管道輸送能耗統計分析與優化研究

陳晨（中國石油管道聯合有限公司西部分公司）

隨著管道技術的不斷發展，管道輸送因輸量大、安全性高、連續運行、能耗低、便于管理等突出優勢，已成為當今最重要的輸送方式。在管道輸送中，輸油泵機組、天然氣壓縮機組、加熱爐、鍋爐和儲油罐等是主要耗能設備，由于管道輸送運輸距離大，全年連續運行，能源消耗量很大。某管道輸送公司2016年電力消耗已超過15×108kWh，天然氣已超過2500×104m3，燃料油消耗已超過6×104t（燃料油包括煤、煤焦輕油、管道原油），蒸汽消耗30×104t，且電力消耗和燃料油消耗均在以5%左右的速度增長。可見隨著國內資源需求的不斷增加，管道輸送公司的能源消耗也會大幅增加，帶來的輸油成本壓力也會越來越大。為提高石油天然氣等資源的有效利用率，需對輸送管道能耗進行統計分析，并結合實際情況，制定相應的降耗措施，這樣才能全面有效提高管道的運輸效率。

1 天然氣輸送管道工藝優化統計

1.1 壓縮機組運行方式優化

由于影響天然氣輸氣管道運行能耗的因素有很多，因此，在構建輸氣管道能耗統計分析體系時應該從總體上將管道看做不同的設備組合，將整個天然氣輸氣管道系統分成站場和管段2大類，結合生產能耗、管道損耗、生活能耗，建立了天然氣管道運行能耗統計分析。對于天然氣輸氣管道的優化，不僅能有效地提高天然氣輸氣管道的運行安全，還能有效地減少天然氣的運輸成本，減少能源的不必要浪費，提高其有效利用率。在我國的天然氣輸氣管網中，在輸送管道中多設有壓縮機裝置，而壓縮機裝置會極大的增加電的消耗量。一般情況下，采用長輸管道進行天然氣輸送時，天然氣需要克服管道沿程的摩擦阻力，同時在輸送過程中，有部分勢能、熱能會損失掉，由于天然氣輸送的能量都是由壓縮機進行補充的，而壓縮機在運行過程會消耗大量的電能，這不僅增加了天然氣輸送中的電能消耗，還極大的增加了天然氣輸送成本。在這種情況下，通過優化天然氣輸氣管道，可以降低天然氣輸送與管壁之間的摩擦，減少壓縮機裝置的電能消耗，從而提高天然氣輸氣管道的輸氣效率。因此，大力優化天然氣輸氣管道的能耗對管道輸送公司節能降耗運行的發展有十分重要的意義。

通過電驅與燃驅運行時間、耗電耗氣數據對比分析，尋找最優化運行方式：根據公司數據平均電價約為0.7元/kWh，平均氣價約為1.33元/m3燃驅機組1 h用氣約5000 m3，1臺燃驅機組1 h產生費用約為6650元。1臺燃驅機組全月運行（744 h）產生費用約為494.76萬元。從機組使用方式觀察使用1 h電驅機組較燃驅機組節省280元，全月使用電驅機組較燃驅機組節省約20.8萬元以上。因此自該管道公司電驅機組投產之日起便優化2條干線輸氣機組運行方式，以電驅機組運行臺數多于燃驅機組臺數，常以2+1模式（2臺電驅+1臺燃驅）運行即提高了設備的可靠利用率又實現了全線的節能降耗。

1.2 壓縮機供電系統可靠性提升

1）據統計，該管道輸送公司某輸氣站場4臺GE燃驅機組在2015年1年內因外電波動引起的機組非計劃停機12次。對機組停機后現場技術分析發現，引起聯鎖停機主要原因有3方面：一是儀表風壓力低于0.6 MPa；二是燃氣輪機箱體通風壓差小于0.15 kPa，三是礦物油油箱壓差超過0.5 kPa，只要其中一個條件滿足就能引起連鎖停機。上述3個保證機組正常運行的工藝參數變化都是因為對應得驅動低壓電動機在外網電壓波動情況下自動保護停機，造成所帶工藝設備停運引起的。

為解決外電晃電對機組運行的影響，配合技術服務中心在輸氣站場加裝抗晃電柜，并對箱體通風電動機、油冷電動機變頻器參數進行優化，使機組具備5 s抗外電晃動能力。減少2臺次以上停機放空，天然氣放空量約合16 000 m3以上，直接經濟效益約21 280元。

2）管道輸送公司某輸氣站場GE燃驅機組多次發生GG入口及GG排煙道可燃氣體報警TRIP停機事件。經過現場排查，原因是機組運行時，可燃氣體探頭信號回路存在干擾，導致HIMA誤判斷可燃氣體探頭存在故障，引起HIMA發出跳機信號。

2016年輸氣站場3#機組由于進氣濾可燃氣體探頭故障信號出現多次跳機，為了解決機組運行隱患，分兩步實施：一是對可燃氣體探頭增加100 ms延時，解決機組運行風險；二是將6個可燃氣體探頭電源改造為獨立供電，通過半年的測試，徹底消除了探頭故障信號跳變的問題。減少2臺次以上停機放空，天然氣放空量約合16 000 m3以上，直接經濟效益約21 280元。

GE機組由于消防、安全儀表系統回路存在干擾導致信號跳變，此種故障在機組出現比較頻繁，并且故障排查存在較大困難，獨立電源改造排除了干擾源，保證了單個設備供電可靠性，此種技術改造具有推廣意義。

3）某輸氣站場GE燃驅機組具有燃料氣吹掃時間過長、溫度上升緩慢的問題，通過現場氣量、壓力核算，GE廠家核實后，將燃料氣吹掃放空閥孔板尺寸由22.7 mm減少為17 mm。在每次機組啟機過程中減少約300 m3左右的天然氣放空量，減少加熱時間，冬季吹掃時間由15 min減少為5 min。

2 液體管道工藝優化統計及效果

2.1 泵機組優化運行

某原油輸油站場5臺輸油主泵額定排量為1500 m3/h，1#泵額定功率1021 kW，其余4臺泵額定功率1653 kW。截止目前1#泵運行3 296.16 h，其余4臺泵平均運行1 222.08 h，按照原油輸送計劃小排量運行情況下優先采取1#泵運行模式，節能降耗效果明顯，直接節省電量131.081 9×104kWh，節省電費約91.75萬元。

某輸油站場供暖循環水泵以往從10月份運行至次年4月份，在2017年投暖期間，在天氣較暖的月份，通過熱水旁通管線供熱，減少循環水泵運行時間，僅2017年10月份就節約用電19 440 kWh，根據公司數據平均電價約為0.7元/kWh計算，單月節省電費13 608元。

2.2 節水工藝優化

某原油輸油站場生活用水依托當地石化總廠，壓力在1.2～1.85MPa，以往由于站內生活用水管網壓力偏高，每年都會出現水管破裂滲水故障，在2017年4月在原油輸油站場總進水處安裝了減壓閥，水管破裂滲水故障消失，僅上半年比起去年就節約用水80 t，根據公司數據水價約為2.62元/t計算，節省費用209.6元。

3 油氣站場節能措施及效果

3.1 場站LED節能燈具更換

某管道輸送公司下屬輸油站場3座，輸氣站場4座，2017年實現所有站場LED節能燈具的更換情況如下：

1）某1作業區2017年9月對站場照明燈具進行LED燈具改造，由鹵素燈更換為LED燈：成品油輸油站更換42盞，原油輸油站更換16盞，奎屯站更換4盞，石化末站更換2盞，共計64盞，全部將原來功率為250 W燈泡更換為100 W的LED節能燈具。站場每日燈具照明時間平均約為10 h，全年共計節約電量11 520 kWh。

2）某2作業區2017年11月將原來250 W鹵素燈更換為100 W的LED節能燈具：支線分輸首站更換24盞，輸氣首站更換壓縮機廠房12盞，共計36盞。站場每日燈具照明時間平均約為10 h，節約電量2160 kWh。壓縮機廠房燈具照明使用時間為12 h，節約電量1296 kWh。全年共計節約電量3456 kWh。

3）某3作業區2017年9月對站場照明燈具進行LED燈改造，將原來功率為250 W的鹵素燈泡更換為100 W的LED節能燈具，壓縮機廠房更換44盞燈，輸油站泵房更換31盞燈，閥組間更換15盞燈，共計90盞燈。廠房燈具照明使用時間為12 h，輸氣站全年共計節約電量19 440 kWh。

4）某4作業區2017年4月輸氣站場壓縮機廠房將功率為250 W的鹵素燈泡更換為100 W的LED節能燈具，共計更換36盞，廠房燈具照明使用時間為12 h，全年共計節約電量17 496 kWh。

平均電價按照0.7元/kWh計算，4個作業區全年共計節省電費約36 338元。

3.2 優化天然氣放空方式

某輸氣站場在城市分輸支線的大型動火作業的方案編制上，采取增加盲板等硬隔離方式，減少過濾分離器后匯管及壓縮機進口管線等放空管段，減少的放空管段管容約為150.6 m3，按照放空管段的平均壓力9.9 MPa，平均溫度30℃來計算，可以減少放空量約16 794 m3（標氣），根據公司數據天然氣平均氣價約為1.33元/m3，節約費用約為22336元。

3.3 場站分輸支線停用電加熱器

1）某2座輸氣站場分輸支線每年在天氣溫度漸暖時（3—11月）停用電加熱器，分輸支線使用防爆電加熱器的功率為30 kW，每天平均運行時間為18 h，一天產生電量540 kWh，停用加熱器期間共計節省電量259 200 kWh。

2）某輸氣站場分輸支線每年在4—10月期間停用電加熱器，使用防爆電加熱器的功率為250 kWh，每天平均運行時間為24 h，1天產生電量6000kW，停用加熱器期間共計節省電量1260000kW。

平均電價按照0.7元/kWh計算，輸氣站全年共計節省電費約106.344萬元。

4 結論及推廣價值

1）在管道安全運行工況下，合理匹配機組組合方式，優化運行模式，減少管道運輸損失，提高機組設備效率，降低系統能耗損失。

2）對于電、氣、水等生活能源的合理改善與運用，減少不必要的能源消耗。

3）在油氣運輸過程中，管道運輸有其獨特的優勢平穩、不間斷輸送，滿足國民經濟需要；實現了安全運輸，管道在地下密閉輸送，具有極高的安全性；保質，管道在密閉狀態下運輸，油品不揮發，質量不受影響；經濟，管道運輸損耗少、運費低、占地少、污染低。