淺談TEG在陜京管道中的應用與維護

栗衛東

摘要：陜京管道是我國第一條長距離、大口徑、自動化程度較高的長距離輸氣管線。這條管線通過scADA系統監控沿線各站場參數的變化，實現自動化管理，而這一切都需要在有電力保障的條件下才能進行，供電質量就顯得極為重要。陜京沿線站場遠離城鎮，架設外電比較困難，而TEG發電平穩，不受外界條件影響，可靠l生高，因此在RTu閥室、清管站安裝TEG給設備供電就顯的更重要了。

1.TEG的發電原理

TEG是熱電發生器的簡稱，是thermoelectric gnerator的縮寫，有時也稱溫差發電器。它是利用半導體的溫差電效應，將熱能轉換成電能的一種裝置，整個轉換過程中沒有一個運動的部件，所以可靠性極高，壽命長，可達20年以上。TEG是以熱能直接轉換為電能的方式發電。它采用與熱電偶相同的原理發電。熱電偶的用途如下：A、測量溫度；B、用于氣水加熱器、家用灶具等的安全截止控制。TEG裝置利用半導體熱電材料，這類材料的效率更高，并能提供可實際實用的電源，我們都知道，熱電偶是由兩種不同材料制成（通常采用導線的形式），這兩種材料在一端連接。如果該連接點被加熱到比另一端更高的溫度，則此兩端將產生一個電壓。此時可向電路中的負載送電。該過程能保持連續的溫差，TEG是一種能提供維持上述要求條件的系統。

TEG到底是如何發電呢？相鄰的熱電偶是由一個P型和N型熱電阻并用熱電極做電器連接而構成。在標準狀況下，325個熱電偶，每個產生85毫伏的電壓，它們以串連方式連接，從而產生28伏、21安培，功率達到590瓦的電力。熱電偶的熱連接由燃燒爐產生的高溫（538～C），該爐使用汽化燃料（陜京線使用天然氣），熱電偶的冷連接由一種并行排列的熱管來維持其較低的溫度（163C），這種熱管將熱量以自然方式傳遞到空氣中。熱電阻采用密封封裝。因為在運行溫度下，如果暴露在空氣中，它將大受影響，因此它們由絕緣材料包圍，將熱損耗降到最低。TEG發電機的冷接頭有一串聯管路冷卻。每個熱管都密封，并注入計量過的定量液體，以使用其蒸發損失，該液體受熱會沸騰，而在其上部區域卻會在散熱片的作用下冷卻，在此過程中，熱以一種非常有效的方式傳遞到散熱片。燃燒爐在中等燃燒壓力下運行，該壓力大約為1.26 Kgf/cm（天然氣），燃料氣通過孔板后膨脹，然后流經噴口，吸入燃料所需的空氣。燃料氣體流量由調壓閥控制，并且可由操作人員按所需的電力調節。按照電學原理，當負載電壓是電源開路電壓的1/2時，負載可獲得最大電力，該條件被稱為相宜負載。TEG發電機與之相似，不同之處在于，由于變動發電單元的電流阻抗，在負載電壓略高于開路電壓1/2時，輸出電力可達最大。發電單元應始終處于有負載狀態，這是因為長時間的開路或該負載電壓條件下，熱連接件溫度可能升到并超過安全運行范圍。因此，發電單元必須始終保持與電源調節器的連接，該裝置能限制發電單元的電壓，使之低于32.5v。

2.TEG的維修與保養

用戶使用的天然氣質量是符合典型的管道輸送天然氣，通常為一年（或更長時間）進行一次維護。對較差質量的燃氣的供給，例如：潮濕、或直接來自于井口的臟氣，就需要每3至6個月進行一次維護。TEG是一種堅固的、可靠性極高的設備，僅需很少的維護保養。適合于無人值守，維護工作量較小，不受環境條件的影響。TEG已廣泛應用于沒有交流電及交流電不能保障連續供給的地區，在陜京天然氣管道首先引入了TEG技術，為RTU系統運行提供電源保障。

2.1.定期保養

TEG是一種可靠性的固體裝置，一般不需要太多的保養，但是為了能夠提供它無故障的年限，必須進行定期的維修檢查，現場經驗表明：正確安裝的TEG通常每年只需保養一次。為獲得最大的可靠性，需要進行維修檢查，每年至少進行一次功率檢查，如果功率裝置的輸出功率超過設置功率10瓦特以上，必須降低燃料的壓力，只需進行以下維修：A、每年更換一次壓力調節器的燃料過濾器；B、滴干壓力調節器的沉積池；c、檢查燃料控板是否堵塞，并根據需要更換；D、清除加熱管的散熱片，燃燒室進氣濾網以及燃燒室內部的雜質，沙粒和塵埃；E、檢查所有的螺栓和接線的緊固性。如果功率裝置的輸出功率在設置功率10瓦特范圍以內，則TEG的運行正常。進行上述的基本維修。如果功率裝置的輸出功率在設置功率10瓦特以下，則必須找出原因，參照系統運行記錄表上最近一次記錄數據。從記錄數據中確定TEG是否在最后一次維修中以功率停止運行的，記住環境狀態下設置功率的變化值。如果TEG沒有以設置功率停止運行，則應找出原因，TEG就不能以目前的設置功率運行，如果TEG在最后一次維修檢查時是以設置功率停止運行，而目前又不能以設置功率運行，則應考慮下列因素。

2.1 1.燃料的壓力變化。檢查系統運行表中最后一次記錄，確定燃料壓力的變化。如果燃料壓力已經變化，將其調節到最后一次記錄的讀數。如果這使得功率輸出裝置的輸出功率達到設置功率的10瓦特范圍內，根據前面所述進行基本維修。

2.1.2.空氣流堵塞。檢查加熱管的散熱片，進氣濾網和空氣閥的堵塞情況。如果這使得輸出功率恢復到設置功率的10瓦特以內，仍按上述進行基本維修，

2.1_3.燃料的數量變化。要獲得持續的輸出功率，必須保證供給連續不斷的加熱燃料。

2.1.4.加熱管的冷卻效果差。檢查并確保加熱管的散熱片未被雜質或灰塵堵塞，檢查加熱管的末端是否未冷卻。排除以上原因后，TEG就不只需要基本的維修，進一步查出低于設置功率的原因，以便保證TEG目前的操作。

參考文獻：

[1]王駛，帥健.管道完整性管理標準及其支持體系[J].天然氣工業.2006（11）

[2]趙新偉.油氣管道de完整性管理[J].石油科技論壇.2006（02）.