熱輸原油管道能耗設(shè)備研究

錢國梁

摘要：輸油泵和加熱爐是熱輸原油管道的主要能耗設(shè)備，本文通過對輸油泵和加熱爐現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析找出能耗主因，進一步提出節(jié)能的措施與方案。

關(guān)鍵詞：熱輸原油管道;能耗;輸油泵;加熱爐;節(jié)能

1.現(xiàn)狀

熱輸原油管道輸油能耗是管道運行的主要成本，因此節(jié)能降耗的是降低管輸成本的重要途徑。熱輸管道的主要能耗設(shè)備為輸油泵和加熱爐，輸油泵提供壓力、加熱爐提供溫度，面對日益嚴峻的節(jié)能約束指標(biāo)壓力和石油安全問題[2]，迫切需要提高節(jié)能降耗水平，可以通過降低主要能耗設(shè)備的能效達到了節(jié)能目的。

2.方法和原理

本文對某管輸公司一定數(shù)量的輸油泵和加熱爐的監(jiān)測結(jié)果進行匯總并分析影響輸油站能效的主要因素，提出提高輸油站主要耗能設(shè)備能源利用率的方法。

現(xiàn)場測試的主要依據(jù)《泵類液體輸送系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測》[1]等標(biāo)準規(guī)范，對輸油泵的電機負載率、輸油泵效率和輸油泵機組整體效率三項指標(biāo)進行監(jiān)測;加熱爐監(jiān)測依據(jù)《加熱爐熱工測定》[2]，對加熱爐的熱效率、排煙溫度、空氣系數(shù)三項指標(biāo)測試。

現(xiàn)場測試使用的主要儀器儀表包括，超聲波流量計，電力品質(zhì)分析儀，煙氣分析儀和精密壓力表等，以及現(xiàn)場監(jiān)控儀表SCADA系統(tǒng)。

3.問題與分析

3.1輸油泵機組

經(jīng)對一定數(shù)量的輸油泵機組測試，電機負載率平均為78%，輸油泵效率平均為72%，輸油泵機組整體效率平均為67%，。從測試數(shù)據(jù)上分析影響輸油泵能效的因素主要有，管輸流量、輸油泵設(shè)計效率、管輸介質(zhì)的粘度和密度等。

1）管輸流量過低或過高，使輸油泵未進入或偏離高效區(qū)運行。例如某輸油泵實際流量達到額定流量的126%，偏離高效區(qū)運行;某站輸油泵實際流量為額定流量的58%，未在高效區(qū)運行。此外同一管線上相同流量下，3座輸油站的輸油泵組的流量分別為額定流量的110%、56%和54%，使得各站輸油泵性能不匹配導(dǎo)致輸油泵實際效率較低。

2）輸送介質(zhì)粘度較大也影響輸油泵效率，例如某管道所輸送的國產(chǎn)原油粘度較大，在介質(zhì)溫度為45℃時，介質(zhì)的粘度為280 mPa.s，同一溫度下的進口原油粘度不到17 mPa.s，輸送高粘原油沿線各站輸油泵效率較低。

3）輸油泵和電機不匹配。部分電機負載率未達到70%，負載率偏低，主要原因是輸油泵運行流量偏低，其次是輸油泵配置的電機功率過大。例如某站輸油泵實際流量為額定流量的114%，電機負載率僅為53.8%，某站輸油泵實際流量為額定流量的121%，電機負載率僅為53.1%。

4）截流損失。某條管道的4臺輸油泵截流損失分別為1.3MPa、1.4MPa、1.7MPa和1.5MPa。采用改變管路特性曲線的方式進行調(diào)節(jié)，主要采用關(guān)小輸油泵出口閥門、出站調(diào)節(jié)閥、在輸油泵進出管道上設(shè)置回流管線等方式。

3.2 加熱爐

測試的加熱爐均為直接式加熱爐，直接式加熱爐是指直接使原油進入加熱爐管內(nèi)吸收爐膛里的熱量，該型號加熱爐的熱損失主要包括：排煙熱損失占總供給能量的15%～25%，散熱損失占5%～8%和不完全燃燒損失占1%～2%[3]。測試的加熱爐平均熱效率為83%，其中燃油加熱爐額定負荷均為5000kW或者8000kW，額定熱效率均在90%左右;燃氣加熱爐額定熱負荷均在2000-3000kW之間，額定熱效率在85%～90%之間。

1）排煙處空氣系數(shù)超標(biāo)較多。部分加熱爐空氣系數(shù)超標(biāo)，空氣系數(shù)最高的達到3.9?？諝庀禂?shù)偏高導(dǎo)致排煙熱損失增大，加熱爐熱效率下降。在加熱爐運行過程中根據(jù)運行負荷及時調(diào)整煙道擋板和進風(fēng)量，及時調(diào)整空氣系數(shù)是十分必要的。

2）排煙溫度過高。所測試的加熱爐平均排煙溫度為176℃，燃油加熱爐平均排煙溫度為213℃，排煙溫度最高的達到304℃;燃氣加熱爐平均排煙溫度為139℃，最高燃氣加熱爐排煙溫度為212℃，燃氣加熱爐的排煙溫度遠低于燃油加熱爐。通常爐內(nèi)積灰和進風(fēng)量過大或漏風(fēng)所引起的輻射室內(nèi)煙氣溫度下降傳熱溫差降低是排煙溫度偏高的主要原因。

4.措施與建議

4.1輸油泵節(jié)能措施

1）調(diào)節(jié)輸量。在安全條件允許的情況下合理調(diào)度優(yōu)化運行方式盡量采用較大輸量的集中輸送，盡量使輸油泵在接近額定效率的高效區(qū)運行。

2）對于存在比較嚴重截流損失的管線，應(yīng)采取優(yōu)化組合的運行方式或增加調(diào)速裝置如變頻調(diào)速電機。根據(jù)比例定律，泵轉(zhuǎn)速改變，泵的Q-H曲線沿管路特性曲線移動，使泵一直處于高效區(qū)運行，目前最經(jīng)濟、泵工作強度也最小的調(diào)節(jié)方法，比起節(jié)流方法，如控制閥門開度和旁路調(diào)節(jié)，可以有效降低耗能50%甚至更多[4]。調(diào)速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)少消耗功率，調(diào)速調(diào)節(jié)少消耗的功率一是節(jié)省了閥門節(jié)流損失的功率;二是泵在高效區(qū)運行少消耗的功率。調(diào)速調(diào)節(jié)這種方法即提高了泵的運行效率，又增大了管網(wǎng)效率，因此它是離心泵節(jié)能的一個有效措施。

還可以降低輸油泵房的噪聲。除此之外還可以采用車削葉輪、拆級的方法來實現(xiàn)大范圍的流量調(diào)節(jié)，實現(xiàn)階梯輸送，達到減少節(jié)流損失的目的。

4.2加熱爐節(jié)能措施

1）燃氣加熱爐的主要問題是空氣系數(shù)較高，導(dǎo)致排煙熱損失增大，加熱爐熱效率下降。應(yīng)根據(jù)運行負荷及時調(diào)節(jié)煙道擋板，調(diào)節(jié)進氣比例，控制進風(fēng)量，加強看火孔、防爆門和人孔等的孔門的氣密性維護，加強結(jié)構(gòu)縫隙、爐體穿墻套管的氣密性維護，加強爐襯的維護，防止漏氣，以控制過剩空氣系數(shù)。綜合實際測試結(jié)果分析，空氣系數(shù)在1.50-2.00之間加熱爐會有比較理想的熱效率。

2）排煙溫度是影響加熱爐熱效率的重要指標(biāo)。燃油加熱爐排煙溫度普遍偏高，對于燃油加熱爐建議定期清灰，根據(jù)負荷適當(dāng)調(diào)節(jié)煙道擋板的開度定期清灰，保證受熱面清潔，預(yù)熱助燃空氣，減少排煙熱損失，降低排煙溫度;此外改變排煙結(jié)構(gòu)，如采用增加對流爐管、在加熱爐尾部設(shè)置空氣預(yù)熱器、增設(shè)其它余熱回收裝置等方式;燃氣加熱爐在控制排煙溫度的同時防止露點腐蝕。對于燃油加熱爐排煙溫度控制在170-200℃內(nèi)會有較高的熱效率。

3）煙氣余熱回收，減少排煙熱損失?？赏ㄟ^加裝余熱回收的換熱裝置提高效率[5]，比如采用煙氣預(yù)熱助燃空氣的措施，如果將空氣預(yù)熱到150°C，效率將提高7.5%，預(yù)熱到250°C，效率將提高12%[6];以及采用先進的耐火纖維噴涂技術(shù)。

5.結(jié)論

通過對測試的數(shù)據(jù)分析，反映出熱輸原油管道的輸油泵和加熱爐實際運行情況以及在能效方面存在的問題，為熱輸原油管道實際運行提供了重要的數(shù)據(jù)支持，對開展節(jié)能降耗工作提供重要的參考和便利。

參考文獻：

[1] 國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 16666—2012 泵類及液體輸送系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測方法[S].2012.

[2] 國家發(fā)展與改革委員會.SY/T 6381—2008 加熱爐熱工測定[S].北京：石油工業(yè)出版社，2008.

[3] 王東兵，王晶晶.GW5000-Y/6.4-Y2型加熱爐的節(jié)能技術(shù)[J].油氣儲運.2008.27（10）：56-58

[4] 張玉臻.泵裝置調(diào)節(jié)與節(jié)能分析[J].排灌機械，1995，（01）：18～22.

[5]劉斌.淺談燃油燃氣鍋爐的熱效率提高的途徑及措施[J].科協(xié)論壇（下半月），2008（06）：66-67

[6] 張威，方輝.管式加熱爐節(jié)能綜述[J].油氣田地面工程，2002.21（6）：105