热输原油管道能耗设备研究

钱国梁

摘要：输油泵和加热炉是热输原油管道的主要能耗设备，本文通过对输油泵和加热炉现场监测数据进行对比分析找出能耗主因，进一步提出节能的措施与方案。

关键词：热输原油管道;能耗;输油泵;加热炉;节能

1.现状

热输原油管道输油能耗是管道运行的主要成本，因此节能降耗的是降低管输成本的重要途径。热输管道的主要能耗设备为输油泵和加热炉，输油泵提供压力、加热炉提供温度，面对日益严峻的节能约束指标压力和石油安全问题[2]，迫切需要提高节能降耗水平，可以通过降低主要能耗设备的能效达到了节能目的。

2.方法和原理

本文对某管输公司一定数量的输油泵和加热炉的监测结果进行汇总并分析影响输油站能效的主要因素，提出提高输油站主要耗能设备能源利用率的方法。

现场测试的主要依据《泵类液体输送系统节能监测》[1]等标准规范，对输油泵的电机负载率、输油泵效率和输油泵机组整体效率三项指标进行监测;加热炉监测依据《加热炉热工测定》[2]，对加热炉的热效率、排烟温度、空气系数三项指标测试。

现场测试使用的主要仪器仪表包括，超声波流量计，电力品质分析仪，烟气分析仪和精密压力表等，以及现场监控仪表SCADA系统。

3.问题与分析

3.1输油泵机组

经对一定数量的输油泵机组测试，电机负载率平均为78%，输油泵效率平均为72%，输油泵机組整体效率平均为67%，。从测试数据上分析影响输油泵能效的因素主要有，管输流量、输油泵设计效率、管输介质的粘度和密度等。

1）管输流量过低或过高，使输油泵未进入或偏离高效区运行。例如某输油泵实际流量达到额定流量的126%，偏离高效区运行;某站输油泵实际流量为额定流量的58%，未在高效区运行。此外同一管线上相同流量下，3座输油站的输油泵组的流量分别为额定流量的110%、56%和54%，使得各站输油泵性能不匹配导致输油泵实际效率较低。

2）输送介质粘度较大也影响输油泵效率，例如某管道所输送的国产原油粘度较大，在介质温度为45℃时，介质的粘度为280 mPa.s，同一温度下的进口原油粘度不到17 mPa.s，输送高粘原油沿线各站输油泵效率较低。

3）输油泵和电机不匹配。部分电机负载率未达到70%，负载率偏低，主要原因是输油泵运行流量偏低，其次是输油泵配置的电机功率过大。例如某站输油泵实际流量为额定流量的114%，电机负载率仅为53.8%，某站输油泵实际流量为额定流量的121%，电机负载率仅为53.1%。

4）截流损失。某条管道的4台输油泵截流损失分别为1.3MPa、1.4MPa、1.7MPa和1.5MPa。采用改变管路特性曲线的方式进行调节，主要采用关小输油泵出口阀门、出站调节阀、在输油泵进出管道上设置回流管线等方式。

3.2 加热炉

测试的加热炉均为直接式加热炉，直接式加热炉是指直接使原油进入加热炉管内吸收炉膛里的热量，该型号加热炉的热损失主要包括：排烟热损失占总供给能量的15%～25%，散热损失占5%～8%和不完全燃烧损失占1%～2%[3]。测试的加热炉平均热效率为83%，其中燃油加热炉额定负荷均为5000kW或者8000kW，额定热效率均在90%左右;燃气加热炉额定热负荷均在2000-3000kW之间，额定热效率在85%～90%之间。

1）排烟处空气系数超标较多。部分加热炉空气系数超标，空气系数最高的达到3.9。空气系数偏高导致排烟热损失增大，加热炉热效率下降。在加热炉运行过程中根据运行负荷及时调整烟道挡板和进风量，及时调整空气系数是十分必要的。

2）排烟温度过高。所测试的加热炉平均排烟温度为176℃，燃油加热炉平均排烟温度为213℃，排烟温度最高的达到304℃;燃气加热炉平均排烟温度为139℃，最高燃气加热炉排烟温度为212℃，燃气加热炉的排烟温度远低于燃油加热炉。通常炉内积灰和进风量过大或漏风所引起的辐射室内烟气温度下降传热温差降低是排烟温度偏高的主要原因。

4.措施与建议

4.1输油泵节能措施

1）调节输量。在安全条件允许的情况下合理调度优化运行方式尽量采用较大输量的集中输送，尽量使输油泵在接近额定效率的高效区运行。

2）对于存在比较严重截流损失的管线，应采取优化组合的运行方式或增加调速装置如变频调速电机。根据比例定律，泵转速改变，泵的Q-H曲线沿管路特性曲线移动，使泵一直处于高效区运行，目前最经济、泵工作强度也最小的调节方法，比起节流方法，如控制阀门开度和旁路调节，可以有效降低耗能50%甚至更多[4]。调速调节比节流调节少消耗功率，调速调节少消耗的功率一是节省了阀门节流损失的功率;二是泵在高效区运行少消耗的功率。调速调节这种方法即提高了泵的运行效率，又增大了管网效率，因此它是离心泵节能的一个有效措施。

还可以降低输油泵房的噪声。除此之外还可以采用车削叶轮、拆级的方法来实现大范围的流量调节，实现阶梯输送，达到减少节流损失的目的。

4.2加热炉节能措施

1）燃气加热炉的主要问题是空气系数较高，导致排烟热损失增大，加热炉热效率下降。应根据运行负荷及时调节烟道挡板，调节进气比例，控制进风量，加强看火孔、防爆门和人孔等的孔门的气密性维护，加强结构缝隙、炉体穿墙套管的气密性维护，加强炉衬的维护，防止漏气，以控制过剩空气系数。综合实际测试结果分析，空气系数在1.50-2.00之间加热炉会有比较理想的热效率。

2）排烟温度是影响加热炉热效率的重要指标。燃油加热炉排烟温度普遍偏高，对于燃油加热炉建议定期清灰，根据负荷适当调节烟道挡板的开度定期清灰，保证受热面清洁，预热助燃空气，减少排烟热损失，降低排烟温度;此外改变排烟结构，如采用增加对流炉管、在加热炉尾部设置空气预热器、增设其它余热回收装置等方式;燃气加热炉在控制排烟温度的同时防止露点腐蚀。对于燃油加热炉排烟温度控制在170-200℃内会有较高的热效率。

3）烟气余热回收，减少排烟热损失。可通过加装余热回收的换热装置提高效率[5]，比如采用烟气预热助燃空气的措施，如果将空气预热到150°C，效率将提高7.5%，预热到250°C，效率将提高12%[6];以及采用先进的耐火纤维喷涂技术。

5.结论

通过对测试的数据分析，反映出热输原油管道的输油泵和加热炉实际运行情况以及在能效方面存在的问题，为热输原油管道实际运行提供了重要的数据支持，对开展节能降耗工作提供重要的参考和便利。

参考文献：

[1] 国家技术监督局.GB/T 16666—2012 泵类及液体输送系统节能监测方法[S].2012.

[2] 国家发展与改革委员会.SY/T 6381—2008 加热炉热工测定[S].北京：石油工业出版社，2008.

[3] 王东兵，王晶晶.GW5000-Y/6.4-Y2型加热炉的节能技术[J].油气储运.2008.27（10）：56-58

[4] 张玉臻.泵装置调节与节能分析[J].排灌机械，1995，（01）：18～22.

[5]刘斌.浅谈燃油燃气锅炉的热效率提高的途径及措施[J].科协论坛（下半月），2008（06）：66-67

[6] 张威，方辉.管式加热炉节能综述[J].油气田地面工程，2002.21（6）：105