原油輸送泵與介質關系論述

孫國政 景瑞

摘要：在長輸管線中，泵站是輸油系統中必不可少的部分，原油的集輸及系統的運行對油田的開發有著十分重要的作用，我國在油田開發后期，原油組分里蠟的成分較高，導致原油的粘度也普遍偏高，原油的輸送方式大多數為管道運輸，加熱輸送是高粘易凝原油輸送主要的方式。管道輸送方式的能耗主要是長輸泵站油泵的能耗及原油采用加熱輸送加熱站的熱能消耗部分。輸油管道受出站溫度，管線情況、輸油泵效率、及油品粘度等綜合因素的影響，本文從加油熱能耗及原油粘度對泵輸送效率的能耗兩方面進行分析，并給出優化運行措施，從而為重質油節能輸送提供了一定的參考。

關鍵詞：重質油;泵;粘度;能耗

目前我國建設的長輸原油管道已達1.8萬多公里，原油管線輸送7萬多公里，在“十二五”規劃就提出加快西北、東北、西南河海上進口油氣管線輸送的規劃，在長輸管線中，泵站是輸油系統中必不可少的部分，原油的集輸及系統的運行對油田的開發有著十分重要的作用。能耗是管道輸送單位成本控制的重點，管道輸送方式的能耗費用主要包括兩方面，一方面是原油采用加熱輸送加熱站的熱能消耗部分的費用。另一方面是長輸管道通過泵站增壓而消耗的動力費用，由于輸油管道受出站溫度，管線情況、輸油泵效率、及油品粘度等綜合因素的影響，為了降低輸管線輸油系統的能耗，尋求一種能減少能耗的原油輸送是本文的主旨，本作者從加油熱能耗及原油粘度對泵輸送效率的能耗兩方面進行分析并給出優化論證，為后期的重質有輸送提供一定的參考。

一、長輸原油管道熱輸送加熱站的熱能消耗分析

長輸原油管道在輸送原油過程中，等溫輸送和加熱輸送是最常用的兩種輸油方式，加熱輸送是原油進入管道之前，要在加熱站進行加熱，加熱站的出站油溫度需要綜合考慮油品的粘度、溫度、油品蒸汽壓力，進而確定加油站的出站溫度，以便于運輸的順暢。原油加熱的溫度要在保持在向管道外散發熱量之后仍然不會太低。并且，原油經過加熱站經過加熱之后，要經過泵站加壓，這樣可以使原油運輸保持原有的流速。

（一）長輸原油管道加熱爐能耗分析

目前原油加熱主要采用熱媒爐加熱方式，加熱爐通過換熱器原理，加熱后的原油走換熱器殼體，而長輸油管道運輸中，介質的有效溫度、加熱爐的能效、換熱器的換熱效率等都會影響燃料油的單耗。加熱爐通過換熱器原理，加熱后的原油走換熱器殼體，流量不受限制，適用于大流量及流量變化范圍較大的長輸原油管道，但通過對加熱站加熱燃料油單耗的分析發現，長輸原油管道中原油的輸入量與輸出量越小，介質的溫度越低，加熱爐的效率越低，加熱站加熱燃料油單耗越高。為有效控制加熱站加熱燃料油單耗和提升加熱效率，降低管道運輸過程中的能量消耗，需對長輸原油管道運輸的輸入量和輸出量進行控制，提高加熱爐的工作效率及換熱器的換熱效率，達到節能降耗的效果。

（二）環境溫度對長輸原油管道能耗的影響

原油運輸管道運行的理想狀態就是在一定的溫度條件下，通過控制原油管道內原油的粘度，以保證原油能夠通過泵站順利加壓，原油能夠正常運行的基礎上實現總能耗最低的狀態。在四季溫度變化過程中，長輸原油管道受環境溫度的變化影響發生變化，導致管道周圍散熱發生了變化，影響管道能耗。管道周圍的介質溫度降低后，管道熱能消耗會升高。而當管道周圍的介質溫度升高后，管道熱能消耗會降低。

為了維持管道周圍的溫度，可以在長輸原油管道周圍做好保溫防護措施，在一定的條件下，同樣可以考慮管道伴熱等方式，避免原油溫度變化受到周圍的介質影響，在一定程度上降低熱能的消耗。同時，維持長輸管道內原油的溫度，降低長輸原油管道的能耗。通過對管道周圍介質的溫度的干預，減少原油運輸過程中能量的總消耗，提高管道運行維護方面的經濟效益。

二、長輸原油泵能耗分析

我國在長輸管線泵的研究及生產制造比國外起步都晚，且受材料、鑄造、生產工藝等的影響，生產泵的壽命及可靠性相對較低，在國外生產的長輸管線泵的結構大多采用水平中開單級雙吸中離心泵、而對離心泵來講，輸送介質的粘度對泵的流量、壓力、效率都有嚴重影響 ，在離心泵對粘度的控制方面，當介質粘度小于20mm2/s，時，離心泵的性能參數不必進行換算，粘度大于20mm2/s，時均需要對離心泵的性能進行換算，而我國現階段油田開發中，原油組分里蠟的成分高，原油的粘度也原高于對離心泵換算的臨界粘度值。長輸管道通過泵站增壓而消耗的動力費用主要來源于驅動輸油泵產生的電耗，依據工業泵選用手冊的，原動機驅動輸油泵的軸功率依據公式（1）核算：

Pc：軸功率，單位（kW）;ρ：泵輸送的介質密度，單位（Kg/m3）;g：重力加速度，單位（m/s2）;Q：流量，單位（m3/s）;H：揚程，單位（m） η：輸油泵在額定工況下的效率

由式（1）中可以看出，輸油泵電耗與泵的流量、揚程成正比，與泵的效率成反比，要減小原動機驅動輸油泵的功率損耗，就要以最低的能耗輸送較多的原油。當泵的選用一定時，影響泵流量及壓力的就是輸送原油的粘度，下面就針對特定原油（參數見表1）在各種溫度下的粘度，依據離心泵性能修正系數（圖1）進行修正換算，換算特定溫度下的粘度原動機驅動輸油泵的功率損耗變化見表（2）

從上述核算數據看出，在原油管道的運輸過程中，伴隨著原油溫度的變化、粘度的變化，對輸油泵的電耗影響很大，通過定量分析，原油粘度對電耗的影響，得出變化規律可以看出，溫度每增加5℃，長輸油泵電耗增加1.5%。原油流量的變化對動力消耗也有一定的影響。為了降低原油管道原油輸送的能耗，在原油管道設計及輸送過程中，應優先考慮加熱輸送方案，同時綜合考慮油溫升高時加熱爐的能耗與。

三、結束語

綜上所述，基于重質原油的管道輸送過程中泵站的主要耗能分析，要全面分析影響長輸原油管道能耗的關鍵因素，有針對性地采取措施，才能嚴格控制能耗，通過加熱輸送在加熱站進行加熱時，加熱爐對燃料油的能耗解析，側重分析管線輸送離心泵受溫度、粘度對驅動輸油泵原動機的功率損耗分析，給出優化運行措施，從而為重質油節能輸送提供了一定的參考。