輸氣站場(chǎng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的能耗測(cè)試與分析

劉國(guó)豪王華青張鵬張?chǎng)伟驳弦蟠嬷驹巳粍r（.中國(guó)石油管道科技研究中心·油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；.中國(guó)石油中亞天然氣管道有限公司；.中國(guó)石油管道公司長(zhǎng)春輸油氣分公司）

輸氣站場(chǎng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的能耗測(cè)試與分析

劉國(guó)豪1王華青2張鵬2張?chǎng)?安迪3殷存志2曾克然2劉巖2
（1.中國(guó)石油管道科技研究中心·油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；2.中國(guó)石油中亞天然氣管道有限公司；3.中國(guó)石油管道公司長(zhǎng)春輸油氣分公司）

國(guó)內(nèi)首次對(duì)輸氣管道站場(chǎng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)進(jìn)行能耗測(cè)試。發(fā)電機(jī)能耗測(cè)試包括發(fā)電效率測(cè)試和排煙氣組分測(cè)試兩項(xiàng)。通過(guò)開(kāi)展發(fā)電機(jī)組的能耗測(cè)試，考察燃?xì)獍l(fā)電機(jī)在燃?xì)庀?、發(fā)電量、燃燒效果、煙氣組分排放、運(yùn)行水平等方面的情況，提出進(jìn)一步提高發(fā)電效率和電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的建議，提高燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的運(yùn)行水平，達(dá)到運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)高效的目標(biāo)。

輸氣站場(chǎng) 燃?xì)獍l(fā)電機(jī) 能耗測(cè)試 排煙氣分析

天然氣長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)地理位置偏僻，在沒(méi)有條件引進(jìn)外電的情況下，站場(chǎng)均使用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組發(fā)電，供站內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)組輔助系統(tǒng)、其他生產(chǎn)系統(tǒng)以及生活使用，發(fā)電機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行對(duì)輸氣站場(chǎng)安全運(yùn)行十分重要。

國(guó)內(nèi)首次對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)進(jìn)行能耗測(cè)試，包括發(fā)電效率測(cè)試和排煙氣組分測(cè)試兩項(xiàng)。通過(guò)開(kāi)展發(fā)電機(jī)組的能耗測(cè)試，考察燃?xì)獍l(fā)電機(jī)在燃?xì)庀摹l(fā)電量、燃燒效果、煙氣組分排放、運(yùn)行水平等方面的情況，提出進(jìn)一步提升發(fā)電效率和電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的建議，提高燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的運(yùn)行水平，達(dá)到安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)高效。

1 測(cè)試基本情況

目前輸氣管道站場(chǎng)使用的發(fā)電機(jī)主要有卡特彼勒、康明斯以及GE Jenbacher 3種機(jī)型。分別對(duì)3種機(jī)型進(jìn)行發(fā)電效率測(cè)試和排煙氣組分測(cè)試和分析。

排煙氣測(cè)試依據(jù)GB/T 8190.2—2011《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)排放測(cè)量第2部分氣體和顆粒排放物的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量》[1]和GB/T 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[2]，使用煙氣分析儀在煙道出口對(duì)煙氣組分進(jìn)行測(cè)試與分析；依據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，使用電參數(shù)綜合測(cè)試儀對(duì)發(fā)電量測(cè)量、電能質(zhì)量進(jìn)行分析，使用超聲波流量計(jì)計(jì)量燃料氣的消耗量。

2 測(cè)試結(jié)果及評(píng)價(jià)

2.1 發(fā)電效率測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)及分析

發(fā)電效率主要測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 發(fā)電機(jī)實(shí)際發(fā)電效率主要測(cè)算結(jié)果匯總

1）發(fā)電質(zhì)量方面：發(fā)電頻率穩(wěn)定在49.98～50.05 Hz之間，波動(dòng)±0.14%，滿足GB/T15945—2008《電力系統(tǒng)頻率偏差》[3]中要求頻率波動(dòng)±0.2 Hz的要求；電壓波動(dòng)±5%，符合GB/T12325—2008《供電電壓允許偏差》[4]中10 kV及以下小于±7%的規(guī)定；三相電壓最大不平衡度±0.9%，三相電流不平衡度最大為0.15%，滿足GB/T15543—2008《三相電壓允許不平衡度》[5]中三相電壓允許不平衡度為2%，短時(shí)不超過(guò)4%，用戶引起不平衡度為1.3%和三相電流不平衡度低于5%的規(guī)定。綜合上述，發(fā)電質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電能質(zhì)量的要求。

2）查找相關(guān)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，國(guó)外發(fā)電效率平均水平在33%～41%左右[6]。從本次測(cè)試結(jié)果可以看出，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)發(fā)電效率為33.2%～37%，距離先進(jìn)水平有差距，有進(jìn)一步提高的潛力。

2.2 排煙氣組分測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)及分析

煙氣燃燒狀況分析主要測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 發(fā)電機(jī)排煙氣測(cè)試參數(shù)主要測(cè)試結(jié)果匯總

1）發(fā)電機(jī)燃燒狀況普遍較差，空燃比偏高或偏低，過(guò)?？諝庀禂?shù)偏大和燃燒不充分現(xiàn)象較多，燃料氣消耗偏高。只有GE Jenbacher機(jī)組燃燒效果較好，這和前期選型時(shí)GE Jenbacher機(jī)型為貧燃類型、其他站卡特和康明斯機(jī)型為富燃類型有關(guān)。

3種發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型中GE Jenbacher為貧燃類型，從測(cè)試結(jié)果看出，燃燒效果優(yōu)于大部分卡特彼勒發(fā)電機(jī)。由于本次未進(jìn)行康明斯機(jī)型煙氣測(cè)試，無(wú)法進(jìn)行相關(guān)對(duì)比。

2）根據(jù)GB16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)規(guī)定，發(fā)電機(jī)煙氣中NOx含量小于420×10-6屬于排放合格。排放合格率為38%。

3）2臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，低負(fù)荷情況較為普遍，此時(shí)發(fā)電效率偏低，燃燒效果也較差。建議盡量單臺(tái)高負(fù)荷運(yùn)行，僅在機(jī)組啟停、切換時(shí)短暫開(kāi)啟2臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行。

3 設(shè)備存在的問(wèn)題

3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)大小功率匹配性差

互聯(lián)網(wǎng)的使用以及移動(dòng)商務(wù)的發(fā)展，大大推動(dòng)了在線自助游產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與變革。旅游資源整合與互聯(lián)互通，形成了旅游新業(yè)態(tài)的發(fā)展基礎(chǔ)。全域旅游新業(yè)態(tài)與互聯(lián)網(wǎng)的高度融合對(duì)在線自助游產(chǎn)品及服務(wù)的升級(jí)提供更大的保障。但對(duì)于在線自助游過(guò)程中存在的一些弊端仍是下一步探討的重點(diǎn)。

各站標(biāo)準(zhǔn)配置為3臺(tái)975 kW或3臺(tái)1750 kW大機(jī)型配1臺(tái)260 kW或320 kW的小發(fā)電機(jī)組。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，各站存在開(kāi)1臺(tái)大機(jī)組不夠用，開(kāi)2臺(tái)大機(jī)組負(fù)荷又較低，運(yùn)行效果較差的情況，大小機(jī)型匹配不合理。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)燃料氣、電參數(shù)計(jì)量及顯示儀表存在問(wèn)題

部分站場(chǎng)發(fā)電機(jī)耗氣量計(jì)量表失準(zhǔn)，導(dǎo)致耗氣量偏大或偏小，影響耗氣計(jì)量；電計(jì)量方面，站內(nèi)計(jì)量不準(zhǔn)確。例如，某站4#壓縮機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)輔助耗電P應(yīng)為92 kW左右，但站空壓機(jī)設(shè)備控制面板上顯示電量P為48 kW偏小，假負(fù)載實(shí)際投用245.3 kW卻顯示11.49 kW等情況。這些計(jì)量失準(zhǔn)問(wèn)題導(dǎo)致上級(jí)無(wú)法準(zhǔn)確掌握站內(nèi)真實(shí)用能情況，無(wú)法成為制定節(jié)能管理政策的依據(jù)。

4 節(jié)能建議

4.1 調(diào)整發(fā)電機(jī)的空燃比，改善燃燒效果，減少燃?xì)庀牧?/p>

2臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，煙氣含氧量1.3%、1.8%，對(duì)應(yīng)的NO超標(biāo)，說(shuō)明空燃比偏小，進(jìn)風(fēng)量小，可燃?xì)怏w未完全燃燒程度較高，建議調(diào)高空氣進(jìn)風(fēng)量，增大空燃比。

部分發(fā)動(dòng)機(jī)單臺(tái)運(yùn)行時(shí)，空燃比偏大，煙氣含氧量偏高，CO和UHC偏高，說(shuō)明進(jìn)風(fēng)量偏大，燃料氣未經(jīng)充分燃燒就被吹出，建議調(diào)低進(jìn)風(fēng)量，減少空燃比。

調(diào)節(jié)風(fēng)量的工作具體由廠家、測(cè)試機(jī)構(gòu)、站場(chǎng)聯(lián)合進(jìn)行。初步分析，含氧量在6%～9%之間比較合適。新建管道站場(chǎng)發(fā)電機(jī)選型時(shí)盡量選擇貧燃發(fā)電機(jī)組。

各站分別執(zhí)行75%、52%、50%以上的負(fù)荷率運(yùn)行條件，按照發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行條件，建議50%負(fù)荷率以上即可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。減少假負(fù)載投用功率，減少燃?xì)庀摹?/p>

4.3 新建管道要合理匹配站內(nèi)發(fā)電機(jī)大小，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行，減少耗氣和耗電

大、小機(jī)型搭配，可靈活應(yīng)對(duì)各年份氣量的變化：氣量大時(shí)，能充分利用燃?xì)獍l(fā)電，不造成浪費(fèi)，增加收益；氣量少時(shí)，又保證了燃?xì)獍l(fā)電機(jī)能在合適的負(fù)載下穩(wěn)定工作。增加了設(shè)備的使用壽命，減少了機(jī)組超低負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的維護(hù)工作和假負(fù)載的耗電。

大機(jī)型和小機(jī)型兩個(gè)功率相差50%，這種配搭可以最大限度地適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)電量的變化，并滿足機(jī)組所需要的50%以上負(fù)載，從而不限時(shí)地穩(wěn)定工作。

4.4 統(tǒng)一對(duì)全線燃料氣、電參數(shù)計(jì)量?jī)x表進(jìn)行校準(zhǔn)，完善計(jì)量?jī)x表配備

校核發(fā)電機(jī)燃料氣儀表，對(duì)變電間的單臺(tái)設(shè)備的電參數(shù)計(jì)量?jī)x表進(jìn)行校準(zhǔn)。

能源計(jì)量器具的配備按照GB/T 17167—2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》[7]、GB/T 20901—2007《石油石化行業(yè)能源計(jì)量器具配備和管理要求》[8]規(guī)定，單臺(tái)額定功率100 kW以上電動(dòng)機(jī)，能源計(jì)量器具配備率要達(dá)到100%。

[1]計(jì)維斌,宋戰(zhàn)全,鄒強(qiáng),等.GB/T 8190.2—2011 往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)排放測(cè)量第2部分氣體和顆粒排放物的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量[S].北京:中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),2011.

[2]國(guó)家環(huán)境保護(hù)局科技標(biāo)準(zhǔn)司.GB/T 16297—1996 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:國(guó)家環(huán)境保護(hù)局,1996.

[3]潘艷,朱偉江,劉迅,等.GB/T 15945—2008 電力系統(tǒng)頻率偏差[S].北京:中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員,2008.

[4]周勝軍,于坤山,譚志強(qiáng),等.GB/T 12325—2008 供電電壓允許偏差[S].北京:中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì), 2008.

[5]侯鐵信,卜正良,林海雪,等.GB/T15543—2008 三相電壓允許不平衡度[S].北京:中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),2008.

[6]金心.世界發(fā)電效率最高的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)[J].電世界, 2008(8):53.

[7]張萬(wàn)路,王順安,何相助,等.GB/T 17167—2006 用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則[S].北京:中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),2006.

[8]李榮光,孫笑非,鄭燦亭,等.GB/T 20901—2007 石油石化行業(yè)能源計(jì)量器具配備和管理要求[S].北京:中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),2006.

圖6 油井能耗隨回壓增加幅度曲線

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的測(cè)試分析，對(duì)9口回壓相對(duì)較高的抽油機(jī)井進(jìn)行了回壓控制實(shí)施。措施前9口抽油機(jī)井平均單井回壓為0.62 MPa，平均單井日產(chǎn)液為45 t，平均單井噸液耗電為4.35 kWh。為降低油井回壓對(duì)油井載荷、能耗、產(chǎn)液等生產(chǎn)情況的影響，現(xiàn)場(chǎng)采取了高溫沖洗管線、管線加熱、油井熱洗等清蠟措施，并更換了老化的匯管管線。

措施后測(cè)試數(shù)據(jù)表明，平均單井回壓為0.41 MPa，下降了0.21 MPa，平均單井噸液耗電為4.01 kWh，下降了0.34 kWh，平均單井節(jié)電率達(dá)8.03%，取得了較好的實(shí)施效果。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）油井回壓升高，將導(dǎo)致油井噸液能耗增加，油井產(chǎn)量降低。

2）根據(jù)油井回壓對(duì)油井產(chǎn)液及抽油機(jī)能耗的影響分析，確定了油井回壓控制在0.6 MPa以下是合理的，但對(duì)整個(gè)油田生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，合理的井口回壓的確定還應(yīng)與地面集輸系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。

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[2]韓修廷,王秀玲,焦振強(qiáng).螺桿泵采油原理及應(yīng)用[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,1998,2(1):47-51.

[3]周生田,張琪,李明忠,等.抽油機(jī)井口回壓對(duì)油井生產(chǎn)的影響[J].石油鉆采工藝.1998,20(5):42-44.

（收稿日期：2015-03-09）

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.004

2015-02-03）

劉國(guó)豪，工程師，2006年畢業(yè)于天津大學(xué)（電氣自動(dòng)化專業(yè)），工程碩士，2012年畢業(yè)于天津大學(xué)（材料科學(xué)與工程專業(yè)），從事油氣管道輸送系統(tǒng)耗能設(shè)備節(jié)能監(jiān)測(cè)工作，E-mail：kjlgh@petrochina.com.cn，地址：河北省廊坊市金光道 51號(hào)，065000。