杏區淺冷裝置節能降耗潛能分析

王世杰（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

杏區淺冷裝置節能降耗潛能分析

王世杰（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

天然氣分公司的4套杏區淺冷裝置，年設計伴生氣總處理量51100×104m3，主要能耗設備有淺冷離心式主壓縮機、制冷壓縮機組、輔助機泵、電加熱器、照明及其生產輔助和控制設施。針對淺冷裝置的主要耗能設備，從三個方面分析了裝置能耗存在問題的主要原因，確立了節能的主要方向和應采取的措施，通過優化運行和技術改造，可以實現較為明顯的節能挖潛成效，達到降本增效的目的，并對同類裝置的節能降耗起到一定的指導作用。

壓縮機；回流；并列運行

2014年初，杏區計劃處理伴生氣4.0051×108m3，占分公司淺冷裝置計劃總處理氣量的25.5%。杏區淺冷裝置作為生產主力裝置和能耗大戶，節能降耗在分公司降本增效的管理中起著舉足輕重的作用。因此，在裝置的管理中，通過總結和分析裝置的運行特點，開展深入挖潛的活動，掌握設備能耗損耗的規律，制定技術措施和改造方案，可以有效的降低裝置的電能耗，避免電能浪費現象的發生，進一步實現杏區淺冷裝置降本增效的目標。

1 現狀

淺冷離心式主壓縮機回流控制產生的電能損耗不受控，回流控制不夠精細。杏區4套淺冷裝置的主壓縮機均設有回流保護工藝流程，但缺少裝置處理氣量與主壓縮機回流開度相對應的回流數值設定表。致使在淺冷裝置運行期間，為確保主壓縮機平穩運行，崗位員工手動控制主壓縮機的回流開度，以壓縮機不喘振為指標進行模糊控制。該方式直接導致崗位操作人員憑經驗控制，無法做到回流控制精細，易發生回流開度偏大的現象，不可避免的增加了壓縮機的循環氣量壓縮，產生電能的大量損耗和不受控流失現象[1]。

杏區6kV配電室變壓器負荷率低，并列運行損耗大。淺冷裝置中，變壓器容量的負荷設計帶載余量大，目前投運的8臺變壓器平均負荷率低于40%，投用變壓器產生的設備電能自身損耗比重增加，致使變壓器在分段并列運行模式時，變壓器自耗電量的比重增加。

清水泵功率無法實時調節和控制，電能損耗大。杏區淺冷裝置中，E-502水冷換熱器為天然氣主壓縮機級間冷卻換熱器，它是清水泵供水的主要用水負荷。2010年淺冷裝置工藝改造后，E-502水冷器前方加裝空冷換熱器，原清水需求量大大降低。節水的同時，裝置原設計清水泵負載已低于額定負載的50%，清水泵電動機的效率下降，產生載荷過低的現象，造成了電能的大量浪費。

2 潛力分析

2.1 降低處理氣量單耗

杏三淺冷裝置設計日處理氣量40×104m3，杏九和杏V-1淺冷裝置設計日處理氣量30×104m3。杏區淺冷裝置近5年的總處理氣量波動較大，除去檢修月影響，目前，裝置運行期間負荷率最高接近0.9，最低0.6。主壓縮機負荷率波動大，為回流開度的進一步優化控制提供了操作基礎[2]。

其中，近3年的杏三淺冷裝置處理氣量增加明顯，負荷率較高。杏九則負荷率較為平穩。可以杏三和杏九2套淺冷裝置進行各自的分析和對比。

以杏三裝置數據為例，2013年和2014年杏三裝置運行參數統計如表1所示。表1中的7月份數值，均為裝置機組檢修或停機引起的月處理氣量降低現象。但裝置全年來氣充足，負荷率均在0.80以上，該部分數據可作為回流開度控制考核的基礎數據。

取2013年和2014年杏三淺冷裝置同期數據對比分析見表1。2014年3月份，處理氣量1061×104m3，耗電量262.52×104kWh，負荷率為0.86；同期2013年3月處理氣量1092×104m3，耗電量226.69×104kWh，負荷率為0.88。通過該組數據對比可以看出，手動控制回流開度的能耗對比效果顯著。兩個月份淺冷裝置的負荷率均在0.85以上，但電能耗差值近36×104kWh，折算電費成本約23.6萬元（0.6581元/kWh）。因此，隨著處理氣量的波動，杏區4套淺冷裝置的主壓縮機回流開度若能夠得到實時有效的手動調控，處理單位氣量的電單耗可有效的降低，實現節能降耗的目的。

表1 2013年、2014年杏三淺冷裝置運行參數

表2 2013年、2014年杏九淺冷裝置運行參數

杏九淺冷裝置運行分析對比，表2的月份天數按9個月統計。2013年和2014年裝置負荷率基本持平，略有偏低，如圖1所示，但2014年杏九淺冷主壓縮機回流控制出現故障，無法將回流關死。

圖1 2013年、2014年負荷率

2013年杏九淺冷裝置前9個月處理伴生氣量7180×104m3，耗電量1627.56×104kWh；2014年杏九淺冷裝置前9個月處理伴生氣量6786×104m3，耗電量1654.62×104kWh。2013年前九個月運行天數較2014年多14天，多處理濕氣394×104m3，節電27.06×104kWh。顯而易見，杏九2014年因主壓縮機回流問題能耗顯著增加。

2.2 減少變壓器自身電能損耗

改變變壓器運行方式，提高單臺變壓器的負荷率，同時降低變壓器自身的電能損耗，可實現節能的目的。變壓器空載損耗統計見表3。

配電設施設計時，考慮增加供電系統的可靠性，避免變壓器本體故障帶來的大范圍低壓設備失電的現象，杏區淺冷6kV配電所變壓器，采用2臺變壓器分段并列運行方式。從配電設施多年來運行情況看，變壓器設備的可靠性較高，但負荷率低，變壓器具備一開一備運行條件。因此，改變變壓器運行方式來節能，此方式具有極大的節電潛力和可操作性。

2.3 減少淺冷清水供水泵所需能耗

淺冷裝置用水主要由水泵提供，成本主要為耗水成本與拖動電動機的能耗成本2個方面。淺冷裝置中，原E-502級間水冷器前加裝空冷器后，裝置用水量大幅度降低，對應的水泵電動機輸出功率降低。因而，在能耗方面，對電氣配套控制系統進行完善，根據淺冷裝置中清水流程的工藝參數要求，在裝置清水需求量降低時，適時調整水泵的水量輸出可有效降低電能和水的成本消耗[3]。

3 優化措施

3.1 控制淺冷主壓縮機回流開度

優化淺冷主壓縮機回流開度控制，可以降低處理單位氣量的電能耗，在壓縮機不喘振的基礎上，摸清壓縮機臨界喘振曲線建立壓縮機安全運行節能曲線，應用裝置外輸氣量對處理氣量進行校正和核對[4]。從而建立與處理氣量相對應的回流開度手動控制對照表。在日常的操作管理中，建立對應回流控制操作卡，崗位工人參照操作卡中的內容進行回流控制操作。從而，降低處理氣量的電單耗，實現節電的目標。預計4套淺冷裝置年可節電100×104kWh。

表3 杏區淺冷變壓器型號及空載損耗統計

3.2 優化變壓器投運方式

完善變壓器投運方式，可以減少變壓器自身電能損耗，核實淺冷6kV配電所目前所帶的用電負荷，計算后實踐進行驗證，改變變壓器運行方式時，變壓器的運行工況及其參數。考核變壓器空載運行的電能損失，進一步核算變壓器運行方式改變后的節電量。同時，做好電工巡檢工作，改變運行方式后調整低壓配套配電設施的運行方式，保證與變壓器運行方式一致，從而實現變壓器節能的目標。若變壓器的運行采用一開一備的方式，經估算年可節電約32.42×104kWh。

3.3 優化水冷換熱器和清水泵的控制

引入電動機的負荷輸出控制設備和無功補償設施。根據水泵的負載變化調整電動機輸出功率，提高電動機運行效率，減少無功的消耗和線路損耗，從而實現節電的目的。

同時，在淺冷裝置的運行操作中，淺冷E-502空冷器運行為主，原水冷換熱器內水壓力不變的前提下，為減少清水的需求量，在E-502水管線出口處加裝壓力調節閥，控制水壓和流量，有效降低清水的消耗量，經估算每套裝置年可節水42×104t。同時也進一步降低了水泵的負荷，間接的實現了電動機的節能目標。

4 結束語

淺冷裝置的節能過程是一個動態管理的過程，該過程和裝置的運行實時的工況密切相關。因而好的節能措施應和裝置的實際運行工況相結合，精細化的操作和控制的是裝置平穩、安全、高效率運行的必要條件。

[1]張成寶.離心式壓縮機的喘振分析與控制[J].壓縮機技術，2006，14（6）：11-15.

[2]潘定，沈鈞毅.時態數據挖掘的相似性發現技術[J].軟件學報，2006，10（2）：23-24.

[3]袁生斌，黑君.丙烯壓縮機組聯軸器改造[J].科技資訊，2015，35（31）：12-14.

[4]張云，江志農，張進杰.往復式壓縮機進氣閥優化設計方法研究[J].流體機械，2014，21（1）：51-53.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.09.016

王世杰，工程師，1989年畢業于東北石油大學（石油化工專業），從事油田生產技術管理工作，E-mail：twangsj@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市紅崗區油氣加工一大隊，163511。

2017-06-26

（編輯杜麗華）