降低西氣東輸二線空壓機系統(tǒng)能量損耗措施分析

王彥棟（中國石油管道聯(lián)合有限公司西部分公司）

降低西氣東輸二線空壓機系統(tǒng)能量損耗措施分析

王彥棟（中國石油管道聯(lián)合有限公司西部分公司）

雙螺桿空壓機是一種提升氣體壓力的機械，雙螺桿空壓機是目前最流行的結(jié)構(gòu)型式。結(jié)合雙螺桿空壓機的特點及西氣東輸二線空壓機系統(tǒng)的能量關(guān)系進行分析，找出了雙螺桿空壓機能量損耗的主要來源，并給出了降低空壓機系統(tǒng)能量損耗的措施，從而提高了設(shè)備的運行效率。

空壓機系統(tǒng) 能量傳遞 設(shè)備效率 節(jié)能降耗

西氣東輸二線是中國石油管道公司西氣東輸系列中的第2個工程，主氣源為中亞進口天然氣，調(diào)劑氣源為塔里木盆地和鄂爾多斯盆地的國產(chǎn)天然氣。管道工程西起新疆霍爾果斯口岸，南至廣州，途經(jīng)新疆等14個省市區(qū)。壓縮空氣是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的資源，是僅次于電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，其應(yīng)用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機械、輕工、紡織、汽車制造等諸多行業(yè)和部門。而用來生產(chǎn)壓縮空氣的機器正是空氣壓縮機（簡稱空壓機）。它的作用是提供清潔、干燥的壓縮空氣。為了滿足長輸管線對于輸氣的高壓力要求，西氣東輸二線所有壓氣站均采用了離心式管道壓縮機作為提高管線壓力的必需設(shè)備。而為了給壓縮機組中的閥門（例如：防喘閥、加載閥、燃料氣控制閥、干氣密封增壓橇氣動馬達、進氣系統(tǒng)過濾器反吹用氣等）提供動力氣，各個場站均配備了以空壓機為核心的空氣壓縮系統(tǒng)來生產(chǎn)清潔、干燥的壓縮空氣。

1 雙螺桿空壓機的特點

與傳統(tǒng)的活塞壓縮機相比，雙螺桿式空壓機的主要特點有可靠性高、無振動，噪音易消除，排氣純凈等[1]。

1）運行成本低，具有很好的節(jié)能效果：系統(tǒng)采用0%～100%的排氣量無級調(diào)節(jié)。當用氣量減小時，排氣量跟著減小，電動機的電流也同時降低；當不用氣時，空壓機空車運轉(zhuǎn)，空車過久自動停機，當用氣量增加時，恢復(fù)重車。

2）全新智能控制系統(tǒng)，顯示全系統(tǒng)運行狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)運行，保養(yǎng)預(yù)示，故障診斷和安全保護停機，運行更加可靠，操作簡單。

3）整體設(shè)計更加先進，噪言更低，結(jié)構(gòu)更堅固。

4）超常的冷卻系統(tǒng)設(shè)計，特別適用于亞洲高溫、高濕環(huán)境。優(yōu)良的隔振技術(shù)和降噪措施，雙螺桿空壓機的安裝無須專用的基礎(chǔ)，只要留出通風和維護空間，就能安置壓縮機[2]。

2 空壓機系統(tǒng)的能量分配和損耗

目前，西氣東輸二線空壓機系統(tǒng)采用雙螺桿結(jié)構(gòu)，螺桿空壓機在正常運行時，是將電能轉(zhuǎn)化為機械能和熱能兩部分，所以機械能只是電能轉(zhuǎn)換的一部分，約占電能的15%左右，另外85%的電能轉(zhuǎn)化為熱能。在機械能和熱能轉(zhuǎn)換的過程中會有部分能量因為做無用功而損失掉。當空壓機執(zhí)行加載程序時，電能供給電動機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生機械能，電動機通過聯(lián)軸器將機械能傳遞給與電動機相連的齒輪，再通過嚙合齒輪分別將機械能傳遞給高壓壓縮機的同步齒輪以及低壓壓縮機的同步齒輪，同步齒輪帶動陰陽螺桿轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對空氣的壓縮，此過程中同步齒輪將機械能傳遞給陰陽螺桿，陰陽螺桿對空氣做功，將自身的機械能轉(zhuǎn)換成空氣的壓力能和熱能。空氣壓力能的升高使得壓縮空氣的壓力得到提高，而熱能的提高使得壓縮空氣的溫度得到提高?？諌簷C配備了油冷卻器、中間冷卻器和后冷卻器[3]。這些冷卻器均為風冷式冷卻器，冷卻空氣由風扇提供。油冷卻器將潤滑油吸收的熱能帶走，從而降低潤滑油的溫度，使得潤滑油能夠保持在一定的溫度范圍內(nèi)，在對低、高壓壓縮機機頭進行潤滑時，能同時起到冷卻的作用，從而保護機器延長機器的使用壽命。在油冷卻過程中，由于換熱面積大，所以能夠使熱能很好的實現(xiàn)交換。中間冷卻器和后冷卻器分別為從低壓壓縮機出口的空氣和高壓壓縮機出口的空氣進行冷卻，以保護下游設(shè)備和到達空壓機出口的空氣符合儀表風供氣的溫度標準。無論是油冷還是空冷，高溫的滑油以及壓縮空氣在被風扇所提供的冷卻空氣進行冷卻時，熱能實現(xiàn)了傳遞，傳遞完成后冷卻空氣的熱能升高很多。

3 降低空壓機系統(tǒng)能量損耗的措施

機械能傳遞的壓力能為設(shè)備做出有效功，為了提高設(shè)備的工作效率，節(jié)約能耗，必須提高機械能的使用率，即機械能在能耗中所占的百分比，為此，可以提高電能到機械能的轉(zhuǎn)換率，或者降低熱能的產(chǎn)生。作為直流電動機，當正常運行時，恒定的電壓和轉(zhuǎn)速使得它的機械能輸出基本是不變的，要提高機械能的使用率，只能通過降低熱能的方式。熱能的產(chǎn)生包括電動機自身溫度的提升以及壓縮空氣溫度的提升?？梢圆扇∫韵陆档蜔崮軗p失的措施。

1）過強化噴油冷卻，降低二級吸氣溫度，降低二級壓縮過程多方指數(shù)，兩級嚷油雙螺桿空壓機的傳統(tǒng)做法是在一級壓縮后，采用多點小直徑噴油口噴油，能有效噴入小粒徑油霧降低排氣溫度，使排氣溫度降到接近于噴油溫度，為二級壓縮預(yù)先噴液，有待于降低二級壓縮的多方指數(shù)[4]。

2）兩級壓縮的可以降低軸承軸向負荷，不僅提高軸承壽命，更重要的是由于承載軸向負荷的軸承磨損大大減輕，排氣側(cè)軸向端面間隙變化趨慢，穩(wěn)定性較好。

3）通過定期對電動機加注潤滑脂可以減少電動機各連接部的摩擦，從而減小熱能的產(chǎn)生。

4）頻繁的啟停電動機也會產(chǎn)生更多的熱能，為降低效率，在HMI操作界面上設(shè)置加載和卸載壓力時，不能將加載壓力和卸載壓力的數(shù)值設(shè)置的過于接近。

此外，由于高溫的潤滑油及壓縮空氣被風扇所提供的冷卻空氣帶走了大部分的熱能，也可以通過這一能量關(guān)系用來降低能耗。在冬天溫度很低的情況下，空壓機房內(nèi)的儲氣罐冷凝水排污線以及電子疏水器排污線很容易發(fā)生冰堵，為了防止冰堵情況的發(fā)生，需要在空壓機房架設(shè)電暖器或者對上述管線鋪設(shè)電伴熱，這樣無疑消耗了很多電能，而且還不一定能達到預(yù)期的效果，但是通過打開入孔，減小風門開度，可以使得冷卻空氣帶走的那部分熱量不被排入大氣，而是循環(huán)回到空壓機房進行再利用，這樣就充分利用了冷卻空氣交換走的熱能，從而達到節(jié)能的目的。

提高設(shè)備的工作效率，使之盡可能的多做有用功，減少無用功的損耗。對于無法避免的能量損耗，也要進行循環(huán)再利用，能源的再利用也伴隨著污染的減少。

[1]章雪平.淺談壓縮機故障診斷中的特征信息提取技術(shù)[J].民營科技,2011(5):39.

[2]譚海艷.螺桿式空氣壓縮機的維護保養(yǎng)[J].科技信息, 2011(12).

[3]楊斌,李晉淵.螺桿壓縮機排氣壓力過低[J].設(shè)備管理與維修,2011(6).

[4]佴耀.壓縮空氣站的節(jié)能探討[C].江蘇省能源研究會第八屆學術(shù)年會論文集,2000.

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.005.018

2014-02-24）

頁巖氣開發(fā)不忘環(huán)境保護

胡慶明

王彥棟，2010年畢業(yè)于中國石油大學（華東）（計算機與通信工程學院），主要研究輸氣站場的自動化系統(tǒng)及能量控制，E-mail：378115738@qq.com，地址：烏魯木齊市南湖南路133號城建大廈23層。

重慶焦石壩地區(qū)的頁巖氣發(fā)現(xiàn)是國內(nèi)頁巖氣勘探開發(fā)的新開端、轉(zhuǎn)折點，目前該地區(qū)頁巖氣田已進入商業(yè)化開發(fā)階段，中國石化參戰(zhàn)的施工單位牢固樹立生態(tài)環(huán)保、安全生產(chǎn)和責任擔當意識，加強生態(tài)環(huán)境風險評估，建立環(huán)境風險防控技術(shù)規(guī)范體系，強化風險監(jiān)管機制，嚴防安全生產(chǎn)事故發(fā)生，確保實現(xiàn)頁巖氣開發(fā)利用安全、可控、有序、健康、可持續(xù)綠色發(fā)展。