管道輸送能耗統(tǒng)計(jì)分析與優(yōu)化研究

陳晨（中國石油管道聯(lián)合有限公司西部分公司）

隨著管道技術(shù)的不斷發(fā)展，管道輸送因輸量大、安全性高、連續(xù)運(yùn)行、能耗低、便于管理等突出優(yōu)勢，已成為當(dāng)今最重要的輸送方式。在管道輸送中，輸油泵機(jī)組、天然氣壓縮機(jī)組、加熱爐、鍋爐和儲油罐等是主要耗能設(shè)備，由于管道輸送運(yùn)輸距離大，全年連續(xù)運(yùn)行，能源消耗量很大。某管道輸送公司2016年電力消耗已超過15×108kWh，天然氣已超過2500×104m3，燃料油消耗已超過6×104t（燃料油包括煤、煤焦輕油、管道原油），蒸汽消耗30×104t，且電力消耗和燃料油消耗均在以5%左右的速度增長?？梢婋S著國內(nèi)資源需求的不斷增加，管道輸送公司的能源消耗也會大幅增加，帶來的輸油成本壓力也會越來越大。為提高石油天然氣等資源的有效利用率，需對輸送管道能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合實(shí)際情況，制定相應(yīng)的降耗措施，這樣才能全面有效提高管道的運(yùn)輸效率。

1 天然氣輸送管道工藝優(yōu)化統(tǒng)計(jì)

1.1 壓縮機(jī)組運(yùn)行方式優(yōu)化

由于影響天然氣輸氣管道運(yùn)行能耗的因素有很多，因此，在構(gòu)建輸氣管道能耗統(tǒng)計(jì)分析體系時應(yīng)該從總體上將管道看做不同的設(shè)備組合，將整個天然氣輸氣管道系統(tǒng)分成站場和管段2大類，結(jié)合生產(chǎn)能耗、管道損耗、生活能耗，建立了天然氣管道運(yùn)行能耗統(tǒng)計(jì)分析。對于天然氣輸氣管道的優(yōu)化，不僅能有效地提高天然氣輸氣管道的運(yùn)行安全，還能有效地減少天然氣的運(yùn)輸成本，減少能源的不必要浪費(fèi)，提高其有效利用率。在我國的天然氣輸氣管網(wǎng)中，在輸送管道中多設(shè)有壓縮機(jī)裝置，而壓縮機(jī)裝置會極大的增加電的消耗量。一般情況下，采用長輸管道進(jìn)行天然氣輸送時，天然氣需要克服管道沿程的摩擦阻力，同時在輸送過程中，有部分勢能、熱能會損失掉，由于天然氣輸送的能量都是由壓縮機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充的，而壓縮機(jī)在運(yùn)行過程會消耗大量的電能，這不僅增加了天然氣輸送中的電能消耗，還極大的增加了天然氣輸送成本。在這種情況下，通過優(yōu)化天然氣輸氣管道，可以降低天然氣輸送與管壁之間的摩擦，減少壓縮機(jī)裝置的電能消耗，從而提高天然氣輸氣管道的輸氣效率。因此，大力優(yōu)化天然氣輸氣管道的能耗對管道輸送公司節(jié)能降耗運(yùn)行的發(fā)展有十分重要的意義。

通過電驅(qū)與燃驅(qū)運(yùn)行時間、耗電耗氣數(shù)據(jù)對比分析，尋找最優(yōu)化運(yùn)行方式：根據(jù)公司數(shù)據(jù)平均電價約為0.7元/kWh，平均氣價約為1.33元/m3燃驅(qū)機(jī)組1 h用氣約5000 m3，1臺燃驅(qū)機(jī)組1 h產(chǎn)生費(fèi)用約為6650元。1臺燃驅(qū)機(jī)組全月運(yùn)行（744 h）產(chǎn)生費(fèi)用約為494.76萬元。從機(jī)組使用方式觀察使用1 h電驅(qū)機(jī)組較燃驅(qū)機(jī)組節(jié)省280元，全月使用電驅(qū)機(jī)組較燃驅(qū)機(jī)組節(jié)省約20.8萬元以上。因此自該管道公司電驅(qū)機(jī)組投產(chǎn)之日起便優(yōu)化2條干線輸氣機(jī)組運(yùn)行方式，以電驅(qū)機(jī)組運(yùn)行臺數(shù)多于燃驅(qū)機(jī)組臺數(shù)，常以2+1模式（2臺電驅(qū)+1臺燃驅(qū)）運(yùn)行即提高了設(shè)備的可靠利用率又實(shí)現(xiàn)了全線的節(jié)能降耗。

1.2 壓縮機(jī)供電系統(tǒng)可靠性提升

1）據(jù)統(tǒng)計(jì)，該管道輸送公司某輸氣站場4臺GE燃驅(qū)機(jī)組在2015年1年內(nèi)因外電波動引起的機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)12次。對機(jī)組停機(jī)后現(xiàn)場技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，引起聯(lián)鎖停機(jī)主要原因有3方面：一是儀表風(fēng)壓力低于0.6 MPa；二是燃?xì)廨啓C(jī)箱體通風(fēng)壓差小于0.15 kPa，三是礦物油油箱壓差超過0.5 kPa，只要其中一個條件滿足就能引起連鎖停機(jī)。上述3個保證機(jī)組正常運(yùn)行的工藝參數(shù)變化都是因?yàn)閷?yīng)得驅(qū)動低壓電動機(jī)在外網(wǎng)電壓波動情況下自動保護(hù)停機(jī)，造成所帶工藝設(shè)備停運(yùn)引起的。

為解決外電晃電對機(jī)組運(yùn)行的影響，配合技術(shù)服務(wù)中心在輸氣站場加裝抗晃電柜，并對箱體通風(fēng)電動機(jī)、油冷電動機(jī)變頻器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使機(jī)組具備5 s抗外電晃動能力。減少2臺次以上停機(jī)放空，天然氣放空量約合16 000 m3以上，直接經(jīng)濟(jì)效益約21 280元。

2）管道輸送公司某輸氣站場GE燃驅(qū)機(jī)組多次發(fā)生GG入口及GG排煙道可燃?xì)怏w報(bào)警TRIP停機(jī)事件。經(jīng)過現(xiàn)場排查，原因是機(jī)組運(yùn)行時，可燃?xì)怏w探頭信號回路存在干擾，導(dǎo)致HIMA誤判斷可燃?xì)怏w探頭存在故障，引起HIMA發(fā)出跳機(jī)信號。

2016年輸氣站場3#機(jī)組由于進(jìn)氣濾可燃?xì)怏w探頭故障信號出現(xiàn)多次跳機(jī)，為了解決機(jī)組運(yùn)行隱患，分兩步實(shí)施：一是對可燃?xì)怏w探頭增加100 ms延時，解決機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；二是將6個可燃?xì)怏w探頭電源改造為獨(dú)立供電，通過半年的測試，徹底消除了探頭故障信號跳變的問題。減少2臺次以上停機(jī)放空，天然氣放空量約合16 000 m3以上，直接經(jīng)濟(jì)效益約21 280元。

GE機(jī)組由于消防、安全儀表系統(tǒng)回路存在干擾導(dǎo)致信號跳變，此種故障在機(jī)組出現(xiàn)比較頻繁，并且故障排查存在較大困難，獨(dú)立電源改造排除了干擾源，保證了單個設(shè)備供電可靠性，此種技術(shù)改造具有推廣意義。

3）某輸氣站場GE燃驅(qū)機(jī)組具有燃料氣吹掃時間過長、溫度上升緩慢的問題，通過現(xiàn)場氣量、壓力核算，GE廠家核實(shí)后，將燃料氣吹掃放空閥孔板尺寸由22.7 mm減少為17 mm。在每次機(jī)組啟機(jī)過程中減少約300 m3左右的天然氣放空量，減少加熱時間，冬季吹掃時間由15 min減少為5 min。

2 液體管道工藝優(yōu)化統(tǒng)計(jì)及效果

2.1 泵機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行

某原油輸油站場5臺輸油主泵額定排量為1500 m3/h，1#泵額定功率1021 kW，其余4臺泵額定功率1653 kW。截止目前1#泵運(yùn)行3 296.16 h，其余4臺泵平均運(yùn)行1 222.08 h，按照原油輸送計(jì)劃小排量運(yùn)行情況下優(yōu)先采取1#泵運(yùn)行模式，節(jié)能降耗效果明顯，直接節(jié)省電量131.081 9×104kWh，節(jié)省電費(fèi)約91.75萬元。

某輸油站場供暖循環(huán)水泵以往從10月份運(yùn)行至次年4月份，在2017年投暖期間，在天氣較暖的月份，通過熱水旁通管線供熱，減少循環(huán)水泵運(yùn)行時間，僅2017年10月份就節(jié)約用電19 440 kWh，根據(jù)公司數(shù)據(jù)平均電價約為0.7元/kWh計(jì)算，單月節(jié)省電費(fèi)13 608元。

2.2 節(jié)水工藝優(yōu)化

某原油輸油站場生活用水依托當(dāng)?shù)厥倧S，壓力在1.2～1.85MPa，以往由于站內(nèi)生活用水管網(wǎng)壓力偏高，每年都會出現(xiàn)水管破裂滲水故障，在2017年4月在原油輸油站場總進(jìn)水處安裝了減壓閥，水管破裂滲水故障消失，僅上半年比起去年就節(jié)約用水80 t，根據(jù)公司數(shù)據(jù)水價約為2.62元/t計(jì)算，節(jié)省費(fèi)用209.6元。

3 油氣站場節(jié)能措施及效果

3.1 場站LED節(jié)能燈具更換

某管道輸送公司下屬輸油站場3座，輸氣站場4座，2017年實(shí)現(xiàn)所有站場LED節(jié)能燈具的更換情況如下：

1）某1作業(yè)區(qū)2017年9月對站場照明燈具進(jìn)行LED燈具改造，由鹵素?zé)舾鼡Q為LED燈：成品油輸油站更換42盞，原油輸油站更換16盞，奎屯站更換4盞，石化末站更換2盞，共計(jì)64盞，全部將原來功率為250 W燈泡更換為100 W的LED節(jié)能燈具。站場每日燈具照明時間平均約為10 h，全年共計(jì)節(jié)約電量11 520 kWh。

2）某2作業(yè)區(qū)2017年11月將原來250 W鹵素?zé)舾鼡Q為100 W的LED節(jié)能燈具：支線分輸首站更換24盞，輸氣首站更換壓縮機(jī)廠房12盞，共計(jì)36盞。站場每日燈具照明時間平均約為10 h，節(jié)約電量2160 kWh。壓縮機(jī)廠房燈具照明使用時間為12 h，節(jié)約電量1296 kWh。全年共計(jì)節(jié)約電量3456 kWh。

3）某3作業(yè)區(qū)2017年9月對站場照明燈具進(jìn)行LED燈改造，將原來功率為250 W的鹵素?zé)襞莞鼡Q為100 W的LED節(jié)能燈具，壓縮機(jī)廠房更換44盞燈，輸油站泵房更換31盞燈，閥組間更換15盞燈，共計(jì)90盞燈。廠房燈具照明使用時間為12 h，輸氣站全年共計(jì)節(jié)約電量19 440 kWh。

4）某4作業(yè)區(qū)2017年4月輸氣站場壓縮機(jī)廠房將功率為250 W的鹵素?zé)襞莞鼡Q為100 W的LED節(jié)能燈具，共計(jì)更換36盞，廠房燈具照明使用時間為12 h，全年共計(jì)節(jié)約電量17 496 kWh。

平均電價按照0.7元/kWh計(jì)算，4個作業(yè)區(qū)全年共計(jì)節(jié)省電費(fèi)約36 338元。

3.2 優(yōu)化天然氣放空方式

某輸氣站場在城市分輸支線的大型動火作業(yè)的方案編制上，采取增加盲板等硬隔離方式，減少過濾分離器后匯管及壓縮機(jī)進(jìn)口管線等放空管段，減少的放空管段管容約為150.6 m3，按照放空管段的平均壓力9.9 MPa，平均溫度30℃來計(jì)算，可以減少放空量約16 794 m3（標(biāo)氣），根據(jù)公司數(shù)據(jù)天然氣平均氣價約為1.33元/m3，節(jié)約費(fèi)用約為22336元。

3.3 場站分輸支線停用電加熱器

1）某2座輸氣站場分輸支線每年在天氣溫度漸暖時（3—11月）停用電加熱器，分輸支線使用防爆電加熱器的功率為30 kW，每天平均運(yùn)行時間為18 h，一天產(chǎn)生電量540 kWh，停用加熱器期間共計(jì)節(jié)省電量259 200 kWh。

2）某輸氣站場分輸支線每年在4—10月期間停用電加熱器，使用防爆電加熱器的功率為250 kWh，每天平均運(yùn)行時間為24 h，1天產(chǎn)生電量6000kW，停用加熱器期間共計(jì)節(jié)省電量1260000kW。

平均電價按照0.7元/kWh計(jì)算，輸氣站全年共計(jì)節(jié)省電費(fèi)約106.344萬元。

4 結(jié)論及推廣價值

1）在管道安全運(yùn)行工況下，合理匹配機(jī)組組合方式，優(yōu)化運(yùn)行模式，減少管道運(yùn)輸損失，提高機(jī)組設(shè)備效率，降低系統(tǒng)能耗損失。

2）對于電、氣、水等生活能源的合理改善與運(yùn)用，減少不必要的能源消耗。

3）在油氣運(yùn)輸過程中，管道運(yùn)輸有其獨(dú)特的優(yōu)勢平穩(wěn)、不間斷輸送，滿足國民經(jīng)濟(jì)需要；實(shí)現(xiàn)了安全運(yùn)輸，管道在地下密閉輸送，具有極高的安全性；保質(zhì)，管道在密閉狀態(tài)下運(yùn)輸，油品不揮發(fā)，質(zhì)量不受影響；經(jīng)濟(jì)，管道運(yùn)輸損耗少、運(yùn)費(fèi)低、占地少、污染低。