熱輸原油管道能耗設備研究

錢國梁

摘要：輸油泵和加熱爐是熱輸原油管道的主要能耗設備，本文通過對輸油泵和加熱爐現場監測數據進行對比分析找出能耗主因，進一步提出節能的措施與方案。

關鍵詞：熱輸原油管道;能耗;輸油泵;加熱爐;節能

1.現狀

熱輸原油管道輸油能耗是管道運行的主要成本，因此節能降耗的是降低管輸成本的重要途徑。熱輸管道的主要能耗設備為輸油泵和加熱爐，輸油泵提供壓力、加熱爐提供溫度，面對日益嚴峻的節能約束指標壓力和石油安全問題[2]，迫切需要提高節能降耗水平，可以通過降低主要能耗設備的能效達到了節能目的。

2.方法和原理

本文對某管輸公司一定數量的輸油泵和加熱爐的監測結果進行匯總并分析影響輸油站能效的主要因素，提出提高輸油站主要耗能設備能源利用率的方法。

現場測試的主要依據《泵類液體輸送系統節能監測》[1]等標準規范，對輸油泵的電機負載率、輸油泵效率和輸油泵機組整體效率三項指標進行監測;加熱爐監測依據《加熱爐熱工測定》[2]，對加熱爐的熱效率、排煙溫度、空氣系數三項指標測試。

現場測試使用的主要儀器儀表包括，超聲波流量計，電力品質分析儀，煙氣分析儀和精密壓力表等，以及現場監控儀表SCADA系統。

3.問題與分析

3.1輸油泵機組

經對一定數量的輸油泵機組測試，電機負載率平均為78%，輸油泵效率平均為72%，輸油泵機組整體效率平均為67%，。從測試數據上分析影響輸油泵能效的因素主要有，管輸流量、輸油泵設計效率、管輸介質的粘度和密度等。

1）管輸流量過低或過高，使輸油泵未進入或偏離高效區運行。例如某輸油泵實際流量達到額定流量的126%，偏離高效區運行;某站輸油泵實際流量為額定流量的58%，未在高效區運行。此外同一管線上相同流量下，3座輸油站的輸油泵組的流量分別為額定流量的110%、56%和54%，使得各站輸油泵性能不匹配導致輸油泵實際效率較低。

2）輸送介質粘度較大也影響輸油泵效率，例如某管道所輸送的國產原油粘度較大，在介質溫度為45℃時，介質的粘度為280 mPa.s，同一溫度下的進口原油粘度不到17 mPa.s，輸送高粘原油沿線各站輸油泵效率較低。

3）輸油泵和電機不匹配。部分電機負載率未達到70%，負載率偏低，主要原因是輸油泵運行流量偏低，其次是輸油泵配置的電機功率過大。例如某站輸油泵實際流量為額定流量的114%，電機負載率僅為53.8%，某站輸油泵實際流量為額定流量的121%，電機負載率僅為53.1%。

4）截流損失。某條管道的4臺輸油泵截流損失分別為1.3MPa、1.4MPa、1.7MPa和1.5MPa。采用改變管路特性曲線的方式進行調節，主要采用關小輸油泵出口閥門、出站調節閥、在輸油泵進出管道上設置回流管線等方式。

3.2 加熱爐

測試的加熱爐均為直接式加熱爐，直接式加熱爐是指直接使原油進入加熱爐管內吸收爐膛里的熱量，該型號加熱爐的熱損失主要包括：排煙熱損失占總供給能量的15%～25%，散熱損失占5%～8%和不完全燃燒損失占1%～2%[3]。測試的加熱爐平均熱效率為83%，其中燃油加熱爐額定負荷均為5000kW或者8000kW，額定熱效率均在90%左右;燃氣加熱爐額定熱負荷均在2000-3000kW之間，額定熱效率在85%～90%之間。

1）排煙處空氣系數超標較多。部分加熱爐空氣系數超標，空氣系數最高的達到3.9。空氣系數偏高導致排煙熱損失增大，加熱爐熱效率下降。在加熱爐運行過程中根據運行負荷及時調整煙道擋板和進風量，及時調整空氣系數是十分必要的。

2）排煙溫度過高。所測試的加熱爐平均排煙溫度為176℃，燃油加熱爐平均排煙溫度為213℃，排煙溫度最高的達到304℃;燃氣加熱爐平均排煙溫度為139℃，最高燃氣加熱爐排煙溫度為212℃，燃氣加熱爐的排煙溫度遠低于燃油加熱爐。通常爐內積灰和進風量過大或漏風所引起的輻射室內煙氣溫度下降傳熱溫差降低是排煙溫度偏高的主要原因。

4.措施與建議

4.1輸油泵節能措施

1）調節輸量。在安全條件允許的情況下合理調度優化運行方式盡量采用較大輸量的集中輸送，盡量使輸油泵在接近額定效率的高效區運行。

2）對于存在比較嚴重截流損失的管線，應采取優化組合的運行方式或增加調速裝置如變頻調速電機。根據比例定律，泵轉速改變，泵的Q-H曲線沿管路特性曲線移動，使泵一直處于高效區運行，目前最經濟、泵工作強度也最小的調節方法，比起節流方法，如控制閥門開度和旁路調節，可以有效降低耗能50%甚至更多[4]。調速調節比節流調節少消耗功率，調速調節少消耗的功率一是節省了閥門節流損失的功率;二是泵在高效區運行少消耗的功率。調速調節這種方法即提高了泵的運行效率，又增大了管網效率，因此它是離心泵節能的一個有效措施。

還可以降低輸油泵房的噪聲。除此之外還可以采用車削葉輪、拆級的方法來實現大范圍的流量調節，實現階梯輸送，達到減少節流損失的目的。

4.2加熱爐節能措施

1）燃氣加熱爐的主要問題是空氣系數較高，導致排煙熱損失增大，加熱爐熱效率下降。應根據運行負荷及時調節煙道擋板，調節進氣比例，控制進風量，加強看火孔、防爆門和人孔等的孔門的氣密性維護，加強結構縫隙、爐體穿墻套管的氣密性維護，加強爐襯的維護，防止漏氣，以控制過剩空氣系數。綜合實際測試結果分析，空氣系數在1.50-2.00之間加熱爐會有比較理想的熱效率。

2）排煙溫度是影響加熱爐熱效率的重要指標。燃油加熱爐排煙溫度普遍偏高，對于燃油加熱爐建議定期清灰，根據負荷適當調節煙道擋板的開度定期清灰，保證受熱面清潔，預熱助燃空氣，減少排煙熱損失，降低排煙溫度;此外改變排煙結構，如采用增加對流爐管、在加熱爐尾部設置空氣預熱器、增設其它余熱回收裝置等方式;燃氣加熱爐在控制排煙溫度的同時防止露點腐蝕。對于燃油加熱爐排煙溫度控制在170-200℃內會有較高的熱效率。

3）煙氣余熱回收，減少排煙熱損失。可通過加裝余熱回收的換熱裝置提高效率[5]，比如采用煙氣預熱助燃空氣的措施，如果將空氣預熱到150°C，效率將提高7.5%，預熱到250°C，效率將提高12%[6];以及采用先進的耐火纖維噴涂技術。

5.結論

通過對測試的數據分析，反映出熱輸原油管道的輸油泵和加熱爐實際運行情況以及在能效方面存在的問題，為熱輸原油管道實際運行提供了重要的數據支持，對開展節能降耗工作提供重要的參考和便利。

參考文獻：

[1] 國家技術監督局.GB/T 16666—2012 泵類及液體輸送系統節能監測方法[S].2012.

[2] 國家發展與改革委員會.SY/T 6381—2008 加熱爐熱工測定[S].北京：石油工業出版社，2008.

[3] 王東兵，王晶晶.GW5000-Y/6.4-Y2型加熱爐的節能技術[J].油氣儲運.2008.27（10）：56-58

[4] 張玉臻.泵裝置調節與節能分析[J].排灌機械，1995，（01）：18～22.

[5]劉斌.淺談燃油燃氣鍋爐的熱效率提高的途徑及措施[J].科協論壇（下半月），2008（06）：66-67

[6] 張威，方輝.管式加熱爐節能綜述[J].油氣田地面工程，2002.21（6）：105