基于用能单元的输气站场能耗指标建立及应用

伍奕 张杰 高继江（西部管道科技信息服务中心）

输气站场是输气管道系统的能量补给单元，该单元的能耗也是输气管道的主要能耗，对站场进行能耗重点监测和指标分析具有重要意义[1]。但在以往站场能耗管理中，各家企业都集中开展对关键设备——压缩机组的能耗监测评价，对于其他能耗较少关注。因此，为实现油气管道的精细化管理，有必要开展站场能耗指标的研究工作，探索建立合理、先进的站场能耗评价指标，为客观评价输气站场用能水平和节能工作提供依据。

1 输气站场能耗影响因素

输气站场运行过程中的能耗可以分为直接生产能耗、辅助生产能耗、生活能耗等部分（图1）。直接生产能耗为站场压缩机组等直接作用于管道输送天然气的重要设备系统消耗的能量；辅助生产能耗是为了确保关键生产过程运行而必须开启的配套生产系统消耗的能量，包括各分输站、计量站、清管站和阀室等消耗的能量；生活能耗是输气站场员工生活、办公消耗的能源，包括生活照明、采暖等。输气站场运行过程中，站场能耗主要为直接生产能耗，其约占其站场总能耗的90%以上，其受站场输气量、管输天然气在站场进出站压力、温度以及压缩机组效率等影响[2]。刘冰认为，在其他因素不变时，输气管道能耗与管道输量、管道压力呈线性正相关[3]。实际生产中，管道系统、输气站场能耗变化是多个因素综合作用的结果，单一的指标不能全面、准确地描述其变化规律（图2）。

图1 输气站场用能示意图

2 输气站场能耗评价

输气站场能耗评价分为站场整体和站内单体单元两个层次，其中站场整体评价指标反映站场总体能源利用状况，站内单体单元能耗评价指标表征本单元能源利用状况，反映站场能源利用细节。

2.1 站场能耗评价指标

2.1.1 输气站场能源利用率

根据《天然气输送管道系统能耗测试和计算方法》[4]，输气站能耗评价指标为站场能源利用率，即站场提供给管输天然气的有效能量与站场总耗能的比值。

式中：ηz——压气站能源利用率，%；

HEz——压气站有效输出功率，kW；

Bzs——压气站燃料气消耗量，m3/h；

Qnet·ar——天然气收到基低位发热量，kJ/m3(0 ℃，101.325 kPa)；

Wsc——压气站耗电量，kWh；

R1——电能折算系数，kJ/kWh。

图2 输气站能耗与站场输气量、进出口压差的关系

2.1.2 站场有效功率

输气管道投产运行后，其站内、管线相对比较稳定，此时将输气站作为整体装置，参照泵等流体设备有效功率的概念，结合图3分析结果，建立站场有效功率的概念，相对于站场能源利用率，该指标直观反映了站场耗能量。

图3描述了站场能耗与输气量、压差乘积间的关系。对照单一参数对能耗的影响（图2），站场有效功率与站场能耗的关系显著高于单一因素，即输气站输量与站场进出口压差的乘积更有利于表达站场能耗状况。

图3 输气站能耗与站场有效功率关系

2.2 压缩机组能耗评价指标

压缩机组是输气站场的主要耗能设备，其运行能耗约占输气站场能耗的90%以上，根据《天然气输送管道系统能耗测试和计算方法》规定，其能耗评价指标为机组效率。

1）燃气驱动压缩机机组效率可由下式求得：

式中：ηrjz——燃气驱动压缩机机组效率，%；

HEi——第i级/段压缩机有效功率，kJ/h；

Br——燃气驱动压缩机燃料气消耗量，m3/h；

Qnet·var——天然气收到基低位发热量，kJ/m3。

2）电驱动压缩机机组效率可由下式求得：

式中：ηdjz——电驱动压缩机机组效率，%；

HEi——第i级/段压缩机有效功率，kJ/h；

Pd——电驱动压缩机输入功率，kW。

2.3 其他设备能耗评价指标

输气站内用能设备种类、型号差异较大，而且设备能耗影响因素、特点也有很大差异（表1）。

表1 设备能耗定额类型划分及特点分析

表2 某站场运行参数

因此，输气站其他设备能耗评价探索建立各自的能耗定额，形成输气站场能耗定额体系。能耗数据采集以统计分析法为主、实测法补充的策略建立能耗定额标准。在定额建立过程中，要根据能耗计量器具的配置情况，合理划分用能定额单元[5-6]。

3 方法应用

3.1 站场指标建立

按照已建立的方法和步骤，选择西部某输气站场建立站场能耗指标。该站场配置压缩机组为燃驱机组。站场运行参数见表2。

表3描述了测试、分析的某输气站场各层级的能耗状况。由于站场能源计量设备安装条件限制，非关键设备能耗定额是以安装能源计量设备的最小单元为基础建立的，该指标中包含了设备系统内部的能量损耗和转化为有效功率的能量。由表3可知，按照输气站场整体和各用能单元进行能耗指标建立是可行的，使用能耗定额是非关键设备单元能效评价的有效方法。

表3 输气站能耗指标结果

3.2 站场能耗比较

选择某站场燃料气加热器、站场照明两个用能单元进行能耗定额使用效果比较，相关计算结果见表4。

表4 定额建立前后站场输气关键设备能耗比较

由表4可知，输气站场辅助能耗定额的建立，有助于输气站场能耗的管控，可以作为基层站场节能工作考核、同类型站场间能效对标的指标。

4 结论

1）提出的能耗指标相关数据均可测量获得，指标实用性、可操作性强，有助于输气站场能耗精细化管理。

2）不同用能单元的能耗指标类型不同，建立的方法也存在差异，指标建立要与其生产工艺特点相结合。

3）随着输气站场能源计量器具配置的逐步完善，用能单元的划分也需进一步细化，以实现能耗指标体系的全覆盖。

4）该方法也可用于输油站场、油库等油气储运场所能耗指标的建立。