輸氣站場燃氣發電機組的能耗測試與分析

劉國豪王華青張鵬張鑫安迪殷存志曾克然劉巖（.中國石油管道科技研究中心·油氣管道輸送安全國家工程實驗室；.中國石油中亞天然氣管道有限公司；.中國石油管道公司長春輸油氣分公司）

輸氣站場燃氣發電機組的能耗測試與分析

劉國豪1王華青2張鵬2張鑫1安迪3殷存志2曾克然2劉巖2
（1.中國石油管道科技研究中心·油氣管道輸送安全國家工程實驗室；2.中國石油中亞天然氣管道有限公司；3.中國石油管道公司長春輸油氣分公司）

國內首次對輸氣管道站場燃氣發電機進行能耗測試。發電機能耗測試包括發電效率測試和排煙氣組分測試兩項。通過開展發電機組的能耗測試，考察燃氣發電機在燃氣消耗、發電量、燃燒效果、煙氣組分排放、運行水平等方面的情況，提出進一步提高發電效率和電力系統運行穩定性的建議，提高燃氣發電機的運行水平，達到運行安全、經濟高效的目標。

輸氣站場 燃氣發電機 能耗測試 排煙氣分析

天然氣長輸管道站場地理位置偏僻，在沒有條件引進外電的情況下，站場均使用燃氣發電機組發電，供站內燃氣輪機組輔助系統、其他生產系統以及生活使用，發電機組的安全平穩運行對輸氣站場安全運行十分重要。

國內首次對天然氣長輸管道站場燃氣發電機進行能耗測試，包括發電效率測試和排煙氣組分測試兩項。通過開展發電機組的能耗測試，考察燃氣發電機在燃氣消耗、發電量、燃燒效果、煙氣組分排放、運行水平等方面的情況，提出進一步提升發電效率和電力系統運行穩定性的建議，提高燃氣發電機的運行水平，達到安全運行、經濟高效。

1 測試基本情況

目前輸氣管道站場使用的發電機主要有卡特彼勒、康明斯以及GE Jenbacher 3種機型。分別對3種機型進行發電效率測試和排煙氣組分測試和分析。

排煙氣測試依據GB/T 8190.2—2011《往復式內燃機排放測量第2部分氣體和顆粒排放物的現場測量》[1]和GB/T 16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》[2]，使用煙氣分析儀在煙道出口對煙氣組分進行測試與分析；依據相關國家標準，使用電參數綜合測試儀對發電量測量、電能質量進行分析，使用超聲波流量計計量燃料氣的消耗量。

2 測試結果及評價

2.1 發電效率測試結果數據及分析

發電效率主要測試結果見表1。

表1 發電機實際發電效率主要測算結果匯總

1）發電質量方面：發電頻率穩定在49.98～50.05 Hz之間，波動±0.14%，滿足GB/T15945—2008《電力系統頻率偏差》[3]中要求頻率波動±0.2 Hz的要求；電壓波動±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%，短時不超過4%，用戶引起不平衡度為1.3%和三相電流不平衡度低于5%的規定。綜合上述，發電質量符合國家標準對電能質量的要求。

2）查找相關國內外文獻，國外發電效率平均水平在33%～41%左右[6]。從本次測試結果可以看出，燃氣發電機發電效率為33.2%～37%，距離先進水平有差距，有進一步提高的潛力。

2.2 排煙氣組分測試結果數據及分析

煙氣燃燒狀況分析主要測試結果見表2。

表2 發電機排煙氣測試參數主要測試結果匯總

1）發電機燃燒狀況普遍較差，空燃比偏高或偏低，過剩空氣系數偏大和燃燒不充分現象較多，燃料氣消耗偏高。只有GE Jenbacher機組燃燒效果較好，這和前期選型時GE Jenbacher機型為貧燃類型、其他站卡特和康明斯機型為富燃類型有關。

3種發動機機型中GE Jenbacher為貧燃類型，從測試結果看出，燃燒效果優于大部分卡特彼勒發電機。由于本次未進行康明斯機型煙氣測試，無法進行相關對比。

2）根據GB16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》中相關規定，發電機煙氣中NOx含量小于420×10-6屬于排放合格。排放合格率為38%。

3）2臺發電機同時運行時，低負荷情況較為普遍，此時發電效率偏低，燃燒效果也較差。建議盡量單臺高負荷運行，僅在機組啟停、切換時短暫開啟2臺或多臺發電機同時運行。

3 設備存在的問題

3.1 發動機大小功率匹配性差

互聯網的使用以及移動商務的發展，大大推動了在線自助游產業的創新與變革。旅游資源整合與互聯互通，形成了旅游新業態的發展基礎。全域旅游新業態與互聯網的高度融合對在線自助游產品及服務的升級提供更大的保障。但對于在線自助游過程中存在的一些弊端仍是下一步探討的重點。

各站標準配置為3臺975 kW或3臺1750 kW大機型配1臺260 kW或320 kW的小發電機組。實際運行時，各站存在開1臺大機組不夠用，開2臺大機組負荷又較低，運行效果較差的情況，大小機型匹配不合理。

3.2 現場燃料氣、電參數計量及顯示儀表存在問題

部分站場發電機耗氣量計量表失準，導致耗氣量偏大或偏小，影響耗氣計量；電計量方面，站內計量不準確。例如，某站4#壓縮機組正常運行時輔助耗電P應為92 kW左右，但站空壓機設備控制面板上顯示電量P為48 kW偏小，假負載實際投用245.3 kW卻顯示11.49 kW等情況。這些計量失準問題導致上級無法準確掌握站內真實用能情況，無法成為制定節能管理政策的依據。

4 節能建議

4.1 調整發電機的空燃比，改善燃燒效果，減少燃氣消耗量

2臺發電機同時運行時測試發現，煙氣含氧量1.3%、1.8%，對應的NO超標，說明空燃比偏小，進風量小，可燃氣體未完全燃燒程度較高，建議調高空氣進風量，增大空燃比。

部分發動機單臺運行時，空燃比偏大，煙氣含氧量偏高，CO和UHC偏高，說明進風量偏大，燃料氣未經充分燃燒就被吹出，建議調低進風量，減少空燃比。

調節風量的工作具體由廠家、測試機構、站場聯合進行。初步分析，含氧量在6%～9%之間比較合適。新建管道站場發電機選型時盡量選擇貧燃發電機組。

各站分別執行75%、52%、50%以上的負荷率運行條件，按照發電機長期運行條件，建議50%負荷率以上即可長期穩定運行。減少假負載投用功率，減少燃氣消耗。

4.3 新建管道要合理匹配站內發電機大小，優化機組運行，減少耗氣和耗電

大、小機型搭配，可靈活應對各年份氣量的變化：氣量大時，能充分利用燃氣發電，不造成浪費，增加收益；氣量少時，又保證了燃氣發電機能在合適的負載下穩定工作。增加了設備的使用壽命，減少了機組超低負荷連續運轉時的維護工作和假負載的耗電。

大機型和小機型兩個功率相差50%，這種配搭可以最大限度地適應現場電量的變化，并滿足機組所需要的50%以上負載，從而不限時地穩定工作。

4.4 統一對全線燃料氣、電參數計量儀表進行校準，完善計量儀表配備

校核發電機燃料氣儀表，對變電間的單臺設備的電參數計量儀表進行校準。

能源計量器具的配備按照GB/T 17167—2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》[7]、GB/T 20901—2007《石油石化行業能源計量器具配備和管理要求》[8]規定，單臺額定功率100 kW以上電動機，能源計量器具配備率要達到100%。

[1]計維斌,宋戰全,鄒強,等.GB/T 8190.2—2011 往復式內燃機排放測量第2部分氣體和顆粒排放物的現場測量[S].北京:中國國家標準化管理委員會,2011.

[2]國家環境保護局科技標準司.GB/T 16297—1996 大氣污染物綜合排放標準[S].北京:國家環境保護局,1996.

[3]潘艷,朱偉江,劉迅,等.GB/T 15945—2008 電力系統頻率偏差[S].北京:中國國家標準化管理委員,2008.

[4]周勝軍,于坤山,譚志強,等.GB/T 12325—2008 供電電壓允許偏差[S].北京:中國國家標準化管理委員會, 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:中國國家標準化管理委員會,2008.

[6]金心.世界發電效率最高的燃氣發電機[J].電世界, 2008(8):53.

[7]張萬路,王順安,何相助,等.GB/T 17167—2006 用能單位能源計量器具配備和管理通則[S].北京:中國國家標準化管理委員會,2006.

[8]李榮光,孫笑非,鄭燦亭,等.GB/T 20901—2007 石油石化行業能源計量器具配備和管理要求[S].北京:中國國家標準化管理委員會,2006.

圖6 油井能耗隨回壓增加幅度曲線

3 現場實施效果分析

根據現場試驗的測試分析，對9口回壓相對較高的抽油機井進行了回壓控制實施。措施前9口抽油機井平均單井回壓為0.62 MPa，平均單井日產液為45 t，平均單井噸液耗電為4.35 kWh。為降低油井回壓對油井載荷、能耗、產液等生產情況的影響，現場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。

措施后測試數據表明，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，平均單井節電率達8.03%，取得了較好的實施效果。

4 結論及認識

1）油井回壓升高，將導致油井噸液能耗增加，油井產量降低。

2）根據油井回壓對油井產液及抽油機能耗的影響分析，確定了油井回壓控制在0.6 MPa以下是合理的，但對整個油田生產來說，合理的井口回壓的確定還應與地面集輸系統統一考慮。

參考文獻：

[1]王鴻勛,張琪.采油工藝原理[M].北京:石油工業出版社,1989(1):27-29.

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

[3]周生田,張琪,李明忠,等.抽油機井口回壓對油井生產的影響[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）

劉國豪，工程師，2006年畢業于天津大學（電氣自動化專業），工程碩士，2012年畢業于天津大學（材料科學與工程專業），從事油氣管道輸送系統耗能設備節能監測工作，E-mail：kjlgh@petrochina.com.cn，地址：河北省廊坊市金光道 51號，065000。