陳萬勇

大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司

被試儲(chǔ)庫承擔(dān)多處產(chǎn)能裝置所產(chǎn)輕烴的儲(chǔ)存、輸送、計(jì)量任務(wù)，共有1 500 m3球形混合輕烴儲(chǔ)罐6 座，1 000 m3深冷輕烴儲(chǔ)罐2 座，日均外輸輕烴1 700 t（表1），年儲(chǔ)運(yùn)能力可達(dá)50×104t以上，是大慶市一級(jí)消防重點(diǎn)單位。該儲(chǔ)庫現(xiàn)有混合外輸輕烴泵6臺(tái)，其中額定流量60 m3/h變頻雙端面機(jī)械密封離心泵3 臺(tái)，額定流量30 m3/h 工頻臥式屏蔽泵3 臺(tái)。另有深冷外輸輕烴泵2 臺(tái)，均為額定流量30 m3/h工頻立式屏蔽泵。

表1 2020年外輸輕烴情況Tab.1 External transportation of light hydrocarbon in 2020

儲(chǔ)庫外輸至計(jì)量交付點(diǎn)管道為兩條Φ219 mm×7 mm，長度16.3 km，設(shè)計(jì)壓力4.0 MPa的混烴管道以及一條Φ159 mm×8 mm，長度16.3 km，設(shè)計(jì)壓力6.4 MPa 的深冷烴管道。其中混烴管道為一運(yùn)一備的運(yùn)行模式。為防止輕烴汽化造成損失，計(jì)量交付點(diǎn)的混烴輸送壓力不低于1.5 MPa，深冷烴輸送壓力不低于1.8MPa。

1 原運(yùn)行方案

1.1 運(yùn)行方案依據(jù)

參照GB/T 3215—2019 《石油、石化和天然氣工業(yè)用離心泵》中的標(biāo)準(zhǔn)，在額定葉輪直徑下，為保證運(yùn)行時(shí)有較高的效率和較低的振動(dòng)值[1]，泵的工作點(diǎn)應(yīng)落在有效工作范圍（最佳效率點(diǎn)流量的70%～120%）內(nèi)，泵設(shè)計(jì)工作點(diǎn)應(yīng)在最佳效率點(diǎn)工作，即離心泵設(shè)計(jì)點(diǎn)指泵效最高所對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)。如果工作點(diǎn)剛好是設(shè)計(jì)點(diǎn)，則是最理想的實(shí)際工況。

1.2 混烴輕烴泵外輸方案

在管網(wǎng)壓力恒定情況下，以20 ℃混烴密度680 kg/m3計(jì)算，混烴1#～3#泵設(shè)計(jì)額定流量為60 m3/h（表2），按最佳工況最大外輸量設(shè)置為40.8 t/h，此時(shí)出口壓力約為1.6 MPa；混烴4#～6#泵設(shè)計(jì)額定流量為30 m3/h，按最佳工況[2]最大外輸量設(shè)置為20.4 t/h，此時(shí)出口壓力約為2.5 MPa。

表2 混合烴外輸泵優(yōu)化前運(yùn)行方案Tab.2 Mixed hydrocarbon external pump operation scheme before optimization

根據(jù)優(yōu)化前最近3個(gè)月外輸數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，日外輸量平均值約55 t/h，因此外輸方案為：在外輸量小于40 t/h 時(shí)，啟動(dòng)1#～3#泵中的1 臺(tái)；在外輸量大于40 t/h 時(shí)，啟動(dòng)1#～3#泵中的1 臺(tái)，啟動(dòng)4#～6#泵中的1 臺(tái)，同時(shí)運(yùn)行2 臺(tái)泵。但考慮實(shí)際條件以及操作習(xí)慣等因素，1#～3#泵為主要長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)外輸泵，當(dāng)需要啟動(dòng)4#～6#泵時(shí)，常常忽視1#～3#泵的變頻功能，多通過手動(dòng)控制4#～6#泵出口閥調(diào)節(jié)總外輸量。

1.3 深冷輕烴泵外輸方案

在管網(wǎng)壓力恒定情況下，以20 ℃深冷烴密度0.55 kg/m3計(jì)算，深冷A#、B#泵設(shè)計(jì)額定流量為30 m3/h（表3），按最佳工況最大外輸量設(shè)置為16.5 t/h，此時(shí)出口壓力約為3.4 MPa。根據(jù)優(yōu)化前最近3個(gè)月外輸數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，日外輸量平均值為20 t/h，因此外輸方案為：在外輸量小于16 t/h 時(shí)，啟動(dòng)A#、B#泵中的1 臺(tái)；在外輸量大于16 t/h 時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)A#、B#泵。

表3 深冷烴外輸泵優(yōu)化前運(yùn)行方案Tab.3 Cryogenic hydrocarbon external pump operation scheme before optimization

2 優(yōu)化運(yùn)行方案

2.1 方案依據(jù)

（1）分析機(jī)泵性能曲線值[3]，聯(lián)系廠家至現(xiàn)場確定優(yōu)化值。首先咨詢機(jī)泵廠家，機(jī)泵是否可以在最佳工況范圍內(nèi)增加泵外輸量，以及外輸臨界值如何進(jìn)一步設(shè)定，并且減少機(jī)泵磨損值[4]，廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場探討如何優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)設(shè)定。因深冷A#、B#泵為2002年產(chǎn)德國進(jìn)口泵，原有曲線圖已無法找到，根據(jù)現(xiàn)場泵的工況參數(shù)重新提供了性能曲線圖（圖1）。

由圖1可知，在外輸量為30 m3/h的工況下，泵效率為47%，泵氣蝕[5]余量為1.3 m，功率為43.8 kW，此時(shí)為最佳工況，但就實(shí)際情況考慮，外輸量較低，泵效偏低[6]。在選取泵效較高工況點(diǎn)時(shí)，外輸量有所提升，為滿足生產(chǎn)需求的外輸量最大值24 t/h，可選取工況為：外輸量45 m3/h，即24.75 t/h。此時(shí)，泵效為54%，功率為50 kW。

圖1 輕烴泵性能曲線Fig.1 Light hydrocarbon pump performance curve

（2）根據(jù)優(yōu)化值進(jìn)行實(shí)地實(shí)驗(yàn)，測(cè)量各項(xiàng)參數(shù)。根據(jù)第一部分選取值的方法對(duì)機(jī)泵進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)設(shè)定A#泵外輸量為24 t/h時(shí)，即額定流量的145%時(shí)，電流為65 A，泵出口壓力為3.1 MPa，溫度15 ℃，泵振動(dòng)值[7]為0.08 cm/s，測(cè)量值處于正常范圍內(nèi)。根據(jù)以上兩方面優(yōu)化依據(jù)分別對(duì)其他6臺(tái)泵進(jìn)行測(cè)試，得出優(yōu)化運(yùn)行方案。

2.2 混烴輕烴泵外輸優(yōu)化方案

在管網(wǎng)壓力恒定情況下，以20 ℃混烴密度680 kg/m3計(jì)算，混烴1#～3#泵設(shè)定最大外輸量為75 m3/h，額定流量的125%，即外輸量為51 t/h（表4），此時(shí)出口壓力約為1.65 MPa；混烴4#～6#泵設(shè)定最大外輸量為37 m3/h，額定流量的123%，即外輸量為25 t/h，此時(shí)出口壓力約為2.1 MPa。

表4 混合烴外輸泵優(yōu)化后運(yùn)行方案Tab.4 Mixed hydrocarbon external pump operation scheme after optimization

根據(jù)優(yōu)化前最近3 個(gè)月數(shù)據(jù)[8]進(jìn)行分析，日外輸量平均值為55 t/h，因此外輸方案為：在外輸量小于50 t/h 時(shí)，啟動(dòng)1#～3#泵中的1 臺(tái)；在外輸量大于等于50 t/h 時(shí)，啟動(dòng)1#～3#泵中的1 臺(tái)，啟動(dòng)4#～6#泵中的1臺(tái)，同時(shí)運(yùn)行2臺(tái)泵，以4#～6#泵作為長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)主要外輸泵，并控制在最大外輸量上，通過1#～3#泵變頻自動(dòng)調(diào)節(jié)外輸量。

2.3 深冷輕烴泵外輸優(yōu)化方案

在管網(wǎng)壓力恒定情況下，以20 ℃深冷烴密度0.55 kg/m3計(jì)算，A#、B#泵設(shè)定最大外輸量為45 m3/h，額定流量的150%，即外輸量為24 t/h（表5），此時(shí)出口壓力約為3.1 MPa。根據(jù)優(yōu)化前最近3個(gè)月外輸數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，日外輸量平均值為20 t/h，因此優(yōu)化后外輸方案啟動(dòng)1臺(tái)泵即可。

表5 深冷輕烴泵優(yōu)化后運(yùn)行方案Tab.5 Cryogenic hydrocarbon external pump operation scheme after optimization

3 優(yōu)化后運(yùn)行數(shù)據(jù)

根據(jù)優(yōu)化運(yùn)行方案，選取機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)較好的混烴1#泵、4#泵、深冷B#泵進(jìn)行測(cè)試。每日分別進(jìn)行定點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，采集數(shù)據(jù)包括：機(jī)泵電流、出口壓力、流量，振動(dòng)值參數(shù)，判斷運(yùn)行狀態(tài)是否異常。共檢測(cè)9天數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，情況如下：

（1）混烴外輸1#泵數(shù)據(jù)。共運(yùn)行216 h，電流在90～110 A 之間，出口壓力在1.5～1.8 MPa 之間，最大外輸量控制在50 t/h，為額定流量的122%，運(yùn)行正常。

（2）混烴外輸4#泵數(shù)據(jù)。共運(yùn)行94 h，電流在70～75 A之間，出口壓力在2.0～2.3 MPa之間，最大外輸量控制在25 t/h，為額定流量的122%。在運(yùn)行至93 h，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值逐漸上升，由0.64 cm/s逐漸升至0.98 cm/s，振動(dòng)值偏大，壓力表顯示2.0 MPa，電流70 A。

發(fā)現(xiàn)問題后立即控制泵的流量，將出口壓力調(diào)至2.5 MPa，泵的振動(dòng)值降低至0.91 cm/s（標(biāo)準(zhǔn)為0.65 cm/s），且水套[9]再次出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。停泵1 h后，再次啟泵試運(yùn)檢查，泵監(jiān)測(cè)表顯示有誤差，用隨機(jī)振動(dòng)儀監(jiān)測(cè)調(diào)整泵的基礎(chǔ)，同時(shí)降低泵的運(yùn)行負(fù)荷，使泵的振動(dòng)值降低至0.63 cm/s。調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn)負(fù)荷增加時(shí)泵的振動(dòng)偏大，當(dāng)泵的運(yùn)行壓力控制在2.8～3.1 MPa 時(shí)，泵的振動(dòng)值才能低于標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)值?？紤]生產(chǎn)安全因素，暫停該泵試運(yùn)。

（3）深冷外輸B#泵數(shù)據(jù)。共運(yùn)行192 h，電流在50～55 A之間，出口壓力在2.8～3.0 MPa之間，最大外輸量為22 t/h（試運(yùn)行期間外輸需求最大值為22 t/h），為額定流量的133%，運(yùn)行正常。

4 節(jié)能效果分析

4.1 耗電量對(duì)比分析

（1）混合輕烴泵運(yùn)行情況。當(dāng)外輸量小于40 t/h時(shí)，優(yōu)化前后均啟動(dòng)1臺(tái)泵，即啟動(dòng)混烴1#～3#泵中的任意1臺(tái)，無節(jié)能；當(dāng)外輸量為40～50 t/h時(shí)，優(yōu)化前啟動(dòng)兩臺(tái)泵，1#～3#泵按最佳工況最大外輸量設(shè)置為40 t/h，4#～6#泵通過調(diào)節(jié)出口閥門達(dá)到調(diào)節(jié)外輸量。優(yōu)化后，只啟動(dòng)1#～3#泵中的1臺(tái)。

以某月份儲(chǔ)庫外輸量作為計(jì)算依據(jù)，該月輕烴泵外輸量在40～50 t/h 區(qū)間的時(shí)段共計(jì)運(yùn)行294 h，優(yōu)化前耗電量23 192 kWh（表6），優(yōu)化后耗電量19 327 kWh（表7）。通過計(jì)算得出，混烴外輸泵優(yōu)化后的耗電量是優(yōu)化前的83.3%，耗電量降低16.7%。當(dāng)外輸量大于50 t/h 時(shí)，優(yōu)化前混烴1#～3#泵在最佳工況下最大外輸量設(shè)置為40 t/h，混烴4#～6#泵通過調(diào)節(jié)出口閥門調(diào)節(jié)外輸量。優(yōu)化后，4#～6#泵按最佳工況最大外輸量設(shè)置為25 t/h，1#～3#泵通過變頻[10]調(diào)節(jié)外輸量。

表6 混烴外輸泵優(yōu)化前耗電量Tab.6 Electricity consumption before optimization of mixed hydrocarbon external pump

表7 混烴外輸泵優(yōu)化后耗電量Tab.7 Electricity consumption after optimization of mixed hydrocarbon external pump

以某月份儲(chǔ)庫外輸量作為計(jì)算依據(jù)，該月輕烴泵外輸量在大于50 t/h的時(shí)段共計(jì)運(yùn)行386 h，優(yōu)化前后耗電量均為31 465 kWh，無變化。如果外輸量大于55 t/h，1#輕烴泵電流增加，消耗電量增加，優(yōu)化后耗電量大于優(yōu)化前電量，所以優(yōu)化前更節(jié)能。

（2）深冷輕烴泵運(yùn)行情況。當(dāng)深冷泵外輸量小于16 t/h 時(shí)無節(jié)能。以某月份儲(chǔ)庫外輸量作為計(jì)算依據(jù)，該月輕烴泵外輸量在16～24 t/h區(qū)間的時(shí)段共計(jì)運(yùn)行468 h；優(yōu)化前當(dāng)外輸量小于16 t/h時(shí)只啟動(dòng)1 臺(tái)泵，大于16 t/h 時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)泵，優(yōu)化前耗電量25 844 kWh（表8），優(yōu)化后當(dāng)外輸量小于24 t/h時(shí)啟動(dòng)1臺(tái)泵，大于24 t/h時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)泵，優(yōu)化后耗電量15 998 kWh（表9）。通過計(jì)算得出，深冷外輸泵優(yōu)化后的耗電量是優(yōu)化前的62%，耗電量降低38%。

表8 深冷外輸泵優(yōu)化前耗電量Tab.8 Electricity consumption before optimization of cryogenic hydrocarbon external pump

表9 深冷外輸泵優(yōu)化后耗電量Tab.9 Electricity consumption after optimization of cryogenic hydrocarbon external pump

4.2 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)對(duì)比

通過試運(yùn)行期間數(shù)據(jù)參數(shù)可知，混烴額定流量60 m3變頻雙端面機(jī)械密封離心泵，以及深冷額定流量30 m3工頻立式屏蔽泵運(yùn)行較為正常，未出現(xiàn)參數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)值的情況，現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)良好，運(yùn)轉(zhuǎn)聲音正常。

5 結(jié)論

按照國內(nèi)目前輕烴儲(chǔ)庫的運(yùn)行狀況，根據(jù)上游產(chǎn)量情況，制定外銷輕烴計(jì)劃。為了能夠完成銷售計(jì)劃，外輸輕烴量為固定值。通過安裝變頻器，控制振動(dòng)值在標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)值0.65 cm/s以下，以外輸輕烴量為目標(biāo)值，優(yōu)化匹配不同泵運(yùn)行方案，減少了輕烴泵啟停次數(shù)，節(jié)約外輸耗電量16.7%，可有效降低輕烴儲(chǔ)庫生產(chǎn)運(yùn)行成本，建議同類儲(chǔ)庫推廣應(yīng)用。