长输管道输油工艺节能技术分析

2022-09-11

引言

对于液化石油及天然气的搬运转移, 常见的运输方式是铁路运输、水路运输、公路运输、航空运输和管道运输。而在这五种运输方式中, 相对于原油、成品油和各种具有常温状态下呈现流体性质的各类化工产品而言, 管道运输是最佳的运输方式, 管道运输体现了很大的优势性, 具有“安全、环保、低耗、节能, 提高社会经济效益”的特点, 这是将来很长一段时间原油集输系统与长输管道科研不断攻关的目标方向, 这也使得原油输送工艺技术有了前所未有的关注与重视[1,2,3,4]。

管道输油企业是国家重点耗能单位, 原油管道运输必须要克服运输过程中产生的摩擦阻力和散热损失, 就需要给生产运行过程中原油加压、加热, 也就是提供动能与热能, 就会消耗巨大的电力和燃料油。怎么样提高源利用率, 降低油、电消耗, 安全到达运输目的地, 成为每一位输油企业节能工作者研究的课题。文章从优化输油工艺、运用节能新技术和加强管理, 提高能源利用率等方面分析了长输管道输油工艺中的节能技术, 探讨了如何提高长输管道输油过程中的能源利用率, 可为长输管道输油企业在实际运行及管理方面提供借鉴。

一、优化输油工艺

加热炉和输油泵是输油管道系统两种主要的耗能设备[5], 在输油技术中把降低设备的能量损失与燃料消耗作为重点, 从输油泵和加热炉两方面优化了输油工艺条件, 以达到降低能耗的目的。

1. 加热炉

加热炉在石油、化工、冶金中运用普遍, 并成为热输原油管道的主要耗能设备, 直接式加热炉在苏联, 美国曾大量运用, 但美国还使用间接式加热炉。热媒炉系统自动控制与调节系统的实际使用效果好, 同时采用余热回收办法, 节能效果明显。我国在20世纪80年代后期开始普遍采用间接式加热炉, 达到了一定的节能效果, 随着近年来, 国家不断的大力投入研究燃烧节能新技术、新设备, 以及新型高效燃烧器和余热回收装置技术的投入研究, 很好的提高了加热炉的效率。根据多年工作经验, 在加热炉方面认为可从以下几方面入手提高耗能设备利用率: (1) 加强炉管清灰和燃料计量仪表的检验; (2) 强化技术人员和操作人员对加热炉风配比的技术培训, 试验推广使用可增强炉膛辐射换热的涂料; (3) 在加热炉大修时注意加强炉前和防爆门断面的炉体保温, 在燃油改燃气时, 注意燃烧器对天然气的气压使用范围。

2. 输油泵

输油泵作为液压传动系统, 保证柴油在低压油路环境内循环, 也成为热输原油管道的主要耗能设备。在国外大型输油泵通常采用电机调速控制, 这种方式的节电率可达40%。而在我国国内输油泵运行效率远远低于国外的技术水平, 节能大概约10-20%, 通常的做法采用阀门节流, 这种方式看上去很有效, 但是很浪费能源。同时还有相当数量的输油泵处于部分负荷下工作, 工作流量小于额定流量, 而工作压力有大于额定压力。当前, 经过多年的研究采用变频调速技术, 并在新旧管线上推广应用, 取得了很好节能效果[6]。此外在输油泵的日常运行方面, 还应注意以下几点: (1) 加装无功补偿装置提高功率因数, 节约电能, 且在大流量生产运行时应选择两台工频输油泵机组并联运行; (2) 对于节流损失较大的输油泵, 应进行拆级改造或更换形同输量低扬程输油泵; (3) 建议定期进行振动故障诊断测试, 避免被动停车。

二、运用节能新技术, 降低能耗

我国生产的原油大部分为含蜡量高、凝点高、粘度高的“三高”原油, 原油加热输送已成为管道输油的重要途径, 但是加热会造成大量的燃料浪费。针对“三高”原油提出的原油改性处理技术可有效降低燃料的浪费。

1. 针对高凝原油, 除了加热 (物理降凝法) 外, 还可向原油中加入降凝剂 (化学降凝法) , 可大大改善原油的流变性。

降凝剂主要有两类, 一类是以石油磺酸盐、聚氧乙烯烷基胺和六聚三乙醇胺油酸酯为代表的表面活性剂型原油降凝剂, 可通过在蜡晶表面吸附的机理, 使蜡不易形成遍及整个体系的网络结构而起降凝作用;另一类是以聚丙烯酸酯为代表的聚合物型原油降凝剂, 在主链或支链上有与蜡分子共同结晶的非极性部分, 也有使蜡晶晶型产生扭曲的极性部分, 从而起到降凝作用。

2. 针对高含蜡原油的运输, 需采取防蜡工作。

蜡是C15-C70的直链烷烃, 常温下为固体, 在管道运输工程中, 蜡易溶解在原油中, 随着压力和温度的降低, 易引起结蜡。针对高含蜡原油, 除了加热外, 还可向原油中加入防蜡剂, 抑制原油中的蜡晶析出、长大和在管道表面的沉积。防蜡剂主要有三类, 一类是稠油芳香烃型防蜡剂, 该类防蜡剂主要是通过参与组成晶核, 使晶核扭曲, 不利于蜡晶的继续生长;第二类是聚合物型防蜡剂, 作用机理同聚合物型降凝剂;第三类是表面活性剂型防蜡剂, 又分为油溶性和水溶性两种, 油溶性的作用机理同表面活性剂型降凝剂, 水溶性的主要是通过吸附在输油管道表面, 改变管道表面的性质, 使其变成极性表面并有一层水膜, 不利于蜡的沉积。

3. 针对高粘油的运输, 除了加热和加入降粘剂外, 还可通过改进输油泵, 实现节能控制[7]。

相对低粘度流体而言, 高粘原油输送时较高的粘度会抑制叶轮出流和蜗壳内低速流动的紊流掺混, 造成流体角动量不守恒, 国内输油泵通常是采取减小阀门开度来降低泵流量, 这种情况下还会造成较大的节流损失, 从而进一步降低泵效, 使能耗加大;粘油输送时粘性增大使得流道内摩阻升高, 产生较大的水力摩擦损失。

针对以上高粘造成耗能上升的现象, 可从以下几方面展开改进措施, 以降低能耗。 (1) 对过流部件进行抛光、打磨并涂抹贝尔左钠高分子涂料, 提高泵整体效率; (2) 改变管路特性和离心泵性能曲线, 调整泵运行工况, 管路特性一般无法改变, 但是可通过对输油泵进行叶轮切削处理和增设变频装置, 提高泵效和经济效益; (3) 合理确定泵的型号, 做到梯级匹配, 实现泵机组合理启运搭配, 实现节能降耗; (4) 优化工艺, 精心调度, 合理控制高粘油的输送温度, 在满足工艺的情况下实现高效配送。

三、加强管理, 科学合理用能, 提高能源利用率

科学合理用能是节能的根本途径, 科学合理用能除了以上优化输油工艺以及运用节能新技术以外, 加强科学管理也可提高能源的利用率。

1. 加强节能教育和宣传, 明确要求, 完善管理体制。

管道输油企业应当从实际情况出发, 有计划地开展专题节能培训, 树立全民的节能意识和“节约能源, 人人有责”的责任感。节能管理体系应当进一步完善, 要做到“人不散、线不断、网不破”。将节能工作与降低输油能耗、增加企业经济效益挂钩, 加强节能的科学化、现代化管理。

2. 坚持科学用能监督和监测。

在当前市场经济条件下, 充分利用现有的《节约能源法》、《重点用能单位节能管理办法》、《电力法》的法律法规, 监督和约束用能企业的用能和耗能状况, 取缔非法用能户, 坚持按标准收费, 避免能源流失。通过节能监测, 对输油设备存在的能源浪费现象查找原因, 搞清重点耗能设备的耗能状况及能源利用率, 有的放矢的对耗能设备进行维修、检修或节能技术改造, 充分提高企业能源的利用率。

四、结语

通过对长输管道输油工艺节能技术进行分析, 长输系统的节能降耗应从工艺优化及运用新工艺新技术和加强科学管理方面入手, 建立健全安全可靠低耗能的长输管道输油系统, 降低能耗水平, 在一定程度上减少系统的运营成本和能源浪费, 为现场长输管道的安全经济运行提供依据。目前, 就油气长输管道输送工艺方法本身而言, 国内与国外的水平相当, 但在管道的运行管理和主要输送设备的有效利用水平上还存在着一定的差距, 在管道输送的节能降耗方面, 应进一步向国外学习, 开发并利用新的节能技术, 将是油气长输管道节能降耗发展的方向。

摘要：长输管道是输送能源的主要设备, 也是耗能大户, 如何降低油、电消耗, 提高能源利用率, 达到节能增效的目的, 是每一位输油企业节能工作者研究的课题。从优化输油工艺、运用节能新技术和加强管理, 提高能源利用率等方面分析了长输管道输油工艺中的节能技术, 探讨了如何提高长输管道输油过程中的能源利用率, 可为长输管道输油企业在实际运行及管理方面提供借鉴。

关键词：长输管道,原油,节能,耗能,能源利用率