一.   的基本概念

管道在输油过程中要消耗大量能量。为进一步了解输油泵站能源消耗情况和消耗结构，对鲁宁输油管道长清输油泵站实施了平衡测试，从能质利用方面对鲁宁管道中间泵站现行原油输送系统的节能潜力进行评估，以便采取措施提高管道输油系统的能量利用率和系统效率，为改进生产用能过程提供技术指导。

有关的基本概念解释如下。

（1）的定义。物质或物流在以给定环境为基准的理论做功能力的量度。

（2）物理。由温度和压力与环境状态下的温度和不同压力而产生的，由焓和压组成。

（3）化学。在环境温度和压力下，系统由于化学不平衡所具有的，即化学是由于体系与环境化学不平衡而通过化学变化引起的。

（4）损失。体系内未被利用的。

（5）有效。在体系内确定的工艺条件下，被加工对象从供给中吸收的，或供给对被加工对象所做的有效功。

（6）供给。体系外供给体系的。

（7）效率。常指设备效率，为有效与供给之比。

（8）分析。应用热力学第一和第二定律研究能的量与质两个方面的一种有效和系统的方法。

利用分析可以给出整个系统和各个环节的各项损失值，从而确切指出总的损失究竟分布在系统的哪个环节上，以提供节能的具体线索。分析是在能量分析计算的基础上进行的，因而可以确定输油泵站平衡方程式：

式中  E_x———进入系统的全部物流的之和；

E_q———供给系统的全部热量中所含有的；

E_w———相应于供给系统的功的；

D_e———设备内部的过程损失。

二.   平衡测试系统的确定和测试方法

长清输油站是鲁宁线的第一个中间泵站，为常开炉和常开泵泵站。全站主要耗能设备有8 141 kW, 方箱式加热炉3台，DKS750型输油泵6台。

长清站耗能形式有两种，一种是给原油加热的燃料油，一种是给原油加压的动力电能。在测试之前，对全站运行的监测仪器、仪表、计量器具的配备及检定情况进行了检查，对超检的计量器具重新进行检定。测试时更换了所有的现场一次压力表、温度计等，保证了测试期内测试数据的准确。

1   确定测试系统

测试系统分为输油生产系统和非输油生产系统两部分，重点分析输油生产系统。将输油生产系统分为三个子系统，即输热子系统、供用电子系统、单元耗能设备系统。

2   测试方法

采用全站统一测试和选用有代表性的输油设备单体详细测试相结合的方法。主要耗能设备的测试，是在系统测试后第二天选全年最具代表性的三个运行工况进行测试。加热炉采用正、反平衡测试，输油泵采用微温差法测试。

3   主要测取参数

这些参数为输油量、耗电量、燃料油消耗量、进出站和进出子系统原油温度和压力、散热量、原油工业分析及元素分析等数据。

4   测试时间的确定

系统测试时间为24 h，读数间隔为4 h。测试之后对单体主要耗能设备进行测试分析。

三.   平衡评定准则

平衡评定准则如下。

（1）效率

（2）损率

（3）损系数

（4）热力学完善度ε

四.   长清站测试系统的分析和计算

根据输油系统具体工艺，泵站系统采用黑箱模型、二个子系统采用灰箱模型、单元耗能设备采用白箱模型进行分析。

1   黑箱模型及平衡方程

泵站系统黑箱模型见图 1。

图  1  泵站系统黑箱模型

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输油泵站系统平衡方程：

输油泵站的效率：

输油生产系统平衡方程：

输油生产系统的效率：

2   输热子系统灰箱模型及平衡方程

根据图 2所示的站内工艺流程，把站内管网分为三段。第一段由原油进站到输油泵出口；第二段由输油泵出口到加热炉入口；第三段由加热炉入口到原油出站。

图  2  站内工艺流程简图

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为了考察管段的保温、水力特性，现将输热子系统的损分为几个部分进行计算。

（1）管段散热损失。

（2）压降损失。

（3）节流损失。

（4）冷热原油在汇管内的混合损失。

（5）加热炉损失。

输热子系统分析的灰箱模型见图 3。

图  3  输热子系统灰箱模型

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输热子系统平衡方程：

热能平衡系统的效率：

式中  t_e2-e_t1———原油经过输油站时由加热温升所得到的。

3   灰箱模型及平衡方程

长清站供用电系统由电网供电部分、输油生产设备耗电部分、辅助生产设备耗电部分和生活耗电部分组成。灰箱模型见图 4。

图  4  供用电子系统灰箱模型

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电能系统平衡方程：

电平衡体系的效率：

式中  e_p2-e_p1———原油经输油泵站由压力升高所得到的。

4   白箱模型及平衡方程

为了解长清站输油系统的能源消耗情况，对输油生产系统的主要耗能设备（加热炉和输油泵单体）进行了不同运行工况的详细测试。

（1）加热炉白箱模型见图 5。

图  5  加热炉白箱模型

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加热炉平衡方程：

加热炉效率：

（2）输油泵机组白箱模型见图 6。

图  6  输油泵机组白箱模型

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输油泵机组平衡方程：

输油泵的效率：

输油泵站平衡测算结果见表 1。

表  1  泵站系统分析测算值

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五.   测试结果及改进措施

泵站平衡主要技术指标测试结果如下。

泵站系统效率η_el为25.33%；输油系统效率η_e2为25.42%；输热子系统效率η_eq为7.66%；供用电系统效率η_ew为52.02%；加热炉效率e_x11为77.43%；输油泵损失率e_x12为19.48%。

1   测试结果分析

（1）长清输油站原油输送系统的效率只有25.42%，能质的利用率很低，整个管道输油系统有很大的节潜力。

（2）损失率最大的是加热炉，占整个原油输送系统损的77.43%，消耗在加热炉上的燃料油占整个输送系统供入的64.33%。

（3）损失较大的是输油泵机组，占整个输送系统损失的19.48%，消耗在输油泵机组上的动力电占整个输送系统供入的34.98%。

（4）加热炉平均效为7.11%，输油泵平均效为69.9%。

2   改进措施

由测试结果分析可以看出，以低效的设备作为主要的耗能设备，同时高能级高值的能源（燃料油、动力电）消耗于低能级的用能过程，是鲁宁管道中间泵站用能不合理、能质浪费的症结所在。应对中间输油泵站主要耗能设备进行技术改造，提高原油输送系统的能质利用率，措施如下。

（1）采用预热助燃空气。由加热炉单体分析测算结果可知，加热炉损失最大的是燃烧过程中的损失，一般占整个加热炉供给的49%，相当于一半左右的供给损失在燃料油的燃烧过程中。采用预热助燃空气不仅能降低排烟损失，还能提高理论燃烧温度、燃烧产物的能级和燃气的值，从而减少燃烧过程的损失。

（2）降低过剩空气系数。由现场测试可知，加热炉的过剩空气系数高达3.46，过量空气的输入使得燃料燃烧的温度下降，燃烧产物增加，使燃料所释放的化学能只能转换为温度较低、能级较小的热能，从而增加了燃烧过程损失。为此要求加热炉操作人员调节好烟道挡板和火嘴的供风量，尽量降低过剩空气系数，以达到降低燃烧过程损失的目的。

（3）改进现行加热炉的结构，提高工质的吸热平均温度。加热炉的第二大损失项是不等温传热损失，占加热炉供给的32%左右。不等温传热损失是由高能级烟气加热只需较低温度的原油产生的，因而只有通过改造现行加热炉的结构，通过提高工质的吸热平均温度，缩小传热温差，才能达到降低不等温传热损失的目的。

（4）采用高效泵，淘汰现有泵。由测试结果可知，供用电系统的能质利用率为52.05%，输油泵的损失系数为40.72%。而高效泵的效率一般高于DKS输油泵3%~5%，能节约大量的电力，为此应采用高效泵。

（5）原油的不等温混合损失为0.092%。这是比较低的，原因是系统运行工况比较合理，降低了管内原油的不等温混合温差，因此在运行中应尽量减少原油的不等温混合温差。

（6）散热损失率为0.119%，说明站内输送系统的保温效果还是比较好的。

（7）节流损失率为2.08%，可采用密闭输送方式或调速电机来代替阀门控制流量的方法，以减少节流损失。