成品油長輸管道工程設(shè)計(jì)節(jié)能分析

張長青

中國航空油料有限責(zé)任公司華東分公司

關(guān)鍵字：成品油；長輸管道；節(jié)能

成品油的運(yùn)輸方式主要有4種：水路、公路、鐵路和管道輸送。相比前面3種，管道輸送有以下優(yōu)越性：

（1）管道大部分敷設(shè)在地下，采用密閉輸送，受外界影響較小，易于實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定運(yùn)行，且有利于環(huán)境和生態(tài)保護(hù)，相對(duì)而言其安全性高。

（2）管道輸送系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高，運(yùn)輸量大，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，其運(yùn)輸成本低，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

基于上述的優(yōu)越性，管道輸送已成為成品油最主要的運(yùn)輸方式之一，但是長輸管道在輸送成品油時(shí)帶來的能耗卻不容忽視。在國家提倡可持續(xù)發(fā)展的大背景下，降低成本和能耗，提高能源利用率，已成為管道輸油企業(yè)關(guān)注的重中之重[1]。本文從工藝及設(shè)備角度分析了成品油長輸管道的能耗情況，并提出了成品油長輸管道工程設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施。

1 輸油工藝節(jié)能分析

1.1 輸送方式

成品油管道輸送方式有旁接輸送和密閉輸送兩種[2]。

（1）旁接輸送是各中間泵站都有旁接罐與輸油泵進(jìn)口管線相連。旁接罐起調(diào)節(jié)緩沖作用，而且與大氣接觸，使各中間泵站的進(jìn)站壓力都接近旁接罐液位高度，如圖1所示。旁接輸送由于不能充分利用進(jìn)站余壓，動(dòng)能消耗高，各油品損耗大。

圖1 旁接輸送

（2）密閉輸送是成品油從首站經(jīng)各中間泵站直接到末站。整個(gè)輸送系統(tǒng)處于密閉狀態(tài)，各中間泵站的進(jìn)站、出站壓力可能不同，如圖2所示。

圖2 密閉輸送

成品油長輸管道工程設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能采用密閉輸送的方式，可充分利用進(jìn)站的余壓，降低動(dòng)能消耗，減小各油品損耗。

1.2 輸送順序

成品油的輸送順序非常關(guān)鍵，其直接影響到混油量的多少，進(jìn)而影響到各油品的質(zhì)量。一般來說相鄰兩種油品的性質(zhì)越接近，允許互相摻混的濃度越大，其混油越易處理，通?？梢灾苯訐交熘粮鱾€(gè)油品中[3]。

成品油長輸管道工程設(shè)計(jì)中輸送順序的確定應(yīng)以混油界面少和混油量少為原則，即把性質(zhì)相近、允許互相摻混濃度大的油品相鄰排序。如汽油、煤油和柴油3大類成品油，因?yàn)槠?、煤油性質(zhì)相近，而煤油、柴油性質(zhì)相近，因此三者通常排序?yàn)椋浩汀河汀裼汀河汀?。工程設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮同種油品不同牌號(hào)的輸送量，對(duì)輸送量小的牌號(hào)，可不與輸送量大的牌號(hào)同時(shí)輸送，以盡量減少混油量并降低混油的處理費(fèi)用。

1.3 輸送批次

為減少混油量，成品油在順序輸送過程中，將根據(jù)所輸送油品的性質(zhì)相近程度確定輸送順序。按輸送順序完成的一個(gè)循環(huán)所需的時(shí)間稱為循環(huán)周期，一年內(nèi)完成的循環(huán)周期數(shù)稱為輸送批次。如果輸送批次過小，會(huì)使各站所需的各油品罐容、混油罐容過大，導(dǎo)致罐容投資費(fèi)用過大；而輸送批次過大，會(huì)使各油品的循環(huán)周期變短，導(dǎo)致混油的處理時(shí)間變短，由此增加了混油處理的難度。

成品油長輸管道工程設(shè)計(jì)中輸送批次的確定應(yīng)兼顧現(xiàn)場建設(shè)條件和混油處理難度。根據(jù)各油品的質(zhì)量，確保在末站的混油能夠完全摻混的前提下，確定一個(gè)最大輸送批次。對(duì)成品油長輸管道改造工程，若受現(xiàn)場建設(shè)條件的限制，不能新建罐容，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有罐容，確定一個(gè)最小輸送批次；而對(duì)新建工程，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場建設(shè)條件，確定一個(gè)最小輸油批次，避免使新建罐容無限大。同時(shí)需對(duì)輸送批次范圍進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，需考慮方便操作和安全輸送等因素，最終確定最優(yōu)的輸送批次。

1.4 混油檢測及切割

成品油順序輸送時(shí)，準(zhǔn)確地跟蹤和切割混油界面所在的位置。檢測混油濃度的變化和混油量的大小，是保證油品質(zhì)量的關(guān)鍵。成品油長輸管道工程設(shè)計(jì)中一般采用密度檢測計(jì)和光學(xué)監(jiān)測儀相結(jié)合的方式。

（1）對(duì)密度差大的油品，在其混油段內(nèi)，混油的密度從一種油品的密度漸變到另一種油品的密度，采用密度檢測計(jì)檢測混油密度變化以確定混油界面；

（2）對(duì)密度相近的油品，在其混油段內(nèi)，混油密度變化不大，密度檢測計(jì)并不能有效地檢測其混油界面，此時(shí)可采用光學(xué)監(jiān)測儀，進(jìn)行混油界面跟蹤檢測。

成品油順序輸送時(shí)油品的切割必須以油品質(zhì)量為前提，保證混油摻混至某一種油品時(shí)，該油品仍在其質(zhì)量潛力所允許的范圍內(nèi)。成品油長輸管道工程設(shè)計(jì)中一般采用兩段隔離方案，即設(shè)置快速隔離閥，通過自動(dòng)控制裝置，按照密度檢測計(jì)或光學(xué)監(jiān)測儀確定的混油界面位置對(duì)混油進(jìn)行隔離，并根據(jù)質(zhì)量潛力將混油分成前、后兩段，混油前段和后段分別進(jìn)入各自混油罐中。

1.5 混油處理

混油經(jīng)切割后，分別進(jìn)入各自混油罐中。混油如處理不及時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混油罐容不足，同時(shí)會(huì)增加混油后的處理難度和費(fèi)用。因此，快速合理地處理混油罐中的混油可降低因處理混油而造成的經(jīng)濟(jì)損失。

常用的混油處理方法有3種：

（1）在末站設(shè)置混油處理裝置，對(duì)混油進(jìn)行常壓分餾，將其分餾成各油品餾份后，分別作為產(chǎn)品送至各油品的儲(chǔ)罐中；

（2）將混油運(yùn)至末站附近煉油廠進(jìn)行處理；（3）在保證油品質(zhì)量的前提下，根據(jù)質(zhì)量潛力隔離混油，并摻混至各油品儲(chǔ)罐中。

方法一：在末站設(shè)置混油處理裝置。此方法建設(shè)成本高，且不便運(yùn)行與維護(hù)；

方法二：將混油運(yùn)至末站附近煉油廠進(jìn)行處理。此方法僅適用于混油量大、末站靠近煉油廠的情況；混油量小或末站遠(yuǎn)離煉油廠都會(huì)使運(yùn)輸和處理成本增大。因此，成品油長輸管道工程設(shè)計(jì)中一般不采用此方法。

方法三：在保證油品質(zhì)量的前提下，根據(jù)質(zhì)量潛力隔離混油，并摻混至各油品儲(chǔ)罐中。工程設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮混油貶值問題，即在保證油品質(zhì)量的前提下，盡可能將混油切入價(jià)格高的油品中，最大限度減少混油的貶值損失。

2 輸油設(shè)備節(jié)能分析

成品油長輸管道的主要能耗類型是電，相對(duì)而言，電耗占比最大的設(shè)備是輸油泵。成品油長輸管道將成品油從首站輸送至末站，需要克服地形高程差和管道沿程阻力損失，所需壓力由輸油泵提供。由于離心泵具有流量大、揚(yáng)程高、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在長輸管道中大多采用離心泵作為輸油泵。

離心泵的能量損失主要包括以下三個(gè)方面：

（1）壓力損失。是指葉輪傳給液體的能量中沒有變成壓力能的部分能量，主要是沿程摩阻損失；

（2）容積損失。主要是由于泵的泄漏，導(dǎo)致泵的出口流量小于進(jìn)口流量；

（3）機(jī)械損失。是指葉輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體與葉輪表面、泵的其它零件之間產(chǎn)生的摩擦損失。

針對(duì)上述可能產(chǎn)生的能量損失情況，為提高輸油泵效率，成品油長輸管道工程設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)輸油泵進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要節(jié)能措施有：

（1）合理選用輸油泵技術(shù)參數(shù)

在選用輸油泵技術(shù)參數(shù)時(shí)，如果余量過大，將導(dǎo)致高效輸油泵低效運(yùn)行或高效變頻調(diào)速方式不能發(fā)揮其高效率，是造成輸油泵能源浪費(fèi)的主要原因。因此，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)泵的出力精確計(jì)算，選用合適的技術(shù)參數(shù)，使輸油泵的運(yùn)行效率在高效區(qū)域，避免能源浪費(fèi)。

（2）采用高效輸油泵

對(duì)成品油長輸管道改造工程，應(yīng)及時(shí)更新?lián)Q代，改造或更換效率低、能耗大的輸油泵；而對(duì)新建工程，應(yīng)從長遠(yuǎn)考慮，直接選用新型高效輸油泵。從設(shè)備選型和技術(shù)設(shè)計(jì)上降低能耗，達(dá)到有效的節(jié)能目標(biāo)。

（3）合理調(diào)節(jié)輸油泵流量

為了應(yīng)對(duì)成品油輸送量的變化，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮合適的輸油泵流量調(diào)節(jié)方式，常規(guī)設(shè)計(jì)在輸油泵出口設(shè)置調(diào)節(jié)閥，通過閥門開度調(diào)節(jié)流量。當(dāng)成品油輸送量經(jīng)常波動(dòng)或波動(dòng)較大，采用調(diào)節(jié)閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)會(huì)造成能耗浪費(fèi)，此時(shí)擬把節(jié)流調(diào)節(jié)改為變速調(diào)節(jié)，或直接采用變頻調(diào)速輸油泵，節(jié)能效果將更顯著。

3 結(jié)論

管道輸送因其環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)越性，已成為成品油最主要的運(yùn)輸方式。但是長輸管道在輸送成品油時(shí)帶來的能耗卻不容忽視。

成品油長輸管道工程設(shè)計(jì)中應(yīng)從工藝及設(shè)備角度出發(fā)，首先通過優(yōu)化輸油工藝設(shè)計(jì)，選用合理的輸送方式、輸油順序及輸油批次，準(zhǔn)確檢測并隔離混油，以降低混油的處理成本；其次是合理選用輸油設(shè)備，尤其是輸油泵，以降低能耗，提高能源利用率，達(dá)到節(jié)能的目的。