原油管道節(jié)能降耗研究

張磊(國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)東部原油儲(chǔ)運(yùn)有限公司生產(chǎn)運(yùn)行部，江蘇 徐州 221008)

0 引言

由于管道運(yùn)輸不但具有較強(qiáng)的輸送能力，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，極大地提高了運(yùn)輸效率，而且具有較高的可靠性以及安全性，使用壽命比較長(zhǎng)，后期的管理維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，因此，在原油輸送中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)原油需求量的不斷增加，原油管道敷設(shè)里程也不斷加大。但是目前，在原油管道的運(yùn)行中，受原油性質(zhì)特征以及輸送方式等客觀條件的影響，運(yùn)輸過(guò)程中的原油損耗較大，導(dǎo)致原油輸送成本增加，并且造成了巨大的能源浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)影響原油管道周邊環(huán)境。為減少原油管道能耗，必須采用先進(jìn)的節(jié)能降耗技術(shù)。文章將全面分析原油管道形成原因，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的原油管道節(jié)能降耗措施，以達(dá)到減少能源消耗以及保護(hù)環(huán)境的目的，從而為我國(guó)原油事業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1 導(dǎo)致原油管道能耗較大的主要原因分析

1.1 原油管道設(shè)備熱效率較低

隨著我國(guó)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中對(duì)原油需求量的不斷增加，原油管道的建設(shè)力度也在逐年加大，但是仍存在部分原油管道系統(tǒng)中所配置的加熱設(shè)備的實(shí)際熱效率達(dá)不到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的情況。而影響原油管道加熱設(shè)備熱效率的原因有很多，例如：原油管道油風(fēng)比例不合理、剩余空氣超標(biāo)以及未能及時(shí)對(duì)加熱爐進(jìn)行清理導(dǎo)致其內(nèi)部有大量灰塵雜物存積等，這些都會(huì)影響原油管道加熱設(shè)備的熱效率[1]。

1.2 原油管道管理模式落后

部分原油管道在日常運(yùn)行管理工作中未能及時(shí)、全面的采集管道能耗數(shù)據(jù)，導(dǎo)致對(duì)原油管道能耗計(jì)量不準(zhǔn)確且缺乏時(shí)效性，直接影響了原油管道節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用效果。

1.3 未能合理控制輸油泵流量

目前，在原油管道運(yùn)行過(guò)程中，部分輸油系統(tǒng)在確定輸油泵節(jié)流參數(shù)時(shí)存在不合理的問(wèn)題，導(dǎo)致節(jié)流過(guò)大。這不僅會(huì)加劇原油管道加熱處理時(shí)的熱損失以及能源浪費(fèi)，還會(huì)縮短原油管道使用壽命，增加原油管道運(yùn)行成本。

2 節(jié)能降耗技術(shù)在原油管道中應(yīng)用基本原則分析

2.1 節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

為實(shí)現(xiàn)降低原油管道能耗的目標(biāo)，節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)規(guī)范科學(xué)。原油管道企業(yè)等相關(guān)單位應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)原油管道實(shí)際能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行全面準(zhǔn)確的采集，并按照行業(yè)規(guī)范進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)和實(shí)施[2]。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，應(yīng)按照技術(shù)規(guī)范要求合理選擇采集點(diǎn)位置，并積極應(yīng)用高精度檢測(cè)儀器設(shè)備，確保數(shù)據(jù)采集全面準(zhǔn)確，從而為節(jié)能降耗技術(shù)在原油管道中的有效應(yīng)用提供可靠的參考依據(jù)。

2.2 要對(duì)原油管道實(shí)際能耗進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算分析

原油管道企業(yè)以及相關(guān)單位在采用原油管道節(jié)能降耗技術(shù)時(shí)，應(yīng)首先全面收集原油管道運(yùn)行數(shù)據(jù)和輸油工藝參數(shù)等各種信息，并通過(guò)構(gòu)建原油管道能耗模型等方式，對(duì)原油管道的實(shí)際能耗以及能耗變化等進(jìn)行科學(xué)的分析以及準(zhǔn)確的計(jì)算，以便于以此為依據(jù)進(jìn)行節(jié)能降耗技術(shù)設(shè)備的選擇和應(yīng)用，從而切實(shí)減少原油管道運(yùn)行過(guò)程中的能源浪費(fèi)，提高原油管道節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用效果。

2.3 積極構(gòu)建原油管道能耗數(shù)據(jù)庫(kù)

為確保節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用的有效性和科學(xué)性，原油管道公司以及相關(guān)單位應(yīng)加強(qiáng)原油管道能耗數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)應(yīng)確保格式規(guī)范、內(nèi)容全面且能夠客觀動(dòng)態(tài)反應(yīng)原油管道能耗特點(diǎn)以及變化趨勢(shì)。同時(shí)，在數(shù)據(jù)庫(kù)的管理中應(yīng)做好數(shù)據(jù)信息的更新完善工作，為原油管道能耗變化的判斷分析以及節(jié)能降耗技術(shù)的選擇提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而提高原油管道節(jié)能降耗效果。

3 原油管道有效節(jié)能降耗措施分析

3.1 通過(guò)改性處理方式降低原油管道能耗

3.1.1 應(yīng)用熱處理技術(shù)對(duì)原油改性處理

在通過(guò)管道輸送原油時(shí)往往需要通過(guò)熱處理技術(shù)對(duì)原油先進(jìn)行升溫。根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求，在熱處理時(shí)，其溫度應(yīng)達(dá)到70 ℃。不過(guò)由于受到原油初餾點(diǎn)以及管道防腐材料質(zhì)量性能特點(diǎn)等因素的制約，在熱處理實(shí)踐中的溫度普遍出現(xiàn)低于50 ℃的現(xiàn)象。加熱溫度的明顯偏差導(dǎo)致原油管道能耗嚴(yán)重[3]。因此，應(yīng)采取利用改性原油在第一站進(jìn)行熱交換的方式控制溫差，以減少熱損失。另外，還應(yīng)適當(dāng)調(diào)整水力以及熱力參數(shù)等，為實(shí)現(xiàn)壓力以及熱力越站奠定良好的基礎(chǔ)，從而盡量降低能耗，提高原油管道輸油能力。

3.1.2 應(yīng)用化學(xué)添加劑對(duì)原油改性處理

在通過(guò)管道輸送原油時(shí)，一般會(huì)將適量的水加入原油中。而向摻水原油內(nèi)摻入降凝劑或者減阻劑等化學(xué)藥劑則可以起到減少摻水量、降低能耗、提高輸油效率的效果。根據(jù)原油物性特點(diǎn)，可以向表面存在蠟晶的石蠟基原油中加入適量降凝劑，這樣可以防止蠟晶聚集膠聯(lián)影響原油流動(dòng)性，同時(shí)加入降凝劑還能夠使石蠟基原油在改性處理后保持較好的穩(wěn)定性。在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)原油性質(zhì)特點(diǎn)合理選擇添加劑類型，且應(yīng)注意該技術(shù)不適用于重質(zhì)易凝性特稿含蠟原油以及重質(zhì)高含膠粘稠型原油的改性處理[4]。同時(shí)，在原油管道運(yùn)行過(guò)程中，還可以將原油中摻入適量減阻劑。由于減阻劑為高分子聚合物，具有較強(qiáng)的粘彈性，因此，將減阻劑摻入原油后可以改變管壁附近原油分子的原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而達(dá)到弱化湍流、增加層流區(qū)域以及降低油品流動(dòng)阻力的目的，可以有效降低原有管道能耗。目前，在原油管道運(yùn)行實(shí)踐中，主要采用的是烯烴類聚α減阻劑類型，其具有較好的減阻降耗效果。

3.2 通過(guò)改質(zhì)輸送方式降低原油管道能耗

在原油管道運(yùn)行過(guò)程中，也可以通過(guò)對(duì)原油進(jìn)行簡(jiǎn)單加工處理方式使其改質(zhì)，從而達(dá)到減少原油管道能耗的目的。目前，在對(duì)原油進(jìn)行改質(zhì)處理時(shí)，一般采用的是初級(jí)煉制技術(shù)，例如脫蠟加工或者熱裂化加工等。原油在經(jīng)過(guò)初級(jí)煉制后，其原油物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，所含輕餾分油量增加。由于輕質(zhì)加工油成分變化后能夠有效稀釋了原油原組分，且輕餾分油具有分子量小以及蒸發(fā)性好的特點(diǎn)，因此，不僅可以使原油流動(dòng)性得到改善，還能夠增加原油管道內(nèi)的輸送壓力，從而在降低原油管道能耗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)了原油管道輸送能力。因此，改質(zhì)輸送是一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景的原油管道節(jié)能降耗技術(shù)。

3.3 通過(guò)改進(jìn)輸油工藝方式降低原油管道能耗

3.3.1 應(yīng)用油氣序輸工藝降低原油管道能耗

優(yōu)化原油管道運(yùn)行模式、提高原油管道利用率也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的的重要途徑之一。油氣序輸也被稱為間歇輸送技術(shù)。所謂間歇輸送工藝是指原油管道第一站輸油量的制定基準(zhǔn)為末站銷油量，在原油管道運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)用該技術(shù)后可以使管道實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。不過(guò)在運(yùn)行過(guò)程中需要反復(fù)啟停泵機(jī)組。因此，原油管道的相對(duì)穩(wěn)定時(shí)間會(huì)減少。該項(xiàng)技術(shù)具有較好的節(jié)能降耗效果，特別是對(duì)于原油輸量相對(duì)低的初期開發(fā)油田、尾期油田或者小規(guī)模油田等可以采用油氣序輸方式降低能耗并節(jié)約成本。所謂油氣序輸主要只是利用同一原油管道將天然氣以及原油按照順序以單相流形式輸送的管道運(yùn)行模式[5]。隨著我國(guó)近年來(lái)原油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和原油開采力度的加大，部分油田進(jìn)入開發(fā)尾期，外輸油氣量下降。同時(shí)，新開發(fā)油田在初期階段的開采量尚不穩(wěn)定，因此采用單向油氣序輸方式能夠在輸送原油量較低時(shí)利用空氣以及天然氣等進(jìn)行置換，從而達(dá)到降低能耗以及提高原油管道利用率的目的。該項(xiàng)節(jié)能降耗技術(shù)對(duì)于提高原油管道運(yùn)行穩(wěn)定性、降低原油管道投資建設(shè)成本都具有重要的作用。

3.3.2 應(yīng)用交替輸油工藝降低原油管道能耗

在原油管道運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)用冷熱油交替技術(shù)能夠有效降低能耗，節(jié)約資源。在應(yīng)用該項(xiàng)節(jié)能技術(shù)時(shí)，應(yīng)科學(xué)確定冷熱油交替輸送順序，并根據(jù)原油管道停輸以及再啟動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)熱力與水力耦合模型的構(gòu)建，以便對(duì)準(zhǔn)確控制相關(guān)工藝參數(shù)，提高原油管道節(jié)能降耗消耗。目前，該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于我國(guó)原油管道建設(shè)中，通過(guò)對(duì)該技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用效果的分析發(fā)現(xiàn)，其能夠有效減少燃料油用量，降低原油管道運(yùn)行成本，節(jié)能降耗效果十分突出。

3.4 通過(guò)改造原油管道設(shè)備降低原油管道能耗

3.4.1 應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)改造原油管道輸油泵

原油管道輸送設(shè)備能耗較大是影響原油輸送系統(tǒng)整體節(jié)能降耗消耗的重要因素，因此應(yīng)積極應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)能降耗技術(shù)對(duì)輸油設(shè)備進(jìn)行改造。特別是我國(guó)目前所使用的輸油泵普遍存在泵送效率較低等問(wèn)題，造成了較大的能源浪費(fèi)，也制約了原油管道的輸油能力。在對(duì)輸油泵進(jìn)行改造時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況采用葉輪抽級(jí)技術(shù)、變頻調(diào)節(jié)技術(shù)或者自平衡技術(shù)等，提高原油管道輸油泵的泵送能力。該項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)現(xiàn)有原油管道系統(tǒng)中已經(jīng)得到了逐步的推廣應(yīng)用，某原油管道輸油線條在采用了變頻高壓調(diào)速輸油泵后，年輸油量提高了3%左右，節(jié)流損失率明顯降低，使節(jié)點(diǎn)效率達(dá)到了約60%，極大減少了對(duì)電力能源的消耗，降低了原油管道運(yùn)行成本，取得了十分理想的節(jié)能降耗效益。

3.4.2 應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)改造原油管道加熱爐

原油管道在輸送原油時(shí)需要對(duì)油品進(jìn)行加熱處理，而加熱爐的熱效率將直接關(guān)系到原油管道系統(tǒng)的節(jié)能降耗效果。所謂加熱爐熱效率也就是加熱爐所利用燃料熱量的有效率，而燃料質(zhì)量性質(zhì)特征、加熱爐熱量損失以及換熱能力等因素都會(huì)影響熱效率。因此，在對(duì)原油管道加熱爐進(jìn)行改造時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)原油管道加熱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確掌握相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并采用涂刷節(jié)能型涂料以及混合輸油工藝等節(jié)能技術(shù)減少能耗，并通過(guò)等溫輸送方式提高原油管道節(jié)能降耗消耗，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 通過(guò)稀釋稠油方式降低原油管道能耗

目前，我國(guó)原油管道所輸送的原油大多屬于三高原油，不僅流動(dòng)性差，而且黏度較大，在管道運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。為減少原油管道能耗，可以采用在原油中加入一定量輕質(zhì)油的方式對(duì)原油進(jìn)行稀釋，這樣可以降低原油的粘稠度，達(dá)到改善原油流動(dòng)性的目的。添加輕質(zhì)油稀釋原油技術(shù)易于掌握，且技術(shù)應(yīng)用較為成熟，該技術(shù)在原油管道運(yùn)輸中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，在應(yīng)用稀釋稠油技術(shù)時(shí)，應(yīng)注意科學(xué)控制輕質(zhì)油和原油之間的比例關(guān)系，合理確定配比，同時(shí)還應(yīng)對(duì)三高原油混合了輕質(zhì)油之后所形成混合油的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，才能在保證原油管道運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上降低原油在管道內(nèi)的摩擦阻力。如此，不僅可以有效改善原油流動(dòng)性，還能夠減少原油管道運(yùn)輸中所消耗的熱能以及電力能源，從而全面提高原油管道節(jié)能降耗效果。

4 結(jié)語(yǔ)

為解決原油管道在運(yùn)行過(guò)程中能耗過(guò)大的問(wèn)題，管道公司以及相關(guān)單位應(yīng)充分了解造成能耗的主要原因，并根據(jù)實(shí)際情況按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，合理應(yīng)用相應(yīng)的節(jié)能降耗技術(shù)。通過(guò)對(duì)原油的改性或改質(zhì)處理以及積極應(yīng)用先進(jìn)的原油輸送技術(shù)設(shè)備，改進(jìn)現(xiàn)有原油輸送工藝等多種方式減少對(duì)能源的浪費(fèi)，提高原油管道的輸送效率以及輸送能力，減少對(duì)環(huán)境的污染，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益以及環(huán)境效益，從而推動(dòng)我國(guó)原油行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。