基于用能單元的輸氣站場(chǎng)能耗指標(biāo)建立及應(yīng)用

伍奕 張杰 高繼江（西部管道科技信息服務(wù)中心）

輸氣站場(chǎng)是輸氣管道系統(tǒng)的能量補(bǔ)給單元，該單元的能耗也是輸氣管道的主要能耗，對(duì)站場(chǎng)進(jìn)行能耗重點(diǎn)監(jiān)測(cè)和指標(biāo)分析具有重要意義[1]。但在以往站場(chǎng)能耗管理中，各家企業(yè)都集中開展對(duì)關(guān)鍵設(shè)備——壓縮機(jī)組的能耗監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，對(duì)于其他能耗較少關(guān)注。因此，為實(shí)現(xiàn)油氣管道的精細(xì)化管理，有必要開展站場(chǎng)能耗指標(biāo)的研究工作，探索建立合理、先進(jìn)的站場(chǎng)能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)，為客觀評(píng)價(jià)輸氣站場(chǎng)用能水平和節(jié)能工作提供依據(jù)。

1 輸氣站場(chǎng)能耗影響因素

輸氣站場(chǎng)運(yùn)行過程中的能耗可以分為直接生產(chǎn)能耗、輔助生產(chǎn)能耗、生活能耗等部分（圖1）。直接生產(chǎn)能耗為站場(chǎng)壓縮機(jī)組等直接作用于管道輸送天然氣的重要設(shè)備系統(tǒng)消耗的能量；輔助生產(chǎn)能耗是為了確保關(guān)鍵生產(chǎn)過程運(yùn)行而必須開啟的配套生產(chǎn)系統(tǒng)消耗的能量，包括各分輸站、計(jì)量站、清管站和閥室等消耗的能量；生活能耗是輸氣站場(chǎng)員工生活、辦公消耗的能源，包括生活照明、采暖等。輸氣站場(chǎng)運(yùn)行過程中，站場(chǎng)能耗主要為直接生產(chǎn)能耗，其約占其站場(chǎng)總能耗的90%以上，其受站場(chǎng)輸氣量、管輸天然氣在站場(chǎng)進(jìn)出站壓力、溫度以及壓縮機(jī)組效率等影響[2]。劉冰認(rèn)為，在其他因素不變時(shí)，輸氣管道能耗與管道輸量、管道壓力呈線性正相關(guān)[3]。實(shí)際生產(chǎn)中，管道系統(tǒng)、輸氣站場(chǎng)能耗變化是多個(gè)因素綜合作用的結(jié)果，單一的指標(biāo)不能全面、準(zhǔn)確地描述其變化規(guī)律（圖2）。

圖1 輸氣站場(chǎng)用能示意圖

2 輸氣站場(chǎng)能耗評(píng)價(jià)

輸氣站場(chǎng)能耗評(píng)價(jià)分為站場(chǎng)整體和站內(nèi)單體單元兩個(gè)層次，其中站場(chǎng)整體評(píng)價(jià)指標(biāo)反映站場(chǎng)總體能源利用狀況，站內(nèi)單體單元能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)表征本單元能源利用狀況，反映站場(chǎng)能源利用細(xì)節(jié)。

2.1 站場(chǎng)能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1.1 輸氣站場(chǎng)能源利用率

根據(jù)《天然氣輸送管道系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法》[4]，輸氣站能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)為站場(chǎng)能源利用率，即站場(chǎng)提供給管輸天然氣的有效能量與站場(chǎng)總耗能的比值。

式中：ηz——壓氣站能源利用率，%；

HEz——壓氣站有效輸出功率，kW；

Bzs——壓氣站燃料氣消耗量，m3/h；

Qnet·ar——天然氣收到基低位發(fā)熱量，kJ/m3(0 ℃，101.325 kPa)；

Wsc——壓氣站耗電量，kWh；

R1——電能折算系數(shù)，kJ/kWh。

圖2 輸氣站能耗與站場(chǎng)輸氣量、進(jìn)出口壓差的關(guān)系

2.1.2 站場(chǎng)有效功率

輸氣管道投產(chǎn)運(yùn)行后，其站內(nèi)、管線相對(duì)比較穩(wěn)定，此時(shí)將輸氣站作為整體裝置，參照泵等流體設(shè)備有效功率的概念，結(jié)合圖3分析結(jié)果，建立站場(chǎng)有效功率的概念，相對(duì)于站場(chǎng)能源利用率，該指標(biāo)直觀反映了站場(chǎng)耗能量。

圖3描述了站場(chǎng)能耗與輸氣量、壓差乘積間的關(guān)系。對(duì)照單一參數(shù)對(duì)能耗的影響（圖2），站場(chǎng)有效功率與站場(chǎng)能耗的關(guān)系顯著高于單一因素，即輸氣站輸量與站場(chǎng)進(jìn)出口壓差的乘積更有利于表達(dá)站場(chǎng)能耗狀況。

圖3 輸氣站能耗與站場(chǎng)有效功率關(guān)系

2.2 壓縮機(jī)組能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)

壓縮機(jī)組是輸氣站場(chǎng)的主要耗能設(shè)備，其運(yùn)行能耗約占輸氣站場(chǎng)能耗的90%以上，根據(jù)《天然氣輸送管道系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法》規(guī)定，其能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)為機(jī)組效率。

1）燃?xì)怛?qū)動(dòng)壓縮機(jī)機(jī)組效率可由下式求得：

式中：ηrjz——燃?xì)怛?qū)動(dòng)壓縮機(jī)機(jī)組效率，%；

HEi——第i級(jí)/段壓縮機(jī)有效功率，kJ/h；

Br——燃?xì)怛?qū)動(dòng)壓縮機(jī)燃料氣消耗量，m3/h；

Qnet·var——天然氣收到基低位發(fā)熱量，kJ/m3。

2）電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)機(jī)組效率可由下式求得：

式中：ηdjz——電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)機(jī)組效率，%；

HEi——第i級(jí)/段壓縮機(jī)有效功率，kJ/h；

Pd——電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)輸入功率，kW。

2.3 其他設(shè)備能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)

輸氣站內(nèi)用能設(shè)備種類、型號(hào)差異較大，而且設(shè)備能耗影響因素、特點(diǎn)也有很大差異（表1）。

表1 設(shè)備能耗定額類型劃分及特點(diǎn)分析

表2 某站場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)

因此，輸氣站其他設(shè)備能耗評(píng)價(jià)探索建立各自的能耗定額，形成輸氣站場(chǎng)能耗定額體系。能耗數(shù)據(jù)采集以統(tǒng)計(jì)分析法為主、實(shí)測(cè)法補(bǔ)充的策略建立能耗定額標(biāo)準(zhǔn)。在定額建立過程中，要根據(jù)能耗計(jì)量器具的配置情況，合理劃分用能定額單元[5-6]。

3 方法應(yīng)用

3.1 站場(chǎng)指標(biāo)建立

按照已建立的方法和步驟，選擇西部某輸氣站場(chǎng)建立站場(chǎng)能耗指標(biāo)。該站場(chǎng)配置壓縮機(jī)組為燃驅(qū)機(jī)組。站場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)見表2。

表3描述了測(cè)試、分析的某輸氣站場(chǎng)各層級(jí)的能耗狀況。由于站場(chǎng)能源計(jì)量設(shè)備安裝條件限制，非關(guān)鍵設(shè)備能耗定額是以安裝能源計(jì)量設(shè)備的最小單元為基礎(chǔ)建立的，該指標(biāo)中包含了設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部的能量損耗和轉(zhuǎn)化為有效功率的能量。由表3可知，按照輸氣站場(chǎng)整體和各用能單元進(jìn)行能耗指標(biāo)建立是可行的，使用能耗定額是非關(guān)鍵設(shè)備單元能效評(píng)價(jià)的有效方法。

表3 輸氣站能耗指標(biāo)結(jié)果

3.2 站場(chǎng)能耗比較

選擇某站場(chǎng)燃料氣加熱器、站場(chǎng)照明兩個(gè)用能單元進(jìn)行能耗定額使用效果比較，相關(guān)計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 定額建立前后站場(chǎng)輸氣關(guān)鍵設(shè)備能耗比較

由表4可知，輸氣站場(chǎng)輔助能耗定額的建立，有助于輸氣站場(chǎng)能耗的管控，可以作為基層站場(chǎng)節(jié)能工作考核、同類型站場(chǎng)間能效對(duì)標(biāo)的指標(biāo)。

4 結(jié)論

1）提出的能耗指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)均可測(cè)量獲得，指標(biāo)實(shí)用性、可操作性強(qiáng)，有助于輸氣站場(chǎng)能耗精細(xì)化管理。

2）不同用能單元的能耗指標(biāo)類型不同，建立的方法也存在差異，指標(biāo)建立要與其生產(chǎn)工藝特點(diǎn)相結(jié)合。

3）隨著輸氣站場(chǎng)能源計(jì)量器具配置的逐步完善，用能單元的劃分也需進(jìn)一步細(xì)化，以實(shí)現(xiàn)能耗指標(biāo)體系的全覆蓋。

4）該方法也可用于輸油站場(chǎng)、油庫等油氣儲(chǔ)運(yùn)場(chǎng)所能耗指標(biāo)的建立。