西南成品油管道能耗分析與節能措施

摘 要:西南成品油管道長期連續運行，管道沿途地形復雜，加壓站多，運行工況復雜，可以通過多種配泵方案實現同一計劃流量。通過水力學原理分析西南成品油管道的能耗規律，總結同種計劃流量下最節能的配泵方案，在現有條件下實現管道運行工況最優化，達到節能降耗的目的。

關鍵詞:長輸管道水力學最優化節能配泵方案

中圖分類號:TE832.2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0114-01

1 西南成品油管道運行能耗分析

管道沿線輸油泵站通過泵加壓為管道運行提供壓力能;壓力能的消耗主要包括兩部分:一是克服地形高差所需的位能，此部分能量是不隨輸量變化的固定值;二是克服油品沿管路流動過程中的摩擦及撞擊產生的能量損失，通常稱為摩阻損失，這部分能量損失是隨流速及油品的物理性質等因素而變化的。

長輸管道的摩阻損失包括兩部分，一是油流通過直管段所產生的摩阻損失，簡稱沿程摩阻;二是油流通過各種閥件、管件所產生的摩阻損失，簡稱局部摩阻。

1.1 沿程摩阻損失

沿程摩阻損失()通常使用達西公示計算:

式中，為水力摩阻系數，L為管道長度，d為管徑，V為流速。

對于已建成投運的管道而言，L、d為定值;

流速V由輸油計劃排定的輸量確定，為輸油調度調整工況要實現的目標值，亦可視為定值;

根據水力學原理，水力摩阻系數主要取決于油品的運動粘度和管壁的粗糙度。輸送油品的運動粘度越小，水力摩阻系數越小;管壁粗糙度越小，水力摩阻系數越小。

1.2 局部摩阻損失

輸油站內管道交錯，并且連接眾多的管件、閥件與設備，是局部摩阻損失發生的主要點。

降低管道局部摩阻損失的方式包括:

(1)在設計時簡化輸油流程，減少站內彎頭、閥門等，以減少站內局部摩阻損失。

(2)在運行過程中及時清洗站內過濾器，避免在高壓差的情況下長時間運行。

(3)減少出站調節閥和下載減壓閥等調節性閥門處發生的局部摩阻損失。西南管道絕大部分主輸泵為定速泵，工況的調節主要通過出站調節閥和下載減壓閥的調節來實現，是節能降耗措施中受人為因素影響最大的部分，也是本文討論的重點內容。

2 西南管道的節能措施

2.1 降低沿程摩阻損失

2.1.1 降低油品運動粘度

西南管道主要通過加注減阻劑的形式來降低油品運動粘度，達到降低沿程摩阻損失的目的。由于減阻劑加注成本較高，經測算，通過加注減阻劑和增啟泵兩種形式實現同一輸量，加注減阻劑的費用高出泵運行所耗的電費。因此，加注減阻劑可以降低沿程摩阻損失，但經濟性較差，因此只作為西南管道滿負荷運行后進一步提高輸量的手段。

2.1.2 減小管壁粗糙度

根據實際適時安排清管，清除管壁上附著的雜質，減小管壁粗糙度，是降低沿程摩阻能量損失的有效方法。

2.2 降低局部摩阻損失

在實際運行過程中，調度可以通過優化配泵來選擇最優化運行方案，以減少出站調節閥和下載減壓閥的局部摩阻。

最優運行方案是指在輸油計劃確定后，以最低能耗(耗電量)達到輸送/下載計劃要求。管道優化運行方案是在輸油計劃確定的同時，通過優化運行軟件模擬出最優運行方案，或者在無優化運行軟件的情況下，人為根據實時的工況需要，確定一種相對優化的配泵方案。由于優化運行軟件受客觀條件限制存在一定程度的失真，且西南管道工況調整相對頻繁，因此常常需要人工選擇最優化的配泵方案。

在輸油計劃確定以后，管道的優化運行受輸油計劃(輸油品種、輸送方式、輸送流量)、設備狀況、各地電價、市場保供等各種因素的影響。在輸油過程中，要綜合考慮以上因素，做到相對優化。

2.2.1 減少出站調節閥節流損失

為確保管道不超壓運行、不出現翻越點拉空，各站均設有最低進站壓力和最大出站壓力要求，在滿足這兩個關鍵壓力要求的前提下，原則上應將各站出站調節閥節流降至最低，即保持出站調節閥在100%開度。對于設有變頻調速泵的泵站，可以通整泵的轉速到需要的壓力，出站調節閥保持100%開度。但對于西南管道絕大多數未安裝變頻調速泵的輸油站，則需要通過調整局部上下游站場的下載流量來消除。

由于西南管道長期滿負荷運轉，向下游站場調整流量的余量不多，因此此類局部下載流量調整要遵循“先后再前”的原則，即全線流量可減小上游站場下載流量向下游輸送。

2.2.2 減少下載減壓閥節流損失

各下載站下載管道一般連接于進站處，因此進站壓力即為下載減壓閥閥前壓力;下載減壓閥后為低壓區，閥后壓力主要考慮質量流量計的背壓要求，同時也取決于下載管線的長度及油庫油罐液位高度等，一般壓力值較低，且調整余地較小，一般視為定值。因此要減少下載減壓閥節流，主要措施是降低下載站進站壓力。

當某站進站壓力與此站最低進站壓力的差值超過上一站任意一臺主輸泵提供的壓力時，應停運上一站一臺泵，考慮在本站增啟泵，以降低該站進站壓力，從而降低下載減壓閥節流損失。如出現上一站啟動小泵和本站啟動大泵均能滿足輸送要求時，應對比一下兩種運行方案的能耗大小。可以通過比較兩種配泵的功率來確定，比較簡易的功率比較方法是比較主輸泵的△p×Q(△p為主輸泵提供壓差，Q為過泵體積流量)來比較主輸泵功率的大小。

2.2.3 綜合考慮電價差異等因素

對于密閉輸送的管道系統，全線是一個統一的水力系統。應根據沿線各站的能耗單價(電價)和管道、泵站的承壓能力，綜合考慮全線泵站和站內泵機組的組合方式，盡量提高低電價泵站的能量供應，減少高電價泵站的能量供應。

3 管道節流損耗計算方法

在實際應用過程中，可以通過簡單的方法計算節流損耗，以定量評價當前工況的優化程度。

3.1 出站調節閥節流損耗計算

在出站調節閥存在節流時出站調節閥處存在節流損耗。

根據電機功率計算公式:

可以得出在出站節流的情況下損耗的功率為:

出站節流損耗的電能為:

W損耗=N損耗×t

電機效率和泵效率可近似按照定值進行計算，參考值η1=86%，η2=95%。

3.2 下載節流損耗計算

在下載減壓閥前壓力比最低進站壓力高的情況下，在下載減壓閥處存在額外的節流損耗，計算方法同出站調節閥節流損耗計算，只是將流量更改為下載流量。

同理得:

W損耗=N損耗×t

參考文獻

[1]楊筱蘅，張國忠.輸油管道設計與管理.東營:石油大學出版社.1996.

[2]夏于飛，張國忠，卜文平.成品油管道的運行與技術管理.北京:中國科學技術出版社，2010.