油庫(kù)能量平衡模型及評(píng)價(jià)方法

郭越，單麗娜，陸希希

（東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318）

油庫(kù)是用來(lái)接收、儲(chǔ)存、中轉(zhuǎn)和發(fā)放石油的單位[1]。近年來(lái)，隨著我國(guó)戰(zhàn)略儲(chǔ)備工作的開(kāi)展，原油油庫(kù)規(guī)模不斷向大型化發(fā)展[2]。目前，油庫(kù)的功能更為完善，不僅肩負(fù)著接收國(guó)內(nèi)生產(chǎn)原油還接收外國(guó)進(jìn)口原油，用能分布更為廣泛。隨著系統(tǒng)庫(kù)存量的減少，系統(tǒng)運(yùn)行效率大幅下降，使能耗上存在薄弱環(huán)節(jié)[3]。因此需分析系統(tǒng)的能耗損失分布，研究油庫(kù)系統(tǒng)的能耗情況有利于開(kāi)展節(jié)能降耗工作。

針對(duì)計(jì)算油庫(kù)系統(tǒng)的能耗已存在一套能耗評(píng)價(jià)方法，該方法考慮了系統(tǒng)輸入和輸出能量的關(guān)系，但其不足是未考慮罐內(nèi)能量的消耗。本文依據(jù)傳統(tǒng)的能耗評(píng)價(jià)方法，并考慮罐內(nèi)能量變化，提出新型的油庫(kù)能耗評(píng)價(jià)方法。

1 用能分析

整個(gè)油庫(kù)系統(tǒng)作為相互關(guān)聯(lián)的多層次系統(tǒng)，是由不同功能的單元設(shè)備按照物理集合的方式逐級(jí)構(gòu)成[4]。每個(gè)單元設(shè)備是用能的最小單位，分析用能本質(zhì)是構(gòu)建系統(tǒng)能量平衡的基礎(chǔ)[5]。本文以大慶油田某油庫(kù)為例，給出了各個(gè)元件用能過(guò)程的劃分，該油庫(kù)主要設(shè)備由輸油泵、加熱爐、換熱器、鍋爐、油罐、輸油管道所構(gòu)成，具體用能描述如表1所示。

從表1中可看出能量消耗主要分為四部分：第一部分由輸油泵消耗，將電能轉(zhuǎn)化為原油流動(dòng)的壓能，即輸入系統(tǒng)的能量為電能，輸出系統(tǒng)的能量為壓能；第二部分由加熱爐、換熱器、鍋爐構(gòu)成，為熱能的利用率；第三部分為克服輸油管道內(nèi)摩擦阻力及節(jié)流損失；第四部分考慮油罐內(nèi)庫(kù)存量的變化，該部分是由于測(cè)試周期內(nèi)流入量與流出量不同導(dǎo)致的，故罐內(nèi)能量存在變化。

表1 單元設(shè)備的用能過(guò)程劃分

2 能量平衡模型

依據(jù)用能分析，將不同用能按照能量平衡方法可達(dá)到被測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)輸入、輸出能量上的平衡。在以往的能量平衡模型基礎(chǔ)上，考慮罐內(nèi)能量變化，得到新的能量平衡模型，如圖1所示。

圖1 油庫(kù)能量平衡模型

油庫(kù)系統(tǒng)能量平衡方程為：

式中：EShin—進(jìn)入油庫(kù)系統(tǒng)的介質(zhì)相對(duì)于基準(zhǔn)溫度所帶入的熱能，kJ/h；

EShout—油庫(kù)系統(tǒng)輸出的介質(zhì)相對(duì)于基準(zhǔn)溫度所帶出的熱能，kJ/h；

ESpin—進(jìn)入油庫(kù)系統(tǒng)的介質(zhì)相對(duì)于基準(zhǔn)壓力所帶入的壓力能，kJ/h；

ESpout—油庫(kù)系統(tǒng)輸出的介質(zhì)相對(duì)于基準(zhǔn)壓力所帶出的壓力能，kJ/h；

ESh—外界供給油庫(kù)系統(tǒng)的熱能，kJ/h；

ESe—外界供給油庫(kù)系統(tǒng)的電能，kJ/h；

ΔESh—油庫(kù)系統(tǒng)的熱能損失，kJ/h；

ΔESp—油庫(kù)系統(tǒng)的壓能損失，kJ/h;

EOO—一個(gè)周期起始時(shí)油庫(kù)內(nèi)原有的能量，kJ/h;

EEO—一個(gè)周期結(jié)束時(shí)油庫(kù)內(nèi)剩余的能量，kJ/h。

3 能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.1 油庫(kù)系統(tǒng)能量利用率

式中：GSin—油庫(kù)進(jìn)站介質(zhì)流量，m3/h；

ρSin—油庫(kù)進(jìn)站介質(zhì)進(jìn)站溫度下的密度，kg/m3；

cSin—油庫(kù)進(jìn)站介質(zhì)進(jìn)站溫度下的定壓比熱容，kJ/(kg·g℃)；

tSin—油庫(kù)進(jìn)站介質(zhì)的進(jìn)站溫度，℃；

pSin—油庫(kù)進(jìn)站介質(zhì)的進(jìn)站壓力(表壓)，MPa；

GSout—油庫(kù)外輸介質(zhì)的流量，m3/h；

ρSout—油庫(kù)外輸介質(zhì)的密度，kg/m3；

cSout—油庫(kù)外輸介質(zhì)出站溫度下的定壓比熱容，kJ/(kg·g℃)；

tSout—油庫(kù)外輸介質(zhì)的出站溫度，℃；

pSout—油庫(kù)外輸介質(zhì)的出站壓力(表壓)，MPa；

BSg—油庫(kù)燃料氣的消耗量，m3/h；

Qnet,v,ar—燃料氣收到基低位發(fā)熱量，kJ/m3；

NSe—油庫(kù)耗電量，kW·gh/h。

3.2 油庫(kù)熱能利用率

式中ηSh為油庫(kù)的熱能利用率，%。

3.3 油庫(kù)壓能利用率

式中ηSp為油庫(kù)的壓能利用率，%；NPe為泵機(jī)組耗電量，kWgh/h。

4 計(jì)算結(jié)果及分析

依據(jù)上述公式及運(yùn)行相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)大慶油田某油庫(kù)進(jìn)行能耗指標(biāo)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 大慶油田某油庫(kù)能耗指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

該油庫(kù)輸油系統(tǒng)能量的消耗主要有兩個(gè)方面：輸油泵消耗的電能；為保證原油泵輸送，改善原油流動(dòng)性能所消耗的熱能。熱能利用率高于電能利用率，主要原因是該油庫(kù)的輸油泵機(jī)組效率較低。因此，保證該油庫(kù)泵機(jī)組的高效運(yùn)行，是提高電能利用率和能量利用率，降低能量損失的關(guān)鍵。

5 結(jié) 論

（1）分析了油庫(kù)系統(tǒng)內(nèi)單元設(shè)備的用能過(guò)程，并根據(jù)用能劃分在傳統(tǒng)能量平衡模型的基礎(chǔ)上考慮庫(kù)存量的能量變化，建立了油庫(kù)系統(tǒng)新型能量平衡模型，給出了能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)，改進(jìn)后的能量平衡方法更適用于油庫(kù)的能量損失分析。

（2）根據(jù)能耗計(jì)算公式計(jì)算了大慶油田某油庫(kù)的能量利用率，確定了該油庫(kù)電能利用率較低的原因，為調(diào)整運(yùn)行方案提供了方向。

[1]郭傳陽(yáng). 油庫(kù)安全管理探索[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2012（18）:235.

[2]王新新. 關(guān)于中國(guó)石油儲(chǔ)備體系[J]. 節(jié)能技術(shù),2009（3）:259-263.

[3]孟凡臣,周海蓮. 原油儲(chǔ)運(yùn)庫(kù)的全能流模型[J]. 當(dāng)代化工 2011,40（2）:171-173.

[4]喬添梁. 轉(zhuǎn)油站能耗綜合評(píng)價(jià)方法研究[J]. 石油石化節(jié)能,2014（11）:10-11.

[5]張鳳,聶聰,梁世英,等. 注水系統(tǒng)節(jié)能降耗措施研究與應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2014（10）:28.