空冷器風(fēng)量測試準(zhǔn)確性研究

嚴(yán)海芬，溫亞雄

中國石化中原油田分公司 技術(shù)監(jiān)測中心（河南 濮陽 457001）

0 引言

空冷器是油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)的主要用能設(shè)備之一，以單位供風(fēng)量電耗來表征空冷器的電能利用狀況，即空冷器單耗。空冷器單耗的相關(guān)參數(shù)為電動(dòng)機(jī)輸入的有功功率和空冷器風(fēng)量?？绽淦黠L(fēng)量測試的準(zhǔn)確性直接影響空冷器單耗的計(jì)算結(jié)果，也直接反應(yīng)空冷器運(yùn)行效果。

對(duì)近年所測的315臺(tái)空冷器進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共有58臺(tái)空冷器風(fēng)量超過了額定風(fēng)量，占測試總數(shù)的18.4%。對(duì)該問題進(jìn)行現(xiàn)場測試、分析、驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)不同的測試方法測得的空冷器風(fēng)量差異較大，針對(duì)這一結(jié)果，對(duì)不同的測試方法進(jìn)一步研究，確定符合現(xiàn)場運(yùn)行設(shè)備的測試方法。

1 風(fēng)量測試與計(jì)算

空冷器風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)[1-2]，葉片上各點(diǎn)的線速度因距離葉片軸中心的距離的不同而不同，因而葉片各點(diǎn)上下壓差不同，風(fēng)速也不同。

根據(jù)理論分析及現(xiàn)場測試情況，空冷器各點(diǎn)風(fēng)速與測點(diǎn)距風(fēng)機(jī)軸心距離成正比關(guān)系[3]。

1.1 測點(diǎn)布置及風(fēng)量測試

參照GB 15913—2009《風(fēng)機(jī)機(jī)組與管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測》風(fēng)速測點(diǎn)布置。

同心圓與圓心的距離（Ri）按式（1）計(jì)算：

式中：R為管道半徑，mm；i為同心圓序數(shù)；n為根據(jù)管道直徑確定同心圓數(shù)。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)機(jī)葉輪半徑2 m的空冷器測試布點(diǎn)見表1。

表1 風(fēng)速測點(diǎn)布置計(jì)算結(jié)果

表1中所列同心圓半徑布點(diǎn)在現(xiàn)場測試環(huán)境中操作難度較大，因此以10 cm和20 cm為間隔對(duì)比。

以某天然氣處理廠3-EA-1空冷器風(fēng)量測試結(jié)果為例。該壓縮機(jī)空冷器，風(fēng)機(jī)葉輪半徑2 m。測試時(shí)環(huán)境風(fēng)速0.52 m/s，環(huán)境溫度22.6℃，相對(duì)濕度81.6%RH。風(fēng)速測試結(jié)果見表2。距圓心距離相差20 cm時(shí)所測風(fēng)速相差平均為6.2%，小于5%的比例為47.1%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，確定同心圓劃分間距為10 cm是較為科學(xué)的，同時(shí)每個(gè)同心圓上取4個(gè)測點(diǎn)，可進(jìn)一步降低測試誤差。

表2 空冷器風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口不同位置風(fēng)速測試情況

1.2 平均風(fēng)速計(jì)算

由于同心圓的半徑不同，因此各個(gè)同心圓環(huán)的面積不同，分別為 100π（cm2）、300π（cm2）、500π（cm2）、700π（cm2）……，為一等差數(shù)列，將同心圓按距圓心距離由小至大編序號(hào)為1,2,3，…，n，則同心圓環(huán)面積依次為 1×100π（cm2）、3×100π（cm2）、5×100π（cm2）……、（2i-1）×100π（cm2）。計(jì)算總平均風(fēng)速時(shí)，將各同心圓環(huán)的面積與該圓環(huán)處風(fēng)速相乘再累加，然后再除以進(jìn)風(fēng)口總面積即為總平均風(fēng)速，用公式表示：

化簡后為：

式中：i為同心圓環(huán)序號(hào)，按半徑由小到大依次編序號(hào)為1，2，3…；Vi為序號(hào)為i的圓環(huán)各點(diǎn)平均風(fēng)速，m/s。

風(fēng)量計(jì)算：

式中：V為風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口平均風(fēng)速，m/s；S為風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口面積，m2。

2 應(yīng)用情況驗(yàn)證

采用確定的方法測試空冷器風(fēng)量，共測試了76臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，有2臺(tái)的測試風(fēng)量大于額定風(fēng)量，占2.6%。表3為部分空冷器風(fēng)量測試時(shí)距圓心距離相差10 cm和距圓心距離相差20 cm測試結(jié)果對(duì)比。

用該測試方法在對(duì)某凈化廠空冷器測試中，發(fā)現(xiàn)部分空冷器風(fēng)量無法根據(jù)運(yùn)行生產(chǎn)工況調(diào)整，實(shí)際生產(chǎn)中造成不必要的能源浪費(fèi)，提出采用變頻[4]措施的建議。對(duì)采取變頻措施后的部分空冷器進(jìn)行了現(xiàn)場抽樣對(duì)比測試和評(píng)價(jià)[5-6]，測試結(jié)果表明措施實(shí)施后取得了顯著的節(jié)能效果，具體如下：

1）112-A-101C空冷器有功節(jié)電率為23.0%。

3）112-A-101E空冷器有功節(jié)電率為27.6%。

4）111-A-101C空冷器有功節(jié)電率為24.6%。

5）111-A-101E空冷器有功節(jié)電率為24.2%。

詳細(xì)測試結(jié)果見表4、表5。

3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

3.1 社會(huì)效益

該測試方法在測試現(xiàn)場操作性強(qiáng)，并能確?？绽淦黠L(fēng)速測試的準(zhǔn)確性，能夠?yàn)樯a(chǎn)單位提供更加準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù)。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過測試，針對(duì)空冷器存在的問題提出節(jié)能改進(jìn)措施，采用變頻技術(shù)節(jié)約電量。如對(duì)某凈化廠通過測試提出節(jié)能改進(jìn)措施，采用變頻技術(shù)的空冷器約20臺(tái)，平均每臺(tái)空冷器的節(jié)電率按25%、空冷器運(yùn)行功率20 kW來計(jì)算，每年每臺(tái)空冷器可節(jié)電4.38×104kW·h，年可節(jié)約電87.6×104kW·h，按1 kW·h電0.67元計(jì)算，取得經(jīng)濟(jì)效益約58.7萬元?？绽淦髯冾l控制裝置按預(yù)計(jì)使用5年計(jì)算，預(yù)計(jì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約293.5萬元。

表3 空冷器風(fēng)量測試結(jié)果對(duì)比

表4 112-A-101C/E空冷器變頻器測試結(jié)果

表5 111-A-101C/E空冷器變頻器測試結(jié)果

4 結(jié)束語

通過研究，采用標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)機(jī)風(fēng)速測點(diǎn)布置的方法，以同心圓半徑布點(diǎn)，確定測點(diǎn)在間隔為10 cm的同心圓對(duì)稱軸上，每個(gè)同心圓測試4個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算平均值。該方法既降低了現(xiàn)場操作的難度又提高了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，能為生產(chǎn)單位提供可靠數(shù)據(jù)并提出節(jié)能降耗的建議。