Wilson 天然氣發(fā)電機運行監(jiān)測軟件應用分析

徐太貴，葛倩冰，宋 雨

（中油國際管道有限公司，北京 100028）

0 引言

天然氣發(fā)電機是以天然氣為燃料，替代汽油、柴油等燃料作為發(fā)動機動力的一種新型、高效的新能源發(fā)電機。它由發(fā)動機和發(fā)電機兩部分組成，并配有電子控制管理系統(tǒng)。發(fā)動機部分主要由啟動系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、曲柄連桿系統(tǒng)、燃氣供應系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)組成[1]。由于天然氣發(fā)電機具有輸出功率范圍廣、運行可靠性高、排放污染低、體積小、重量輕、維護方便及噪聲小等優(yōu)點，適合天然氣資源比較豐富的地區(qū)采用，因此在全球范圍內(nèi)，天然氣發(fā)電機具有非常廣闊的應用前景[2]。

1 某輸油站場Wilson 天然氣發(fā)電機組簡介

某輸油站場地處偏僻山區(qū)且無市電接入，但其周邊有豐富可靠的天然氣源，故在設(shè)計之初選擇3 臺Wilson PG345B3 天然氣發(fā)電機組作為輸油站場生產(chǎn)和生活供電來源。該發(fā)電機組由Perkins 發(fā)動機、Leroy Somer 發(fā)電機和奇才EASYGEN-3000智能并機控制系統(tǒng)組成。天然氣發(fā)動機和發(fā)電機使用柔性連接，并安裝在公共底架上，由Wilson 廠家成撬組裝[3]。Wilson 發(fā)電機主要技術(shù)參數(shù)如下：發(fā)動機型號Perkins 4006-23TRS1，總功率322 kW，發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速1500 r/min，發(fā)動機缸數(shù)為6 缸，直列L 形排列，缸徑160 mm，發(fā)動機沖程190 mm，壓縮比為12∶1，采用渦輪增壓進氣方式，發(fā)電機型號Leroy Somer LL6114B，工作頻率50 Hz。

1.1 天然氣發(fā)電機工作原理

天然氣發(fā)電機的基本原理是天然氣發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機進行發(fā)電，將天然氣的熱能轉(zhuǎn)換為電能。

天然氣發(fā)動機啟動時通過動力傳動發(fā)動機的曲軸使活塞在上部密閉氣缸中作循環(huán)往復運動。根據(jù)燃料燃燒的位置，發(fā)動機分為內(nèi)燃機和外燃機兩大類別。該輸油站場采用的Perkins 發(fā)動機是一種典型的往復式四沖程內(nèi)燃機。工作原理：進氣沖程將燃料（天然氣）和空氣按一定比例吸入；壓縮沖程快完成時火花塞點火；做功沖程中混合氣體在密閉氣缸內(nèi)瞬間引燃繼而產(chǎn)生高溫、高壓燃氣，同時利用燃氣在氣缸內(nèi)的膨脹作用推動活塞做功，活塞往復循環(huán)運動由連桿傳導至曲軸，曲軸高速旋轉(zhuǎn)并輸出機械功；最后的排氣沖程將氣缸里的廢氣排出。各氣缸按照一定的次序做功，作用在活塞的推力經(jīng)過連桿機構(gòu)推動曲軸轉(zhuǎn)動，帶動曲軸高速旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過循環(huán)做功后，發(fā)動機在端部飛輪的慣性作用下逐步加速工作，將交流發(fā)電機和天然氣發(fā)動機的曲軸同軸安裝，以利用天然氣發(fā)動機旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，根據(jù)電磁感應原理，發(fā)電機輸出感應電動勢，再經(jīng)過閉合的負載回路產(chǎn)生電流[4]。

1.2 Wilson 天然氣發(fā)電機維護保養(yǎng)事項

Wilson 天然氣發(fā)電機維護保養(yǎng)級別分為日常維護保養(yǎng)，500 h維護保養(yǎng)，1000 h 維護保養(yǎng)，2000 h 維護保養(yǎng)，4000 h 維護保養(yǎng)，8000 h 維護保養(yǎng)以及16 000 h 大修保養(yǎng)。維護保養(yǎng)涉及易損易耗部件的檢查與更換。常見的核心易損易耗部件為火花塞、空氣濾芯、機油濾芯、曲軸箱呼吸器、充電機及其皮帶、燃氣電磁閥以及蓄電池等。不同的維護保養(yǎng)級別對應不同的易損易耗部件的檢查與更換。

2 天然氣發(fā)電機運行監(jiān)測軟件應用

2.1 軟件開發(fā)目的

由于Wilson 天然氣發(fā)電機易損易耗部件眾多，且各部件檢查與更換的時間不盡相同，同時由于輸油站場天然氣發(fā)電機組常用運行方式為兩用一備，在一定程度上給相關(guān)設(shè)備管理人員及時安排合理維護保養(yǎng)工作造成困難。目前相關(guān)設(shè)備臺賬記錄停留在電子文檔階段，很難及時準確掌握各易損易耗部件的運行壽命。因此，開發(fā)一套Wilson 天然氣發(fā)電機專用軟件尤為重要。該軟件開發(fā)過程結(jié)合Perkins 4006型天然氣發(fā)動機保養(yǎng)手冊及輸油站場的實踐積累，總結(jié)一套運行管理經(jīng)驗，并依據(jù)經(jīng)驗建立一套數(shù)學模型，采用Visual Basic 語言在Windows7 操作平臺上開發(fā)。

2.2 軟件框架

軟件開發(fā)以“提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患問題，減少功能性故障問題發(fā)生”為出發(fā)點，以實現(xiàn)Wilson 天然氣發(fā)電機可靠運行為最終目的。軟件總體分為“維保”和“運行”兩大功能。“維保”功能主要為提示W(wǎng)ilson 天然氣發(fā)電機下次維護保養(yǎng)所要進行的級別以及對應檢查和更換的核心易損易耗部件，同時包含上次維護保養(yǎng)所做的項目及時刻和本次維護保養(yǎng)需做的項目及時刻，該界面同時包含輸油站場常用備品備件的庫存數(shù)據(jù)，方便相關(guān)設(shè)備管理人員了解庫存并合理安排維保事項。如圖1 所示，“運行”功能主要為輸油站場3 臺Wilson 天然氣發(fā)電機組總體運行參數(shù)監(jiān)測，包含每臺發(fā)電機距下次維護保養(yǎng)所剩時長，并根據(jù)實際運行經(jīng)驗設(shè)置維保時刻提醒功能（圖2）。同時，針對核心易損易耗部件的使用壽命進行監(jiān)測，提前合理安排切機進行核心易損易耗部件的檢查與更換（圖3）。通過此兩項功能，便于相關(guān)人員了解發(fā)電機組的運行狀況和潛在問題，以便及時排除隱患，減少功能性故障和突發(fā)性故障的發(fā)生。

圖1 天然氣發(fā)電機組相關(guān)維保數(shù)據(jù)確認

圖2 天然氣發(fā)電機組運行參數(shù)監(jiān)測

圖3 GG01 發(fā)電機核心易損易耗部件使用壽命

2.3 軟件創(chuàng)新

（1）輸油站場天然氣發(fā)電機組隱患問題并未產(chǎn)生實際故障之前，通過監(jiān)測軟件分析掌握核心供電設(shè)備的運行狀態(tài)，及時采取維護維修等手段排除隱患，使故障問題在發(fā)生之前能夠得到有效控制，從而避免功能性故障的發(fā)生。該軟件基于此核心思路，促進相關(guān)設(shè)備管理人員對發(fā)電機組的了解掌握，及時安排維護保養(yǎng)工作，最大程度減少天然氣發(fā)電機組功能性故障的發(fā)生。軟件將原模糊化、散落化、冗長化的運營維修保養(yǎng)數(shù)據(jù)進行集中整合，變成可視化、數(shù)字化、模塊化的程序模塊，提高工作效率的同時，也降低了人為誤判的風險。

（2）軟件將備品備件庫存與本地數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，可以在軟件監(jiān)測核心易損易耗部件使用壽命的同時，查看相關(guān)備品備件庫存情況，便于提前安排維修更換事項，規(guī)避臨時性緊急性的維修更換操作而發(fā)生相關(guān)備品備件庫存已清空的現(xiàn)象。極大地提高了設(shè)備管理人員的工作效率，同時能夠合理安排備品備件的更換頻次，減少備品備件的不當消耗，促進天然氣發(fā)電機組的平穩(wěn)運行。

（3）軟件將Wilson 天然氣發(fā)電機組的運行參數(shù)進行監(jiān)測，結(jié)合設(shè)備運行管理經(jīng)驗，在界面集成一個切機提示按鈕，可以對天然氣發(fā)電機組的運行時長進行提示，再經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員的確認，能合理地安排設(shè)備切機操作。

2.4 軟件應用分析

在石油石化行業(yè)，伴隨著天然氣發(fā)電機的廣泛應用，相應的監(jiān)測軟件也應大力推廣普及。大部分天然氣發(fā)電機組承載著區(qū)塊的唯一電力供應需求，而一旦天然氣發(fā)電機組故障停機，生產(chǎn)生活會受影響。輸油站場的發(fā)電機停機還可能引起輸油管道全線停輸，造成難以預計的損失和后果。因此，開發(fā)一款專用軟件用于監(jiān)測分析天然氣發(fā)電機組，可以提前發(fā)現(xiàn)隱患問題從而進行維修更換，減少功能性故障的發(fā)生。

監(jiān)測軟件用于天然氣發(fā)電機的運行狀態(tài)趨勢分析，可以更加精準地分析核心易損易耗部件、備品備件的需求情況，避免有的備品備件庫存很多卻不常用，有的備品備件庫存不夠但經(jīng)常更換。因此，在備品備件的需求方面，設(shè)備管理人員通過分析歷史數(shù)據(jù)進行歸納總結(jié)，可以精準地提出庫存需求，提高備品備件使用率，提升物資管理水平，從而提升整個區(qū)塊的設(shè)備管理水平。

3 結(jié)語

開發(fā)一款天然氣發(fā)電機監(jiān)測專用軟件，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備管理經(jīng)驗，對天然氣發(fā)電機組的核心易損易耗部件的使用壽命進行監(jiān)測，同時結(jié)合維保相關(guān)參數(shù)，積累歷史數(shù)據(jù)，可以分析總結(jié)設(shè)備運行趨勢，靈活調(diào)整備品備件的更換頻次，在提升備品備件使用率的同時，節(jié)約維護保養(yǎng)的成本，減少功能性故障的發(fā)生。該軟件在某輸油站場運行至今，提高了發(fā)電機運行管理水平，數(shù)次提前發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵部件隱患問題從而減少了功能性故障的發(fā)生，有力保障了站場供電安全平穩(wěn)，產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟效益顯著。