原油流量計(jì)檢定系統(tǒng)節(jié)能改造的技術(shù)研究

汪斌（中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院）

流量是石油化工行業(yè)中主要的計(jì)量參數(shù)，流量計(jì)的準(zhǔn)確與否直接影響企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)[1]。在管道原油輸送過(guò)程中，通常采用體積管對(duì)原油流量計(jì)進(jìn)行實(shí)液在線計(jì)量檢定，即檢定流量計(jì)使用的體積管與流量計(jì)一同安裝在管道中，檢定時(shí)將計(jì)量流程切換到檢定流程即可，使得流量計(jì)在正常的溫度、壓力條件下實(shí)液檢定，確保了檢定條件與使用條件基本保持一致。然而檢定系統(tǒng)維護(hù)成本的逐年上漲致使企業(yè)必須對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能改造進(jìn)行分析和研究，提出可行的改造方案[2]。

1 系統(tǒng)組成

油氣水計(jì)量檢定站原油流量計(jì)檢定加熱系統(tǒng)見(jiàn)圖1，主要由熱源（鍋爐房）、輸送管網(wǎng)、儲(chǔ)油罐和生產(chǎn)車間組成。其中，熱源的主要功能是由鍋爐產(chǎn)生的蒸汽為儲(chǔ)油罐內(nèi)的原油、工作車間（檢定間、體積管間、泵房）室內(nèi)加熱。

圖1 油氣水計(jì)量檢定站原油流量計(jì)檢定加熱系統(tǒng)Fig.1 Verification and heating system of crude oil flowmeter verification system

1.1 熱源

熱源由2臺(tái)蒸汽鍋爐組成，1用1備，鍋爐基本情況見(jiàn)表1。

表1 鍋爐基本情況Tab.1 Boiler basic information

WNS2-0.7-Q鍋爐基本參數(shù)：額定蒸發(fā)量2 t/h（1.4 MW）；工作壓力0.7 MPa；飽和蒸汽溫度170.4℃；設(shè)計(jì)效率90.5%；燃料為天然氣。

配套TBG 150P百德燃燒器參數(shù)：燃燒效率大于99%；最大熱功率1 500 kW；最小熱功率300 kW。

1.2 蒸汽管網(wǎng)

1）主 管 網(wǎng) 參 數(shù)。長(zhǎng) 度262.86 m；管 徑?108×6.5 mm；保溫材料為巖棉；保溫材料厚度約5 cm。

2）分 支 管 網(wǎng) 參 數(shù)。長(zhǎng) 度343.61 m；管徑Φ 57×3.5 mm；保溫材料為巖棉；保溫材料厚度約5 cm。

1.3 儲(chǔ)油罐

單體設(shè)有2座500 m3的油罐，用一備一，作為檢定、標(biāo)定原油儲(chǔ)罐；該罐內(nèi)徑8.987 m，外徑8.992 m，高度8.81 m，選用巖棉做為保溫材料，罐內(nèi)有蒸汽盤(pán)管對(duì)原油加熱[3]。

1.4 泵房

1）建筑參數(shù)。建筑面積407.17 m2（長(zhǎng)×寬×高：43.36 m×9.50 m×5.00 m）；結(jié)構(gòu)形式為磚混（墻厚500 mm）；頂棚結(jié)構(gòu)為雙T板（頂棚厚：360 mm，珍珠巖保溫，保溫層厚100 mm）；建筑年份為1985年；塑鋼窗面積為91.16 m2，門(mén)面積為19.55 m2；設(shè)計(jì)溫度為40℃，供熱方式為蒸汽供熱；設(shè)計(jì)負(fù)荷為97.02 kW。

2）主要設(shè)備。泵房常用設(shè)備為輸油泵，共8臺(tái)，輸油泵基本情況見(jiàn)表2。

表2 輸油泵基本情況Tab.2 Basic information of oil pump

1.5 檢定間

1）建筑參數(shù)。建筑面積673 m2；結(jié)構(gòu)形式為磚混（墻厚370 mm）；頂棚結(jié)構(gòu)為鋼屋架+槽形板；建筑年份為1985年；塑鋼窗面積為253.80 m2；門(mén)面積為11.88 m2；設(shè)計(jì)溫度為40℃；供熱方式為蒸汽供熱；設(shè)計(jì)負(fù)荷為166.69 kW。

2）主要設(shè)備。檢定間有12個(gè)不同口徑的臺(tái)位能適應(yīng)不同型號(hào)的腰輪、齒輪、渦輪流量計(jì)的標(biāo)定，檢定間儀表臺(tái)位情況見(jiàn)表3。

表3 檢定間儀表臺(tái)位情況Tab.3 Instrument panel in verification room

1.6 體積管間

1）建筑參數(shù)。建筑面積為548 m2；結(jié)構(gòu)形式為磚混；頂棚結(jié)構(gòu)為雙T板；建筑年份為1985年；塑鋼窗面積為89.46 m2；門(mén)面積為7.80 m2；設(shè)計(jì)溫度為40℃；供熱方式為蒸汽供熱；設(shè)計(jì)負(fù)荷為134.28 kW。

2）主要設(shè)備。體積管間主要設(shè)備為3套體積管，體積管基本情況見(jiàn)表4。體積管的其它參數(shù)為環(huán)境溫度10～40℃；工作介質(zhì)溫度15～85℃；工作壓力2.5 MPa；準(zhǔn)確度0.05%。

表4 體積管基本情況Tab.4 Volume tube basic information

1.7 油管線

油管線的大部分管線架空地面，室外管線采用蒸汽伴熱，并用巖棉進(jìn)行保溫，油管線基本情況見(jiàn)表5。

表5 油管線基本情況Tab.5 Basic oil line information table

1.8 維修間

維修間后安裝了2組暖氣片，接出蒸汽放空接頭，不定期清洗需修理的原油流量計(jì)。

2 運(yùn)行情況

2.1 鍋爐房

1）人員費(fèi)用。鍋爐班現(xiàn)有員工9人，男員工3人，女員工6人，2021年總?cè)斯べM(fèi)用約153萬(wàn)元左右。

2）運(yùn)行費(fèi)用。運(yùn)行費(fèi)用主要包括鍋爐維護(hù)費(fèi)、檢測(cè)費(fèi)、水費(fèi)、電費(fèi)及天然氣費(fèi)用，2021年費(fèi)用143.67萬(wàn)元，2021年鍋爐房運(yùn)行費(fèi)用見(jiàn)表6，近年鍋爐房天然氣使用情況見(jiàn)表7。

表6 2021年鍋爐房運(yùn)行費(fèi)用Tab.6 Boiler room operating expenses for 2021

表7 近年鍋爐房天然氣使用情況Tab.7 Natural gas use in boiler room in recent years m3

3）鍋爐運(yùn)行。人員工作制采用3班3倒，3人值守；2021年鍋爐全年運(yùn)行時(shí)間271 d，累計(jì)6 504 h；鍋爐在冬季24 h連續(xù)運(yùn)行[4]，在夏季，每天運(yùn)行時(shí)間6 h（周六、周日停爐）；鍋爐出力采用人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，2021年冬季最大負(fù)荷率60%（990 kW）左右，夏季最小負(fù)荷率40%（600 kW）左右[5]。

2.2 原油流量計(jì)檢定

1）人員情況。目前，原油流量檢定維修室共有15人，其中檢定崗9人、維修崗位6人，2021年總?cè)斯べM(fèi)用約173.7萬(wàn)元。

2）檢定維修情況。2021年檢定流量計(jì)合計(jì)1 153臺(tái)，維修流量計(jì)717臺(tái)，總收入1 515萬(wàn)元（其中檢定收入427.3萬(wàn)元、維修收入1 087.7萬(wàn)元）。

2.3 近年供熱系統(tǒng)維修情況

2016年泵房應(yīng)急維修；2016年拌熱系統(tǒng)改造；2017年主蒸汽管線維修；2017年車間屋頂防水維修；2018年200 mm體積管下球彎管安裝電加熱裝置；2019年更換泵房至檢定間來(lái)油管線的蒸汽伴熱管線[6]。

3 測(cè)試數(shù)據(jù)

2021年5月29 日—31日對(duì)在用鍋爐及供熱系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)[7]：

依據(jù)《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB/T 31453—2015）標(biāo)準(zhǔn)：鍋爐型號(hào)WNS2-0.7-Q；鍋爐容量2.0 t/h（1.4 MW）；反平衡效率85.63%，合 格（≥80.0%）；過(guò) 剩 空 氣 系 數(shù)1.44，合 格（≤1.6）；排煙溫度175℃，合格（≤200℃）；爐體表面溫度48.2℃，合格（≤50℃）；爐頂表面溫度65.4℃，合格（≤70℃）；正平衡效率84.59%；鍋爐輸入功率658 kW；蒸汽管網(wǎng)熱損失功率20 kW；油罐原油加熱功率301.41 kW；油罐散熱功率17.87 kW；油管線、儀表臺(tái)位、體積管散熱功率55.17 kW；泵房、檢定間、體積管間房屋加熱功率95 kW；室外油管線電加熱功率11.95 kW。

4 節(jié)能改造建議

保證原油流量計(jì)檢定正常運(yùn)行的情況下，盡量減少能源消耗、人力消耗和維護(hù)費(fèi)用，結(jié)合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建議采取以下措施，達(dá)到降本增效的目的。

4.1 調(diào)整鍋爐房位置

原來(lái)中心的鍋爐房既承擔(dān)院內(nèi)熱水供暖又承擔(dān)油標(biāo)定系統(tǒng)伴熱的任務(wù)。隨著采暖流程由物業(yè)的換熱器完成，鍋爐房則成為油標(biāo)定系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，從長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃的角度考慮，為了更有效、科學(xué)地管理熱能的利用，可考慮鍋爐房搬遷，以減少管線熱損失、減少管線維修工作量[8]。

4.2 安裝自動(dòng)測(cè)試控制系統(tǒng)

在罐內(nèi)、管線和工作間內(nèi)安裝溫度傳感器，實(shí)時(shí)測(cè)試各點(diǎn)溫度，建議溫度傳感器安裝數(shù)量如下：

1）儲(chǔ)油罐。6個(gè)測(cè)點(diǎn)為每罐2個(gè)油溫測(cè)點(diǎn)、1個(gè)上部空間溫度測(cè)點(diǎn)。

2）油管線。5個(gè)測(cè)點(diǎn)為泵房來(lái)油管線1個(gè)測(cè)點(diǎn)，檢定間3條來(lái)油管線各1個(gè)測(cè)點(diǎn)，1條油罐回油管線1個(gè)測(cè)點(diǎn)。

3）工作間。3個(gè)測(cè)點(diǎn)為泵房、檢定間、體積管間各1個(gè)測(cè)點(diǎn)。

測(cè)試系統(tǒng)采用防爆型無(wú)線溫度變送器，投資約9萬(wàn)元。在蒸汽分水間安裝蒸汽控制裝置，按需給各個(gè)工作場(chǎng)所及儲(chǔ)油罐供熱。

4.3 降低車間工作溫度及熱負(fù)荷

對(duì)3個(gè)生產(chǎn)車間（泵房、檢定間、體積管間）的有關(guān)溫度要求進(jìn)行了收集[9]，根據(jù)各項(xiàng)要求及油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在解決體積管下球及泵房污油管線拌熱問(wèn)題后，建議各車間運(yùn)行溫度見(jiàn)表8。

表8 建議工作車間溫度Tab.8 Recommended workshop temperature

4.4 其它節(jié)能改造

1）加強(qiáng)管線保溫，減少散熱損失。對(duì)檢定間儀表臺(tái)位及體積管增加保溫措施，或?qū)w積管進(jìn)行電加熱保溫，進(jìn)一步減少散熱損失。

2）適當(dāng)降低鍋爐容量?，F(xiàn)在鍋爐額定蒸發(fā)量為2 t/h（1.4 MW），根據(jù)測(cè)算目前工作最大負(fù)荷為990 kW左右。新購(gòu)入鍋爐額定蒸發(fā)量可調(diào)整為1.5 t/h（1.05 MW），基本能滿足運(yùn)行最大負(fù)荷需求，可與現(xiàn)有鍋爐搭配使用，在遇到極端情況時(shí)可啟用備用鍋爐。

3）嘗試性改變掃線流程。增加1臺(tái)強(qiáng)制循環(huán)泵，使原油在管線中保持與大罐中原油平衡穩(wěn)定，較少甚至取消掃線流程，既避免原油凝固，又保持原油的物性，降低大罐換油頻率。

4）進(jìn)一步優(yōu)化加熱運(yùn)行方式。主要采取以下措施：一是不檢定時(shí)盡量保持罐內(nèi)原油低溫儲(chǔ)存，減少散熱損失；二是定期化驗(yàn)罐內(nèi)原油物性，設(shè)定適合的原油保存溫度；三是根據(jù)環(huán)境溫度精確控制鍋爐負(fù)荷[10]。

5 節(jié)能效果

將鍋爐房搬遷至標(biāo)定站維修間位置，預(yù)計(jì)可減少蒸汽主管線200 m，可減少管線熱損失15 kW左右。同時(shí)，建議3個(gè)車間加強(qiáng)保溫措施：一是再增加一層塑鋼窗（總面積434 m2），投資約30萬(wàn)元；二是根據(jù)需要進(jìn)行外墻和屋面保溫改造。如果上述方法見(jiàn)效，可嘗試性將蒸汽采暖改為熱水采暖。經(jīng)估算，可減少原油散熱損失111 kW。通過(guò)測(cè)試鍋爐在47%負(fù)荷率時(shí)熱效率為85.11%，現(xiàn)在燃?xì)庹羝仩t設(shè)計(jì)熱效率在95%以上，降低容量后，隨著負(fù)荷率提高，鍋爐平均運(yùn)行熱效率可提高5%左右。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)多年的計(jì)量管理和檢定經(jīng)驗(yàn)，原油流量計(jì)的實(shí)液檢定依然是保證原油流量計(jì)準(zhǔn)確度的重要手段，因此在保持這種計(jì)量檢定方法的同時(shí)，應(yīng)積極地探討和研究檢定裝置的節(jié)能減耗空間，通過(guò)檢定工藝的優(yōu)化和檢定裝置的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量檢定系統(tǒng)的節(jié)能降耗。