氣田用空冷器節(jié)能監(jiān)測評價方法

毛青霞 郭文軍（中原油田分公司技術監(jiān)測中心）

空冷器是氣田生產系統(tǒng)的主要用能設備之一，隨著我國氣田生產規(guī)模的不斷擴大，其能耗問題和節(jié)能管理備受關注。通過節(jié)能監(jiān)測，對其能耗狀況進行分析評價，依據(jù)分析評價結果采取相應的節(jié)能技術措施，有助于氣田生產中的節(jié)能降耗和節(jié)能管理水平的提高。

運用能量平衡原理，采用黑匣子方法，分析穩(wěn)定運行的能耗設備，得到能量進出平衡關系，確定有用能與損耗。研究設備的耗能方式及其影響因素，確定對應評價項目，分析不同因素對設備能耗的影響規(guī)律，評估對評價項目的影響程度，總結出科學合理的評價方法，為用能改造提供方向和依據(jù)。

1 氣田空冷器節(jié)能監(jiān)測評價方法研究

1.1 評價項目的確定

空冷器由電動機、風機、換熱器三部分組成。由于換熱器不屬于直接能耗環(huán)節(jié)，僅考慮電動機、風機部分，采用單位供風量電耗來表征空冷器的電能利用狀況，使用單耗作為空冷器的評價項目[1]。

1.2 空冷器單耗的理論分析

單位供風量電耗即單耗是反應空冷器的能耗狀況指標。

空冷器單耗可由下式求得：

式中：DH——空冷器單位供風量電耗，kWh/m3；

P——電動機輸入有功功率，kW；

D——空氣流量，m3/h。

影響空冷器單耗的因素很多，包括電動機的效率、風扇的設計參數(shù)、換熱器的形狀及安裝尺寸、當?shù)乜諝獾奈镄詤?shù)等。為了簡化測試便于分析，對于換熱器類似的情況，可以將影響空冷器單耗的主要因素歸納為有功功率、空氣流量。由于空冷器的電動機額定功率、風機額定風量是表征空冷器的兩個重要參數(shù)，因此，還應該加上電動機額定功率、風機額定風量這兩個影響因素[2]。

1.3 評價分類因子的確定

1.3.1 統(tǒng)計分析

影響空冷器能耗水平的客觀因素主要應考慮額定功率與額定風量[3]。

對不同額定功率的123臺空冷器單耗進行統(tǒng)計，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1、圖1。通過分析，隨著額定功率的增大，空冷器單耗總體呈減小趨勢，但相關性不顯著。

表1 額定功率與空冷器單耗統(tǒng)計

圖1 額定功率與空冷器單耗關系對比

對測試的123臺空冷器數(shù)據(jù)進行分析，對不同額定風量的空冷器單耗和功率因數(shù)進行統(tǒng)計，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表2、圖2。通過分析，隨額定風量的增大，空冷器單耗總體呈下降趨勢。

表2 額定風量與空冷器單耗統(tǒng)計

圖2 額定風量與空冷器單耗關系對比

由分析可以看出，空冷器單耗與額定風量的關系更為顯著。同時，由于額定風量與額定功率本身就是正相關系，因此選擇額定風量作為評價時考慮的分類因子。

1.3.2 聚類分析

對所有氣田的空冷器數(shù)據(jù)進行整體分析。初步篩選保留了符合數(shù)據(jù)完整性要求的空冷器，共116臺。通過聚類分析，分類以空冷器的電動機額定功率為基準劃分[4]。

1.3.3 灰關聯(lián)分析

為了確定影響因素與空冷器單耗之間關系的強弱，對各因素與單耗進行灰關聯(lián)分析[5]，結果見表3。由表3可知，各因素之間的灰色關聯(lián)度的大小相差不大，即這些因素對單耗的影響差別不大。

表3 各影響因素與空冷器單耗的灰色關聯(lián)度排序（ρ=0.05）

統(tǒng)計分析結果：空冷器分類因子為額定功率或額定風量。

聚類分析空冷器單耗的結果：以電動機額定功率為基準進行劃分。

灰關聯(lián)分析結果：各因素對空冷器單耗的影響基本一致。

1.4 評價指標的確定

采用統(tǒng)計分析方法確定評價指標，以額定風量作為評價分類因子。目前中石化氣田用空冷器風機按額定風量分為12×104m3、16×104m3、30×104m3、36×104m3四個級別。考慮評價時不宜分級，而四個風量級別中12×104m3與16×104m3相近，30×104m3與36×104m3相近，故將12×104m3和16×104m3合并為一類，30×104m3和 36×104m3合并為一類，以小于20×104m3和大于或等于20×104m3為劃分界限，分為兩個級別。

將空冷器單耗測試結果進行排序統(tǒng)計，按比例匯總（表4）。

表4 空冷器單耗指標匯總

如按測試評價設備數(shù)量的70%合格為限定值，30%合格為節(jié)能評價值，則經取整處理后并考慮指標的合理間距，確定評價指標（表5）。

表5 空冷器單耗評價指標

2 現(xiàn)場應用

氣田用空冷器節(jié)能監(jiān)測評價方法研究制定以后，先后用于中石化主要氣田現(xiàn)場的28臺次空冷器上，其中達到節(jié)能評價值的有11臺，占測試總數(shù)的39.3%；達到限定值的有22臺，占測試總數(shù)的78.6%。通過驗證，所確定的節(jié)能評價方法和評價指標能夠滿足不同類型、不同開發(fā)階段氣田用空冷器的節(jié)能測試評價需要[6]。

3 結論

研究制定的氣田用空冷器節(jié)能監(jiān)測評價方法通過現(xiàn)場測試與實驗分析，適合氣田用空冷器的運行需求，可為氣田用空冷器節(jié)能潛力的挖掘提供可靠的理論基礎和數(shù)據(jù)依據(jù)。同時，通過在中石化主要氣田的應用表明，所提出的測試評價方法能夠滿足不同類型氣田能耗測試與評價的需要。