或其他较大不稳定因素时，

可能会导致下游泵入口压力急剧变化，该工况下，

下游泵必须紧急停车才能避免泵受到损害。在工艺

设计中，通常设有下游泵入口压力过低紧急停车

功能。

离心泵运行时，为避免泵的气蚀，需要保证泵

的入口压力，即

[4]

p

入

>p+NPSHr

SV

（1）

式中：为泵的入口压力；为物料饱和蒸气

pp

入

SV

压；为下游泵必需气蚀余量。

NPSHr

油气田地面工程

第38卷第11期（2019-11）

安全裕量，泵出口调节阀联锁值计算公式为泵入口压力时，DCS系统发出指令，调小

p

1SVOV

=p+NPSHr+p

（2）

式中：为调节阀联锁值；为安全余量。

pp

1OV

泵停车联锁值计算公式为

p

2SVex

式中：为停车联锁值；为极限安全余量。

pp

=p+NPSHr+p

（3）

2ex

1.2.2液化烃物料对工艺的影响

液化烃物料的显著特点就是其物料饱和蒸气压

受温度影响极大，如丙烷在-50~60℃之间饱和蒸

气压力值变化达2MPa以上（表1）。同时考虑到

[6]

火灾爆炸的危险性，可以采取常压下降低温度或常

温下增加压力两种方式储存。储存温度在-196~

50℃之间。

[7]

表1不同温度下丙烷的饱和蒸气压

Tab.1Saturatedvaporpressureofpropaneatdifferent

temperatures

温度/℃饱和蒸气压/kPa(G)温度/℃饱和蒸气压/kPa(G)

-50-30.910533.7

-409.620732.9

-3066.230974.6

-20142.7401264.2

-10243.2501607.4

0372.1602010.5

因此，液化烃物料密闭输送调节值与控制值很

难设置，密闭输送流程较难实现。如何实现液化烃

物料安全、可靠的密闭输送是该技术领域的难题。

1.2.3温压联控密闭输送工艺

为克服液化烃物料密闭输送工艺中的难点，本

文提出一种利用温度、压力联合控制的输送工艺，

使液化烃物料的输送更加安全、可靠、节能。

该工艺的核心设备为上游泵、下游泵、温度变

送器、压力变送器、调节阀、DCS系统与SIS（安全仪

表系统）系统（图3）。

[8]

在下游泵的入口设置温度变送器与压力变送

器，对物料温度进行实时监控，并传递回DCS与

SIS系统；DCS系统与SIS系统实时自动计算输送温

度下的饱和蒸气压，并与下游泵入口压力做比对。

此时，设泵出口调节阀连锁值为，计算公

P

1T

式为

p

1TSVTOV

式中：为物料实时温度下的饱和蒸气压。

p

=p+NPSHr+p

（4）

SVT

设泵停车联锁值为，计算公式为

p

2T

p

2TSVTex

该工艺的控制过程为：液化烃物料由上游泵加

=p+NPSHr+p

（5）

压后经管道进入下游泵，再由下游泵加压输送到下

游管道；当上游泵出现输送不稳定工况，导致下游阀发出调节指令。

油气田地面工程

集输处理

p＜p

入

1T

下游泵出口阀开度，从而使下游泵入口压力回升；

当上游泵出现故障停输工况，导致下游泵入口压力

p

入

＜p

2T

时，SIS系统发出指令，使下游泵紧急停

车，避免下游泵发生气蚀。

输送温度下的饱和蒸气压由Antoine方程进行

回归，通过方程，系统可以计算出实

logp=

A-B

T+C

时工况下的物料饱和蒸气压。

[9]

式中：为温度对应下的纯液体饱和蒸气压，

pt

mmHg；为绝对温度，K；为Antoine常数。

TA、B、C

图3液化烃物料密闭输送工艺流程示意图

Fig.3Airtighttransportationprocessflowdiagramofliquefied

hydrocarbonmaterial

2应用

2.1现场应用

本文提出的温压联控密闭输送工艺在烟台港万

化工业园103号LPG专用泊位中进行了应用，成功

解决了大流量、远距离、高背压、大高差工况下船

泵扬程不足的问题。

对于公司丙烷卸船项目，经过工艺计算，码头

起点输送压力需要1.6MPa，而船泵仅能提供0.7

MPa的出口压力，因此必须在码头端进行增压。码

头空间狭小，无法布置中间缓冲设备，只能进行密

闭增压。

在该项目中，上游泵为液货船舱潜液泵，下游

泵为码头增压泵，该泵必需气蚀余量为10m，折算

压力为0.05MPa，调节阀安全裕量取0.15MPa，停车

安全裕量取0.05MPa。因气温不同，预冷时间不

同，物料到达码头增压泵入口时的温度

在-40～－20℃范围内波动。不同工况下，该工

艺的实现过程如下：

（1）工况1：船泵与增压泵连续稳定输送，自

控系统仅进行监测，不进行调节与控制。

（2）工况2：增压泵入口压力出现不稳定，压

力降低，增压泵存在抽空风险。在不同的入口温度

下，DCS系统根据不同的入口压力，对泵出口调节

51

集输处理

温度条件一（入口温度为-40℃）：温度变送

器检测到入口温度为-40℃；DCS系统根据数据

库，计算得出此时丙烷的饱和蒸气压为0.01MPa，

则=0.21MPa；如压力变送器检测到入口压力

p

1T

p

入入

>0.21MPa，则调节阀不动作；如<0.21MPa，

p

则DCS系统发出指令，使调节阀关小，从而使增压

泵入口压力提高，实现物料连续稳定输送。

温度条件二（入口温度为-20℃）：温度变送

器检测到入口温度为-20℃；DCS系统根据数据

库，计算得出此时丙烷的饱和蒸气压为0.24MPa，

则=0.44MPa；如>0.44MPa，则调节阀不动

pp

1T

入

作；如<0.44MPa，则DCS系统发出指令，使调

p

入

节阀关小，从而使增压泵入口压力提高，实现物料

连续稳定输送。

（3）工况3：增压泵入口压力出现极不稳定，

船泵出现停输故障，增压泵存在抽空风险。在不同

的入口温度下，当增压泵入口压力，SIS系

p＜p

入

2T

统对增压泵发出停机指令。

温度条件一（入口温度为-40℃）：温度变送

器检测到入口温度为-40℃；DCS系统根据数据

库，计算得出此时丙烷的饱和蒸气压为0.01MPa，

则=0.11MPa；如<0.11MPa，SIS系统发出

pp

2T

入

停机指令，增压泵紧急停车。

温度条件二（入口温度为-20℃）：温度变送

器检测到入口温度为-20℃；DCS系统根据数据

库，计算得出此时丙烷的饱和蒸气压为0.24MPa，

则=0.34MPa；如<0.34MPa，SIS系统发出

pp

2T

入

停机指令，增压泵紧急停车。

2.2效果分析

该工艺技术在烟台港万华工业园码头成功应

用，不仅节省了中间缓冲设备投资近200万元，而

且解决了码头空间狭小，难以布置缓冲设备以及附

带的安全、环保问题。目前该码头已连续卸船近

200×10t，当船泵出现事故停车时，增压泵都进

4

行了紧急停车保护，工艺系统安全可靠。

3结束语

液化烃物料因其饱和蒸气压受温度影响极大，

其密闭输送的控制问题一直难以解决。本文针对其

特点通过方案必选、优化，提出了温度、压力联合

控制的方法，实现了液化烃的密闭输送。该工艺技

术在烟台港万华工业园码头成功应用，证实了其安

全、可靠。目前大型液化烃码头越来越多，温压联

控密闭输送工艺技术有较大的应用市场。

[10]

52

刘红波等：液化烃泵—泵温压联控密闭输送工艺

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作者简介

刘红波：高级工程师，硕士，2009年毕业于中国石油大学

东）油气储运工程专业，从事油气储运设计工作，（华

，liuhb28@，山东省青岛市崂山

区松岭路197号，266000。

收稿日期2019-09-12

（编辑焦晓梅）

油气田地面工程