基于用能單元的輸氣站場能耗指標建立及應用

伍奕 張杰 高繼江（西部管道科技信息服務中心）

輸氣站場是輸氣管道系統的能量補給單元，該單元的能耗也是輸氣管道的主要能耗，對站場進行能耗重點監測和指標分析具有重要意義[1]。但在以往站場能耗管理中，各家企業都集中開展對關鍵設備——壓縮機組的能耗監測評價，對于其他能耗較少關注。因此，為實現油氣管道的精細化管理，有必要開展站場能耗指標的研究工作，探索建立合理、先進的站場能耗評價指標，為客觀評價輸氣站場用能水平和節能工作提供依據。

1 輸氣站場能耗影響因素

輸氣站場運行過程中的能耗可以分為直接生產能耗、輔助生產能耗、生活能耗等部分（圖1）。直接生產能耗為站場壓縮機組等直接作用于管道輸送天然氣的重要設備系統消耗的能量；輔助生產能耗是為了確保關鍵生產過程運行而必須開啟的配套生產系統消耗的能量，包括各分輸站、計量站、清管站和閥室等消耗的能量；生活能耗是輸氣站場員工生活、辦公消耗的能源，包括生活照明、采暖等。輸氣站場運行過程中，站場能耗主要為直接生產能耗，其約占其站場總能耗的90%以上，其受站場輸氣量、管輸天然氣在站場進出站壓力、溫度以及壓縮機組效率等影響[2]。劉冰認為，在其他因素不變時，輸氣管道能耗與管道輸量、管道壓力呈線性正相關[3]。實際生產中，管道系統、輸氣站場能耗變化是多個因素綜合作用的結果，單一的指標不能全面、準確地描述其變化規律（圖2）。

圖1 輸氣站場用能示意圖

2 輸氣站場能耗評價

輸氣站場能耗評價分為站場整體和站內單體單元兩個層次，其中站場整體評價指標反映站場總體能源利用狀況，站內單體單元能耗評價指標表征本單元能源利用狀況，反映站場能源利用細節。

2.1 站場能耗評價指標

2.1.1 輸氣站場能源利用率

根據《天然氣輸送管道系統能耗測試和計算方法》[4]，輸氣站能耗評價指標為站場能源利用率，即站場提供給管輸天然氣的有效能量與站場總耗能的比值。

式中：ηz——壓氣站能源利用率，%；

HEz——壓氣站有效輸出功率，kW；

Bzs——壓氣站燃料氣消耗量，m3/h；

Qnet·ar——天然氣收到基低位發熱量，kJ/m3(0 ℃，101.325 kPa)；

Wsc——壓氣站耗電量，kWh；

R1——電能折算系數，kJ/kWh。

圖2 輸氣站能耗與站場輸氣量、進出口壓差的關系

2.1.2 站場有效功率

輸氣管道投產運行后，其站內、管線相對比較穩定，此時將輸氣站作為整體裝置，參照泵等流體設備有效功率的概念，結合圖3分析結果，建立站場有效功率的概念，相對于站場能源利用率，該指標直觀反映了站場耗能量。

圖3描述了站場能耗與輸氣量、壓差乘積間的關系。對照單一參數對能耗的影響（圖2），站場有效功率與站場能耗的關系顯著高于單一因素，即輸氣站輸量與站場進出口壓差的乘積更有利于表達站場能耗狀況。

圖3 輸氣站能耗與站場有效功率關系

2.2 壓縮機組能耗評價指標

壓縮機組是輸氣站場的主要耗能設備，其運行能耗約占輸氣站場能耗的90%以上，根據《天然氣輸送管道系統能耗測試和計算方法》規定，其能耗評價指標為機組效率。

1）燃氣驅動壓縮機機組效率可由下式求得：

式中：ηrjz——燃氣驅動壓縮機機組效率，%；

HEi——第i級/段壓縮機有效功率，kJ/h；

Br——燃氣驅動壓縮機燃料氣消耗量，m3/h；

Qnet·var——天然氣收到基低位發熱量，kJ/m3。

2）電驅動壓縮機機組效率可由下式求得：

式中：ηdjz——電驅動壓縮機機組效率，%；

HEi——第i級/段壓縮機有效功率，kJ/h；

Pd——電驅動壓縮機輸入功率，kW。

2.3 其他設備能耗評價指標

輸氣站內用能設備種類、型號差異較大，而且設備能耗影響因素、特點也有很大差異（表1）。

表1 設備能耗定額類型劃分及特點分析

表2 某站場運行參數

因此，輸氣站其他設備能耗評價探索建立各自的能耗定額，形成輸氣站場能耗定額體系。能耗數據采集以統計分析法為主、實測法補充的策略建立能耗定額標準。在定額建立過程中，要根據能耗計量器具的配置情況，合理劃分用能定額單元[5-6]。

3 方法應用

3.1 站場指標建立

按照已建立的方法和步驟，選擇西部某輸氣站場建立站場能耗指標。該站場配置壓縮機組為燃驅機組。站場運行參數見表2。

表3描述了測試、分析的某輸氣站場各層級的能耗狀況。由于站場能源計量設備安裝條件限制，非關鍵設備能耗定額是以安裝能源計量設備的最小單元為基礎建立的，該指標中包含了設備系統內部的能量損耗和轉化為有效功率的能量。由表3可知，按照輸氣站場整體和各用能單元進行能耗指標建立是可行的，使用能耗定額是非關鍵設備單元能效評價的有效方法。

表3 輸氣站能耗指標結果

3.2 站場能耗比較

選擇某站場燃料氣加熱器、站場照明兩個用能單元進行能耗定額使用效果比較，相關計算結果見表4。

表4 定額建立前后站場輸氣關鍵設備能耗比較

由表4可知，輸氣站場輔助能耗定額的建立，有助于輸氣站場能耗的管控，可以作為基層站場節能工作考核、同類型站場間能效對標的指標。

4 結論

1）提出的能耗指標相關數據均可測量獲得，指標實用性、可操作性強，有助于輸氣站場能耗精細化管理。

2）不同用能單元的能耗指標類型不同，建立的方法也存在差異，指標建立要與其生產工藝特點相結合。

3）隨著輸氣站場能源計量器具配置的逐步完善，用能單元的劃分也需進一步細化，以實現能耗指標體系的全覆蓋。

4）該方法也可用于輸油站場、油庫等油氣儲運場所能耗指標的建立。