劉國豪管維均徐洪敏許鐵張軒翟星月趙國星

（1.中國石油管道科技研究中心油氣管道輸送安全國家工程實(shí)驗(yàn)室；2.中國石油天然氣與管道分公司油氣調(diào)運(yùn)處；3.中國石油西南管道分公司）

“十二五”期間油氣管道輸送系統(tǒng)設(shè)備能效監(jiān)測分析

劉國豪1管維均2徐洪敏3許鐵1張軒1翟星月1趙國星1

（1.中國石油管道科技研究中心油氣管道輸送安全國家工程實(shí)驗(yàn)室；2.中國石油天然氣與管道分公司油氣調(diào)運(yùn)處；3.中國石油西南管道分公司）

通過介紹“十二五”期間油氣長輸管道系統(tǒng)各類主要耗能設(shè)備能效監(jiān)測情況，分析了耗能設(shè)備運(yùn)行效率變化趨勢和主要參數(shù)合格率，輸油泵、加熱爐、天然氣壓縮機(jī)組的平均運(yùn)行效率呈現(xiàn)逐年上升趨勢反映了“十二五”期間能效監(jiān)測工作為節(jié)能管理和節(jié)能措施的實(shí)施起到了保駕護(hù)航的作用；研究給出了主要耗能設(shè)備在運(yùn)行過程中普遍存在的問題和對(duì)應(yīng)采取的建議措施，為“十三五”期間節(jié)能工作有針對(duì)性地開展提供了方向和技術(shù)措施，有助于促進(jìn)油氣管道系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行水平的進(jìn)一步提高。

油氣管道；耗能設(shè)備；節(jié)能監(jiān)測

2011—2015年，管道節(jié)能監(jiān)測中心共對(duì)相關(guān)管道運(yùn)營企業(yè)1406臺(tái)耗能設(shè)備進(jìn)行能效監(jiān)測，其中包括輸油泵638臺(tái)，加熱爐238臺(tái)，鍋爐97臺(tái)，壓縮機(jī)組432臺(tái)。從監(jiān)測數(shù)量、設(shè)備運(yùn)行的效率、監(jiān)測設(shè)備的合格率等方面對(duì)上述耗能設(shè)備的監(jiān)測情況進(jìn)行分析。

1 輸油泵機(jī)組能效監(jiān)測

監(jiān)測設(shè)備的數(shù)量逐年增加，“十二五”總體任務(wù)量較“十一五”增長120%。耗能設(shè)備測試見表1。

表1 “十二五”期間測試設(shè)備完成情況

輸油泵機(jī)組共測試638臺(tái)，其中原油泵424臺(tái)，合格160臺(tái)，合格率37.74%。在各分項(xiàng)評(píng)價(jià)中，機(jī)組效率合格206臺(tái)，合格率48.58%；節(jié)流率合格236臺(tái)，合格率55.66%。成品油泵214臺(tái)，合格102臺(tái)，合格率47.66%。在各分項(xiàng)評(píng)價(jià)中，功率因數(shù)合格167臺(tái)，合格率78.04%；機(jī)組效率合格143臺(tái)，合格率66.82%；節(jié)流率合格186臺(tái)，合格率86.92%。主要評(píng)價(jià)指標(biāo)機(jī)組平均效率變化曲線分析見圖1。

圖1“十二五”期間輸油泵機(jī)組平均運(yùn)行效率趨勢

輸油泵機(jī)組存在的主要問題[1]：實(shí)際流量長期比額定流量小，導(dǎo)致輸油泵運(yùn)行在低效區(qū)；電動(dòng)機(jī)側(cè)的就地功率因數(shù)補(bǔ)償不到位，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)偏低；管道輸油量偏低導(dǎo)致定速泵靠出口閥節(jié)流，造成大量的能量損失。

建議采取的措施：技術(shù)改造時(shí)優(yōu)先選用變頻調(diào)速裝置，使節(jié)流損失基本消失，使泵機(jī)組在高效率區(qū)運(yùn)行，大大降低電能浪費(fèi)；安裝電動(dòng)機(jī)無功就地補(bǔ)償柜，并定期檢查維護(hù)。

2 加熱設(shè)備能效監(jiān)測

1）節(jié)能監(jiān)測直接爐143臺(tái)，合格設(shè)備75臺(tái)，

合格率52.45%。在各分項(xiàng)評(píng)價(jià)中，熱效率合格90臺(tái)，合格率62.94%；排煙溫度合格104臺(tái)，合格率72.73%；空氣系數(shù)合格111臺(tái)，合格率77.63%；表面溫度合格126臺(tái)，合格率88.11%。直接爐平均熱效率趨勢見圖2。

圖2“十二五”期間直接爐平均熱效率趨勢

直接爐存在的主要問題為[2]：爐子設(shè)計(jì)不合理，對(duì)流室換熱面積不夠，造成排煙溫度高；加熱爐在運(yùn)行過程中沒有及時(shí)、定期吹灰，換熱效率下降；部分直接爐更換了比例式燃燒機(jī)，去掉了空氣預(yù)熱器，雖然增加了對(duì)流室的面積，但是換熱面積仍偏小，造成部分爐子排煙溫度偏高，合格率下降；冬季1臺(tái)爐子不夠，2臺(tái)并聯(lián)，秋春季地溫上升熱負(fù)荷要求低，導(dǎo)致加熱爐負(fù)荷普遍偏低，熱效率低；加熱爐煙道設(shè)定的停爐報(bào)警溫度已經(jīng)把負(fù)荷率限制在80%以下。

建議采取的措施：加強(qiáng)對(duì)排煙處含氧量的監(jiān)控，熱負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)及時(shí)調(diào)整供風(fēng)量；按時(shí)吹灰并根據(jù)排煙處含氧量對(duì)煙道擋板的開度做適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)；增加對(duì)流室換熱面積；加強(qiáng)吹灰，根據(jù)情況對(duì)排煙停爐報(bào)警溫度重新調(diào)整，提高負(fù)荷率。

2）節(jié)能監(jiān)測熱媒爐96臺(tái)，合格設(shè)備57臺(tái)，合格率59.38%。在各單項(xiàng)評(píng)價(jià)中，熱效率合格91臺(tái)，合格率94.79%；排煙溫度合格90臺(tái)，合格率93.75%；空氣系數(shù)合格74臺(tái)，合格率77.08%；表面溫度合格91臺(tái)，合格率94.79%。熱媒爐平均熱效率趨勢見圖3。

圖3“十二五”期間熱媒爐平均熱效率趨勢

造成部分熱媒爐綜合評(píng)價(jià)不合格的主要原因是：燃燒器的配風(fēng)比例調(diào)節(jié)不當(dāng)，霧化燃燒效果不好，過?？諝庀禂?shù)超標(biāo)；個(gè)別設(shè)備在大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)排煙溫度較高以致超標(biāo)；部分熱媒爐的爐體保溫效果不好，爐體前、后墻及兩側(cè)面多處區(qū)域表面溫度超高。

建議采取的措施：維修時(shí)加強(qiáng)爐體內(nèi)的保溫性能，改善保溫效果；在不同負(fù)荷下適當(dāng)調(diào)節(jié)燃燒器的風(fēng)量配比，保持良好的燃燒效果，提高燃燒效率；檢修空氣/煙氣換熱器，加強(qiáng)密封效果，排除空氣泄露現(xiàn)象；定期檢定流量計(jì)等在線儀表，校正各項(xiàng)遠(yuǎn)傳監(jiān)控參數(shù)[3]。

3）節(jié)能監(jiān)測鍋爐97臺(tái)，合格設(shè)備41臺(tái)，合格率42.27%。在各分項(xiàng)評(píng)價(jià)中，熱效率合格50臺(tái)，合格率51.55%；排煙溫度合格75臺(tái)，合格率77.32%；空氣系數(shù)合格80臺(tái)，合格率82.47%，表面溫度合格90臺(tái)，合格率92.78%。鍋爐平均熱效率趨勢見圖4。

圖4“十二五”期間鍋爐平均熱效率趨勢

鍋爐運(yùn)行中存在的主要問題：個(gè)別進(jìn)口燃燒器的配風(fēng)比例調(diào)節(jié)不當(dāng)，鍋爐因助燃風(fēng)量過大或不足，氣體不完全燃燒熱損失較大；部分鍋爐的排煙溫度超高，排煙熱損失較大，從而導(dǎo)致熱效率不能達(dá)標(biāo)；鍋爐前、后墻區(qū)域的表面溫度較高。

建議采取的措施：對(duì)于進(jìn)口燃燒器，應(yīng)定期調(diào)節(jié)其油（氣）風(fēng)配比，使助燃風(fēng)量保持適量；定期清除爐膛及煙道內(nèi)的積灰與積垢，降低排煙溫度；改進(jìn)爐體前后墻區(qū)域的保溫措施，提高保溫性能。

3 天然氣壓縮機(jī)組能效監(jiān)測

3.1 長輸管道壓縮機(jī)組

燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)離心式壓縮機(jī)組共測試170臺(tái)，合格167臺(tái)，合格率98.24%，歷年測試數(shù)據(jù)見圖5。

圖5“十二五”期間燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)離心式壓縮機(jī)組平均效率趨勢

管道站場電驅(qū)離心式壓縮機(jī)組共測試95臺(tái)，合格87臺(tái)，合格率91.58%，測試數(shù)據(jù)見圖6。

圖6“十二五”期間電驅(qū)壓縮機(jī)組平均效率趨勢

儲(chǔ)氣庫燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組共測試45臺(tái)，合格39臺(tái)，合格率86.67%。歷年測試數(shù)據(jù)見圖7。

圖7 “十二五”期間燃?xì)獍l(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組平均效率趨勢

目前壓縮機(jī)銘牌效率僅為38%～44%，大部分能量以熱能的形式散發(fā)，造成能源的浪費(fèi)。各燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的壓氣站，可以通過加裝余熱鍋爐，利用燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫?zé)煔饧訜崴?，除提供站場生活需要外，還通過換熱器將熱水與燃料氣橇進(jìn)口的天然氣換熱，加熱燃料氣，減少站場運(yùn)行能耗[4]。

對(duì)較大規(guī)模的燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)站場，開展余熱發(fā)電可行性研究和試點(diǎn)應(yīng)用，利用燃機(jī)尾氣通過余熱鍋爐產(chǎn)生高溫蒸汽，通過蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，提高燃機(jī)整體的能源利用效率。

3.2 城市燃?xì)釩NG加氣站電驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組

目前國內(nèi)沒有合適的能耗指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此主要工作是將各臺(tái)設(shè)備加氣電單耗測試結(jié)果列出，提出相應(yīng)能耗建議。管道節(jié)能監(jiān)測中心根據(jù)業(yè)務(wù)需求，正在負(fù)責(zé)起草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《天然氣加氣站能耗測試和計(jì)算方法》[5]。

“十二五”期間，城市燃?xì)饧託庹竟矞y試電驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組122臺(tái)。各類站場平均電單耗數(shù)據(jù)趨勢見圖8。

圖8 “十二五”期間CNG加氣站加氣平均電單耗趨勢

CNG加氣站能耗方面存在的共性問題：電動(dòng)機(jī)側(cè)實(shí)際功率因數(shù)很低，距離額定功率因數(shù)較遠(yuǎn)，電能沒有充分做有用功；單臺(tái)電動(dòng)機(jī)均沒有安裝單獨(dú)的電表，無法實(shí)現(xiàn)單臺(tái)能耗計(jì)量和統(tǒng)計(jì)分析；部分機(jī)型老舊、排量小、加氣時(shí)間長，存在能耗高的問題；進(jìn)站壓力對(duì)加氣電單耗的影響很大，進(jìn)站壓力高，最高能節(jié)省一半的耗電，一般節(jié)電20%～30%。

建議采取的措施：加強(qiáng)無功功率就地補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，減少耗電；按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20901—2007《石油石化行業(yè)能源計(jì)量器具配備和管理要求》，從加強(qiáng)能耗管理的角度，為壓縮機(jī)組加裝單臺(tái)電計(jì)量表；在資金可行的前提下更換新型排氣量大的壓縮機(jī)，減少電耗；新建母站和長輸管道高壓分輸站相連，可以直接利用長輸管道分輸站高壓管線壓力給槽車充氣至平壓后再啟動(dòng)壓縮機(jī)加壓；對(duì)已經(jīng)運(yùn)行的站場在設(shè)計(jì)允許的情況下加裝旁通管路，直接利用長輸管道分輸站高壓管線壓力給槽車充氣，減少耗電。

4 結(jié)論

“十二五”期間，長輸油氣管道系統(tǒng)主要耗能設(shè)備——輸油泵、加熱爐、天然氣壓縮機(jī)組的平均運(yùn)行效率呈現(xiàn)逐年上升趨勢；原油泵機(jī)組平均效率

從2011年的63.33%提高到2015年的70.27%；直接爐平均熱效率從2011年的84.89%提高到2015年的85.67%；熱媒爐平均熱效率從2011年的88.39%提高到2015年的90.83%。節(jié)能監(jiān)測工作為節(jié)能管理和節(jié)能措施的實(shí)施起到了保駕護(hù)航的作用。測試機(jī)構(gòu)在文中給出了主要耗能設(shè)備在運(yùn)行過程中普遍存在的問題和對(duì)應(yīng)采取的建議措施，對(duì)于油氣輸送管道系統(tǒng)能耗管理和分析工作有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

[1]劉國豪，張帥，施若斯，等.長輸原油管道主要耗能設(shè)備節(jié)能測試與分析[J].石油石化節(jié)能，2013，29（3）：10-11.

[2]許鐵，許彥博，王春榮，等.加熱爐、鍋爐節(jié)能測試與分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，24（4）：56-61.

[3]劉國豪，管維均，張旭東，等.十一五油氣輸送管道系統(tǒng)能耗設(shè)備節(jié)能監(jiān)測情況分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013，32（11）：1202-1205.

[4]李云杰，趙堂玉，王春榮，等.天然氣壓縮機(jī)組運(yùn)行效率的測試與分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，28（7）：55-57.

[5]劉國豪，管維均，張旭東，等.CNG加氣站電驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組節(jié)能監(jiān)測分析[J].石油石化節(jié)能，2014，12（4）：15-16.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.11.004

2016-07-25

（編輯 鞏亞清）

劉國豪，工程師，2006年7月畢業(yè)于天津大學(xué)（電氣自動(dòng)化專業(yè)），從事油氣管道輸送系統(tǒng)耗能設(shè)備節(jié)能監(jiān)測工作，E-mail：kjlgh@petrochina.com.cn，地址：河北省廊坊市金光道51號(hào)，065000。