油庫能量平衡模型及評價方法

郭越，單麗娜，陸希希

（東北石油大學，黑龍江 大慶 163318）

油庫是用來接收、儲存、中轉和發放石油的單位[1]。近年來，隨著我國戰略儲備工作的開展，原油油庫規模不斷向大型化發展[2]。目前，油庫的功能更為完善，不僅肩負著接收國內生產原油還接收外國進口原油，用能分布更為廣泛。隨著系統庫存量的減少，系統運行效率大幅下降，使能耗上存在薄弱環節[3]。因此需分析系統的能耗損失分布，研究油庫系統的能耗情況有利于開展節能降耗工作。

針對計算油庫系統的能耗已存在一套能耗評價方法，該方法考慮了系統輸入和輸出能量的關系，但其不足是未考慮罐內能量的消耗。本文依據傳統的能耗評價方法，并考慮罐內能量變化，提出新型的油庫能耗評價方法。

1 用能分析

整個油庫系統作為相互關聯的多層次系統，是由不同功能的單元設備按照物理集合的方式逐級構成[4]。每個單元設備是用能的最小單位，分析用能本質是構建系統能量平衡的基礎[5]。本文以大慶油田某油庫為例，給出了各個元件用能過程的劃分，該油庫主要設備由輸油泵、加熱爐、換熱器、鍋爐、油罐、輸油管道所構成，具體用能描述如表1所示。

從表1中可看出能量消耗主要分為四部分：第一部分由輸油泵消耗，將電能轉化為原油流動的壓能，即輸入系統的能量為電能，輸出系統的能量為壓能；第二部分由加熱爐、換熱器、鍋爐構成，為熱能的利用率；第三部分為克服輸油管道內摩擦阻力及節流損失；第四部分考慮油罐內庫存量的變化，該部分是由于測試周期內流入量與流出量不同導致的，故罐內能量存在變化。

表1 單元設備的用能過程劃分

2 能量平衡模型

依據用能分析，將不同用能按照能量平衡方法可達到被測試系統內輸入、輸出能量上的平衡。在以往的能量平衡模型基礎上，考慮罐內能量變化，得到新的能量平衡模型，如圖1所示。

圖1 油庫能量平衡模型

油庫系統能量平衡方程為：

式中：EShin—進入油庫系統的介質相對于基準溫度所帶入的熱能，kJ/h；

EShout—油庫系統輸出的介質相對于基準溫度所帶出的熱能，kJ/h；

ESpin—進入油庫系統的介質相對于基準壓力所帶入的壓力能，kJ/h；

ESpout—油庫系統輸出的介質相對于基準壓力所帶出的壓力能，kJ/h；

ESh—外界供給油庫系統的熱能，kJ/h；

ESe—外界供給油庫系統的電能，kJ/h；

ΔESh—油庫系統的熱能損失，kJ/h；

ΔESp—油庫系統的壓能損失，kJ/h;

EOO—一個周期起始時油庫內原有的能量，kJ/h;

EEO—一個周期結束時油庫內剩余的能量，kJ/h。

3 能耗評價指標

3.1 油庫系統能量利用率

式中：GSin—油庫進站介質流量，m3/h；

ρSin—油庫進站介質進站溫度下的密度，kg/m3；

cSin—油庫進站介質進站溫度下的定壓比熱容，kJ/(kg·g℃)；

tSin—油庫進站介質的進站溫度，℃；

pSin—油庫進站介質的進站壓力(表壓)，MPa；

GSout—油庫外輸介質的流量，m3/h；

ρSout—油庫外輸介質的密度，kg/m3；

cSout—油庫外輸介質出站溫度下的定壓比熱容，kJ/(kg·g℃)；

tSout—油庫外輸介質的出站溫度，℃；

pSout—油庫外輸介質的出站壓力(表壓)，MPa；

BSg—油庫燃料氣的消耗量，m3/h；

Qnet,v,ar—燃料氣收到基低位發熱量，kJ/m3；

NSe—油庫耗電量，kW·gh/h。

3.2 油庫熱能利用率

式中ηSh為油庫的熱能利用率，%。

3.3 油庫壓能利用率

式中ηSp為油庫的壓能利用率，%；NPe為泵機組耗電量，kWgh/h。

4 計算結果及分析

依據上述公式及運行相關基礎數據，對大慶油田某油庫進行能耗指標計算，計算結果如表2所示。

表2 大慶油田某油庫能耗指標計算結果

該油庫輸油系統能量的消耗主要有兩個方面：輸油泵消耗的電能；為保證原油泵輸送，改善原油流動性能所消耗的熱能。熱能利用率高于電能利用率，主要原因是該油庫的輸油泵機組效率較低。因此，保證該油庫泵機組的高效運行，是提高電能利用率和能量利用率，降低能量損失的關鍵。

5 結 論

（1）分析了油庫系統內單元設備的用能過程，并根據用能劃分在傳統能量平衡模型的基礎上考慮庫存量的能量變化，建立了油庫系統新型能量平衡模型，給出了能耗評價指標，改進后的能量平衡方法更適用于油庫的能量損失分析。

（2）根據能耗計算公式計算了大慶油田某油庫的能量利用率，確定了該油庫電能利用率較低的原因，為調整運行方案提供了方向。

[1]郭傳陽. 油庫安全管理探索[J]. 中國新技術新產品,2012（18）:235.

[2]王新新. 關于中國石油儲備體系[J]. 節能技術,2009（3）:259-263.

[3]孟凡臣,周海蓮. 原油儲運庫的全能流模型[J]. 當代化工 2011,40（2）:171-173.

[4]喬添梁. 轉油站能耗綜合評價方法研究[J]. 石油石化節能,2014（11）:10-11.

[5]張鳳,聶聰,梁世英,等. 注水系統節能降耗措施研究與應用[J]. 科技創新與應用, 2014（10）:28.