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油气储运系统节能技术分析胡乃龙

发表时间：2021/6/22 来源：《基层建设》2021年第6期作者：胡乃龙

[导读] 摘要：油气是国民经济建设的重要能源，与人们的生活息息相关，随着经济的迅速发展，石油天然气企业的生产能力和规模都不断提升和扩大。

        国家管网集团东部原油储运有限公司江苏省徐州市 221008
        摘要：油气是国民经济建设的重要能源，与人们的生活息息相关，随着经济的迅速发展，石油天然气企业的生产能力和规模都不断提升和扩大。油气主要是通过管道运输，在输送过程中，输油泵和压缩机组消耗大量的电能。高凝点原油在储存和运输环节，需进行加热，消耗大量的天然气等燃料。油气储运企业每年的能源消耗量相当大，通过优化对储存和输送的技术进行优化，可节省大量的能源，本文就油气储运系统中的节能技术进行了分析和探讨。
        关键词：油气储运；变频技术
        1管道是油气储运环节的重要环节
        油气行业是一个具备上周下游的完整产业链，人们日常生活中直接接触的是整个行业的末端。与日常生活直接相关的有汽油、柴油、天然气等，汽油和柴油作为汽车的燃料，天然气可作为家庭烧饭的燃料。原油的产业链的包括勘探开发、原油输送、石油炼制、成品油输送、成品油销售等。天然气的产业链包括勘探开发、输送、销售等环节。
        一般而言，原油和天然气的产地和加工、消费不在同一区域，油田、气田、码头与炼厂及能源消费区域相隔较远，需通过各种运输方式将原油和天然气进行运输。常见的运输方式有汽车、火车、轮船、管道等运输方式。汽车和火车单次运量小，运输成本高，轮船只能在有水路通航条件下才能运输，且易受天气影响，管道与前几者相比，具有较多优势，具体如下：
        （1）占地少。
        管道通常埋于地下，占用的土地很少，一般埋地管段占管道总长度的95%以上，对于节约土地资源，意义重大。
        （2）管道运输安全可靠，连续性强。
        由于原油和天然气易燃、易泄漏，采用管道运输方式，既安全，又可以大大减少挥发损耗。同时管道基本埋藏于地下，在运行中不易受恶劣天气的影响，可以长期稳定的运行。
        （3）管道运输成本低。
        在大量运输时，管道运输的成本与水运接近，在无水的条件下，采用管道运输是一种最经济的方式。管道运输是一种连续工程，不存在铁路、公路、水运类似的空载行程，系统的运输效率高。
        （4）运量大。
        一条输油管线可以长时间24小时不间断地进行原油输送，根据管径等设计参数的不同，每年的输量可达几百万吨到几千万吨。
        基于以上原因，油气输送主要以管道为主。国内有很多管道公司，从事管道运输业务，管线将油气产地（码头）、油气加工地和油气消费区域连成了一个大的系统，具体的连接方式是储罐-管道-输油站-管道-储罐。为了更好的实现全国能源的调配，中石油、中石化、中海油及部分省网进行整合，于2020年成立了国家管网集团，专门从事油气管道输送。
        2油气储运系统常见的节能技术
        2.1 原油配比混输技术
        不同的原油品种具有不同的凝点，为避免发生凝管事故，高凝点原油在输送时，原油温度需高于其凝点一定的数值。当环境温度较低时，需开启加热设备加温，耗费大量的燃料。为了减少加热设备的负荷或者不运行加热设备，可将凝点不同的原油按照一定的比例进行混合，使混油的凝点低于环境温度，从而在不开加热设备的情况下能够正常输送。
        目前常用的配输方式是两台并联泵的入口吸入不同的油种，其出口连接到一根汇管，通过调节泵出口的调节阀开度或者调节泵的转速实现配输。两台泵的出口一般设置有超声波流量计，用于检测不同油种的流量。配输方式一般有自动配输和人工配输两种。
        2.2 变频技术
        2.2.1 管道运行工况的调整
        2.2.1.1 流量的调整。
        码头来油受船期、天气影响大，油轮集中到港时，需尽量提高外输量，腾出库容，用于接卸原油；天气异常，如遇到大风等天气时，码头无法进行接卸作业，储罐内原油库存减少，一般需降低外输量，避免管线停输。
        2.2.1.2 压力的调整
        原油中含有硫化物、沥青胶质等杂质，管线长期运行之后，会造成管壁腐蚀；外部防腐层的破坏会导致管线外壁的腐蚀；管线建设时期的野蛮施工、建成之后受沉降或外力影响会造成管线金属损失。在管线检测时，腐蚀和金属损失都可以发现并进行准确定位，以上两种情况都会使管线的承压能力低于原设计压力。在内检测结果分析完成之后，根据腐蚀和金属损失点的具体情况计算承压能力，在整治之前，需对压力进行调整，使此处的压力不超计算值。
        对检测出的腐蚀缺陷点，一般通过焊接补板的方式进行整治。按照规程要求，焊接点的管线压力需低于一定的值，在作业之前需对压力进行调整。

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        管线在运行时，由于油品的变化，各输油站的进出站压力会发生变化。因输油站的进出站压力有允许最低值和允许最高值，以保证输油泵不发生抽空、气蚀，输油管线不发生爆管等事故。在运行中要对管线的压力进行调整，保证各站的进站压力在保护值范围之内。
        2.2.2 传统的工况调整方式
        为满足上述管线流量和压力控制需求，传统的方式是通过控制阀门的开度和调整运行泵的数量来实现的，这两种调整方式都存在一定的弊端。
        改变运行输油泵的数量会增加设备的启停次数，每一次启停都会对机电设备造成冲击，增加机械磨损，降低设备使用寿命，并且每一次启停操作都伴随着风险。此方法对压力和流量的调节是阶跃式的，不连续。例如控制管线压力时，通常会低于需求值，从而降低了管线的流量；在突然遇到恶劣天气，原油接卸受影响，管线流量无法降低到一个比较精确的区间，会造成管线停输，增加设备操作频次。
        通过调节阀门开度调整压力或流量时，会产生节流，增加不必要的能耗。阀门长期处于中间位，内部受力不均衡，会影响阀门的使用寿命。
        2.2.3 变频控制技术的优势
        输油泵采用变频控制技术能很好解决传统方法的不足。实际运行时，操作人员只需在调度室SCADA工作站输入数据，即可改变运行泵的频率，能在较大的区间内连续调整管线的压力和流量，控制精确可靠，操作简单方便。另外，用变频器启动电机时，能降低启动电流，减轻对电网的冲击。基于以上优势，输油泵采用变频控制技术已成为一种趋势。输油泵采用变频控制技术具有以下特点：
        2.2.3.1 灵活、节能调节输油管线的流量，控制输油泵站压力
        输油管线加压本采用变频控制技术时，可以通过改变各台变频器的输出频率调节输油泵的扬程，从而调整输油管线的流量，无需加减泵即可在一定的区间内连续调节管线流量。未采用变频器的输油管线在调节流量时需要通过启停泵改变运行泵的配置或调节阀门的开度，从而控制流量，能耗高、流量无法连续调节。
        在输油管线站外管道进行焊接补板等施工时，需要控制输油泵站的出站压力低于一定的压力值，传统的方式通过调整运行泵的数量或调节阀门的开度来实现，增加了设备操作次数和能耗。输油泵采用变频控制技术时，可通过调整变频器的输出频率来控制出站压力，既控制精确，不影响输量，又降低能耗。
        2.2.3.2 减轻启动电流对电网的冲击和对机电设备的损伤
        电机直接启动时，启动电流是额定电流的4-7倍，对电网有冲击，损伤机电设备。采用变频器控制时，是一个软启动过程，启动电流小，对上级电网无冲击，消除了启动过程中对机电设备的损伤，提高了设备的使用寿命。
        2.2.3.3 减轻对管线的压力波冲击
        无变频器控制的输油泵在启停时，产生的压力波变化速率快，对管线的冲击强。变频器控制的输油泵在启停或调频时，压力波变化速率慢，在相同的压力波峰值下，对管线的冲击小，有利于延长管线的使用寿命。
        2.2.3.4 不会增加电动机拖动系统的运转噪音，减轻输油泵站环保压力
        变频器基于多电平级联技术，输入谐波小、功率因数高、效率高。不需要外部输出滤器就可提供正弦输出电压，不会增加电动机拖动系统的运转噪音，输出转矩脉动小。面对环保日益严格的趋势，无需额外增加降低噪声的措施，减轻输油泵站的环保压力。
        2.2.3.5 可靠性高，维修简单方便
        采用大功率的 IGBT 功率模块，IGBT 模块的驱动与过流保护采用专用电路，可靠性高。功率单元组件具有互换性，若出现故障，可在几分钟内用简单工具进行更换维修。
        2.2.3.6 与输油管线SCADA交互简单易行
        输油管线SCADA系统以PLC为基本架构，通过DI、DO、AI、AO等模块与现场仪表及电气系统进行指令和信号交互。变频器内部的PLC有相应的DI、DO、AI、AO等通道，SCADA系统与变频器通信简单方便，易实现。
        结束语
        总而言之，随着我国经济的发展，石油、天然气等能源的储运已经成为了影响能源经济可靠供应的关键环节。通过采用节能技术可实现行业的绿色经济发展，为我国社会经济的长期可持续发展保驾护航。
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