“十二五”期間油氣管道輸送系統(tǒng)設(shè)備能效監(jiān)測(cè)分析

劉國(guó)豪管維均徐洪敏許鐵張軒翟星月趙國(guó)星

（1.中國(guó)石油管道科技研究中心油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；2.中國(guó)石油天然氣與管道分公司油氣調(diào)運(yùn)處；3.中國(guó)石油西南管道分公司）

“十二五”期間油氣管道輸送系統(tǒng)設(shè)備能效監(jiān)測(cè)分析

劉國(guó)豪1管維均2徐洪敏3許鐵1張軒1翟星月1趙國(guó)星1

（1.中國(guó)石油管道科技研究中心油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；2.中國(guó)石油天然氣與管道分公司油氣調(diào)運(yùn)處；3.中國(guó)石油西南管道分公司）

通過介紹“十二五”期間油氣長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)各類主要耗能設(shè)備能效監(jiān)測(cè)情況，分析了耗能設(shè)備運(yùn)行效率變化趨勢(shì)和主要參數(shù)合格率，輸油泵、加熱爐、天然氣壓縮機(jī)組的平均運(yùn)行效率呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)反映了“十二五”期間能效監(jiān)測(cè)工作為節(jié)能管理和節(jié)能措施的實(shí)施起到了保駕護(hù)航的作用；研究給出了主要耗能設(shè)備在運(yùn)行過程中普遍存在的問題和對(duì)應(yīng)采取的建議措施，為“十三五”期間節(jié)能工作有針對(duì)性地開展提供了方向和技術(shù)措施，有助于促進(jìn)油氣管道系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行水平的進(jìn)一步提高。

油氣管道；耗能設(shè)備；節(jié)能監(jiān)測(cè)

2011—2015年，管道節(jié)能監(jiān)測(cè)中心共對(duì)相關(guān)管道運(yùn)營(yíng)企業(yè)1406臺(tái)耗能設(shè)備進(jìn)行能效監(jiān)測(cè)，其中包括輸油泵638臺(tái)，加熱爐238臺(tái)，鍋爐97臺(tái)，壓縮機(jī)組432臺(tái)。從監(jiān)測(cè)數(shù)量、設(shè)備運(yùn)行的效率、監(jiān)測(cè)設(shè)備的合格率等方面對(duì)上述耗能設(shè)備的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行分析。

1 輸油泵機(jī)組能效監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)量逐年增加，“十二五”總體任務(wù)量較“十一五”增長(zhǎng)120%。耗能設(shè)備測(cè)試見表1。

表1 “十二五”期間測(cè)試設(shè)備完成情況

輸油泵機(jī)組共測(cè)試638臺(tái)，其中原油泵424臺(tái)，合格160臺(tái)，合格率37.74%。在各分項(xiàng)評(píng)價(jià)中，機(jī)組效率合格206臺(tái)，合格率48.58%；節(jié)流率合格236臺(tái)，合格率55.66%。成品油泵214臺(tái)，合格102臺(tái)，合格率47.66%。在各分項(xiàng)評(píng)價(jià)中，功率因數(shù)合格167臺(tái)，合格率78.04%；機(jī)組效率合格143臺(tái)，合格率66.82%；節(jié)流率合格186臺(tái)，合格率86.92%。主要評(píng)價(jià)指標(biāo)機(jī)組平均效率變化曲線分析見圖1。

圖1“十二五”期間輸油泵機(jī)組平均運(yùn)行效率趨勢(shì)

輸油泵機(jī)組存在的主要問題[1]：實(shí)際流量長(zhǎng)期比額定流量小，導(dǎo)致輸油泵運(yùn)行在低效區(qū)；電動(dòng)機(jī)側(cè)的就地功率因數(shù)補(bǔ)償不到位，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)偏低；管道輸油量偏低導(dǎo)致定速泵靠出口閥節(jié)流，造成大量的能量損失。

建議采取的措施：技術(shù)改造時(shí)優(yōu)先選用變頻調(diào)速裝置，使節(jié)流損失基本消失，使泵機(jī)組在高效率區(qū)運(yùn)行，大大降低電能浪費(fèi)；安裝電動(dòng)機(jī)無功就地補(bǔ)償柜，并定期檢查維護(hù)。

2 加熱設(shè)備能效監(jiān)測(cè)

1）節(jié)能監(jiān)測(cè)直接爐143臺(tái)，合格設(shè)備75臺(tái)，

合格率52.45%。在各分項(xiàng)評(píng)價(jià)中，熱效率合格90臺(tái)，合格率62.94%；排煙溫度合格104臺(tái)，合格率72.73%；空氣系數(shù)合格111臺(tái)，合格率77.63%；表面溫度合格126臺(tái)，合格率88.11%。直接爐平均熱效率趨勢(shì)見圖2。

圖2“十二五”期間直接爐平均熱效率趨勢(shì)

直接爐存在的主要問題為[2]：爐子設(shè)計(jì)不合理，對(duì)流室換熱面積不夠，造成排煙溫度高；加熱爐在運(yùn)行過程中沒有及時(shí)、定期吹灰，換熱效率下降；部分直接爐更換了比例式燃燒機(jī)，去掉了空氣預(yù)熱器，雖然增加了對(duì)流室的面積，但是換熱面積仍偏小，造成部分爐子排煙溫度偏高，合格率下降；冬季1臺(tái)爐子不夠，2臺(tái)并聯(lián)，秋春季地溫上升熱負(fù)荷要求低，導(dǎo)致加熱爐負(fù)荷普遍偏低，熱效率低；加熱爐煙道設(shè)定的停爐報(bào)警溫度已經(jīng)把負(fù)荷率限制在80%以下。

建議采取的措施：加強(qiáng)對(duì)排煙處含氧量的監(jiān)控，熱負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)及時(shí)調(diào)整供風(fēng)量；按時(shí)吹灰并根據(jù)排煙處含氧量對(duì)煙道擋板的開度做適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)；增加對(duì)流室換熱面積；加強(qiáng)吹灰，根據(jù)情況對(duì)排煙停爐報(bào)警溫度重新調(diào)整，提高負(fù)荷率。

2）節(jié)能監(jiān)測(cè)熱媒爐96臺(tái)，合格設(shè)備57臺(tái)，合格率59.38%。在各單項(xiàng)評(píng)價(jià)中，熱效率合格91臺(tái)，合格率94.79%；排煙溫度合格90臺(tái)，合格率93.75%；空氣系數(shù)合格74臺(tái)，合格率77.08%；表面溫度合格91臺(tái)，合格率94.79%。熱媒爐平均熱效率趨勢(shì)見圖3。

圖3“十二五”期間熱媒爐平均熱效率趨勢(shì)

造成部分熱媒爐綜合評(píng)價(jià)不合格的主要原因是：燃燒器的配風(fēng)比例調(diào)節(jié)不當(dāng)，霧化燃燒效果不好，過剩空氣系數(shù)超標(biāo)；個(gè)別設(shè)備在大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)排煙溫度較高以致超標(biāo)；部分熱媒爐的爐體保溫效果不好，爐體前、后墻及兩側(cè)面多處區(qū)域表面溫度超高。

建議采取的措施：維修時(shí)加強(qiáng)爐體內(nèi)的保溫性能，改善保溫效果；在不同負(fù)荷下適當(dāng)調(diào)節(jié)燃燒器的風(fēng)量配比，保持良好的燃燒效果，提高燃燒效率；檢修空氣/煙氣換熱器，加強(qiáng)密封效果，排除空氣泄露現(xiàn)象；定期檢定流量計(jì)等在線儀表，校正各項(xiàng)遠(yuǎn)傳監(jiān)控參數(shù)[3]。

3）節(jié)能監(jiān)測(cè)鍋爐97臺(tái)，合格設(shè)備41臺(tái)，合格率42.27%。在各分項(xiàng)評(píng)價(jià)中，熱效率合格50臺(tái)，合格率51.55%；排煙溫度合格75臺(tái)，合格率77.32%；空氣系數(shù)合格80臺(tái)，合格率82.47%，表面溫度合格90臺(tái)，合格率92.78%。鍋爐平均熱效率趨勢(shì)見圖4。

圖4“十二五”期間鍋爐平均熱效率趨勢(shì)

鍋爐運(yùn)行中存在的主要問題：個(gè)別進(jìn)口燃燒器的配風(fēng)比例調(diào)節(jié)不當(dāng)，鍋爐因助燃風(fēng)量過大或不足，氣體不完全燃燒熱損失較大；部分鍋爐的排煙溫度超高，排煙熱損失較大，從而導(dǎo)致熱效率不能達(dá)標(biāo)；鍋爐前、后墻區(qū)域的表面溫度較高。

建議采取的措施：對(duì)于進(jìn)口燃燒器，應(yīng)定期調(diào)節(jié)其油（氣）風(fēng)配比，使助燃風(fēng)量保持適量；定期清除爐膛及煙道內(nèi)的積灰與積垢，降低排煙溫度；改進(jìn)爐體前后墻區(qū)域的保溫措施，提高保溫性能。

3 天然氣壓縮機(jī)組能效監(jiān)測(cè)

3.1 長(zhǎng)輸管道壓縮機(jī)組

燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)離心式壓縮機(jī)組共測(cè)試170臺(tái)，合格167臺(tái)，合格率98.24%，歷年測(cè)試數(shù)據(jù)見圖5。

圖5“十二五”期間燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)離心式壓縮機(jī)組平均效率趨勢(shì)

管道站場(chǎng)電驅(qū)離心式壓縮機(jī)組共測(cè)試95臺(tái)，合格87臺(tái)，合格率91.58%，測(cè)試數(shù)據(jù)見圖6。

圖6“十二五”期間電驅(qū)壓縮機(jī)組平均效率趨勢(shì)

儲(chǔ)氣庫(kù)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組共測(cè)試45臺(tái)，合格39臺(tái)，合格率86.67%。歷年測(cè)試數(shù)據(jù)見圖7。

圖7 “十二五”期間燃?xì)獍l(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組平均效率趨勢(shì)

目前壓縮機(jī)銘牌效率僅為38%～44%，大部分能量以熱能的形式散發(fā)，造成能源的浪費(fèi)。各燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的壓氣站，可以通過加裝余熱鍋爐，利用燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫?zé)煔饧訜崴?，除提供站?chǎng)生活需要外，還通過換熱器將熱水與燃料氣橇進(jìn)口的天然氣換熱，加熱燃料氣，減少站場(chǎng)運(yùn)行能耗[4]。

對(duì)較大規(guī)模的燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)站場(chǎng)，開展余熱發(fā)電可行性研究和試點(diǎn)應(yīng)用，利用燃機(jī)尾氣通過余熱鍋爐產(chǎn)生高溫蒸汽，通過蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，提高燃機(jī)整體的能源利用效率。

3.2 城市燃?xì)釩NG加氣站電驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組

目前國(guó)內(nèi)沒有合適的能耗指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此主要工作是將各臺(tái)設(shè)備加氣電單耗測(cè)試結(jié)果列出，提出相應(yīng)能耗建議。管道節(jié)能監(jiān)測(cè)中心根據(jù)業(yè)務(wù)需求，正在負(fù)責(zé)起草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《天然氣加氣站能耗測(cè)試和計(jì)算方法》[5]。

“十二五”期間，城市燃?xì)饧託庹竟矞y(cè)試電驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組122臺(tái)。各類站場(chǎng)平均電單耗數(shù)據(jù)趨勢(shì)見圖8。

圖8 “十二五”期間CNG加氣站加氣平均電單耗趨勢(shì)

CNG加氣站能耗方面存在的共性問題：電動(dòng)機(jī)側(cè)實(shí)際功率因數(shù)很低，距離額定功率因數(shù)較遠(yuǎn)，電能沒有充分做有用功；單臺(tái)電動(dòng)機(jī)均沒有安裝單獨(dú)的電表，無法實(shí)現(xiàn)單臺(tái)能耗計(jì)量和統(tǒng)計(jì)分析；部分機(jī)型老舊、排量小、加氣時(shí)間長(zhǎng)，存在能耗高的問題；進(jìn)站壓力對(duì)加氣電單耗的影響很大，進(jìn)站壓力高，最高能節(jié)省一半的耗電，一般節(jié)電20%～30%。

建議采取的措施：加強(qiáng)無功功率就地補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，減少耗電；按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20901—2007《石油石化行業(yè)能源計(jì)量器具配備和管理要求》，從加強(qiáng)能耗管理的角度，為壓縮機(jī)組加裝單臺(tái)電計(jì)量表；在資金可行的前提下更換新型排氣量大的壓縮機(jī)，減少電耗；新建母站和長(zhǎng)輸管道高壓分輸站相連，可以直接利用長(zhǎng)輸管道分輸站高壓管線壓力給槽車充氣至平壓后再啟動(dòng)壓縮機(jī)加壓；對(duì)已經(jīng)運(yùn)行的站場(chǎng)在設(shè)計(jì)允許的情況下加裝旁通管路，直接利用長(zhǎng)輸管道分輸站高壓管線壓力給槽車充氣，減少耗電。

4 結(jié)論

“十二五”期間，長(zhǎng)輸油氣管道系統(tǒng)主要耗能設(shè)備——輸油泵、加熱爐、天然氣壓縮機(jī)組的平均運(yùn)行效率呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)；原油泵機(jī)組平均效率

從2011年的63.33%提高到2015年的70.27%；直接爐平均熱效率從2011年的84.89%提高到2015年的85.67%；熱媒爐平均熱效率從2011年的88.39%提高到2015年的90.83%。節(jié)能監(jiān)測(cè)工作為節(jié)能管理和節(jié)能措施的實(shí)施起到了保駕護(hù)航的作用。測(cè)試機(jī)構(gòu)在文中給出了主要耗能設(shè)備在運(yùn)行過程中普遍存在的問題和對(duì)應(yīng)采取的建議措施，對(duì)于油氣輸送管道系統(tǒng)能耗管理和分析工作有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

[1]劉國(guó)豪，張帥，施若斯，等.長(zhǎng)輸原油管道主要耗能設(shè)備節(jié)能測(cè)試與分析[J].石油石化節(jié)能，2013，29（3）：10-11.

[2]許鐵，許彥博，王春榮，等.加熱爐、鍋爐節(jié)能測(cè)試與分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，24（4）：56-61.

[3]劉國(guó)豪，管維均，張旭東，等.十一五油氣輸送管道系統(tǒng)能耗設(shè)備節(jié)能監(jiān)測(cè)情況分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013，32（11）：1202-1205.

[4]李云杰，趙堂玉，王春榮，等.天然氣壓縮機(jī)組運(yùn)行效率的測(cè)試與分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，28（7）：55-57.

[5]劉國(guó)豪，管維均，張旭東，等.CNG加氣站電驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組節(jié)能監(jiān)測(cè)分析[J].石油石化節(jié)能，2014，12（4）：15-16.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.11.004

2016-07-25

（編輯 鞏亞清）

劉國(guó)豪，工程師，2006年7月畢業(yè)于天津大學(xué)（電氣自動(dòng)化專業(yè)），從事油氣管道輸送系統(tǒng)耗能設(shè)備節(jié)能監(jiān)測(cè)工作，E-mail：kjlgh@petrochina.com.cn，地址：河北省廊坊市金光道51號(hào)，065000。