淺談TEG在陜京管道中的應(yīng)用與維護(hù)

栗衛(wèi)東

摘要：陜京管道是我國第一條長距離、大口徑、自動(dòng)化程度較高的長距離輸氣管線。這條管線通過scADA系統(tǒng)監(jiān)控沿線各站場(chǎng)參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，而這一切都需要在有電力保障的條件下才能進(jìn)行，供電質(zhì)量就顯得極為重要。陜京沿線站場(chǎng)遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，架設(shè)外電比較困難，而TEG發(fā)電平穩(wěn)，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(shè)備供電就顯的更重要了。

1.TEG的發(fā)電原理

TEG是熱電發(fā)生器的簡(jiǎn)稱，是thermoelectric gnerator的縮寫，有時(shí)也稱溫差發(fā)電器。它是利用半導(dǎo)體的溫差電效應(yīng)，將熱能轉(zhuǎn)換成電能的一種裝置，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中沒有一個(gè)運(yùn)動(dòng)的部件，所以可靠性極高，壽命長，可達(dá)20年以上。TEG是以熱能直接轉(zhuǎn)換為電能的方式發(fā)電。它采用與熱電偶相同的原理發(fā)電。熱電偶的用途如下：A、測(cè)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(dǎo)體熱電材料，這類材料的效率更高，并能提供可實(shí)際實(shí)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(dǎo)線的形式），這兩種材料在一端連接。如果該連接點(diǎn)被加熱到比另一端更高的溫度，則此兩端將產(chǎn)生一個(gè)電壓。此時(shí)可向電路中的負(fù)載送電。該過程能保持連續(xù)的溫差，TEG是一種能提供維持上述要求條件的系統(tǒng)。

TEG到底是如何發(fā)電呢？相鄰的熱電偶是由一個(gè)P型和N型熱電阻并用熱電極做電器連接而構(gòu)成。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，325個(gè)熱電偶，每個(gè)產(chǎn)生85毫伏的電壓，它們以串連方式連接，從而產(chǎn)生28伏、21安培，功率達(dá)到590瓦的電力。熱電偶的熱連接由燃燒爐產(chǎn)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?yàn)樵谶\(yùn)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(fā)電機(jī)的冷接頭有一串聯(lián)管路冷卻。每個(gè)熱管都密封，并注入計(jì)量過的定量液體，以使用其蒸發(fā)損失，該液體受熱會(huì)沸騰，而在其上部區(qū)域卻會(huì)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(yùn)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(jīng)噴口，吸入燃料所需的空氣。燃料氣體流量由調(diào)壓閥控制，并且可由操作人員按所需的電力調(diào)節(jié)。按照電學(xué)原理，當(dāng)負(fù)載電壓是電源開路電壓的1/2時(shí)，負(fù)載可獲得最大電力，該條件被稱為相宜負(fù)載。TEG發(fā)電機(jī)與之相似，不同之處在于，由于變動(dòng)發(fā)電單元的電流阻抗，在負(fù)載電壓略高于開路電壓1/2時(shí)，輸出電力可達(dá)最大。發(fā)電單元應(yīng)始終處于有負(fù)載狀態(tài)，這是因?yàn)殚L時(shí)間的開路或該負(fù)載電壓條件下，熱連接件溫度可能升到并超過安全運(yùn)行范圍。因此，發(fā)電單元必須始終保持與電源調(diào)節(jié)器的連接，該裝置能限制發(fā)電單元的電壓，使之低于32.5v。

2.TEG的維修與保養(yǎng)

用戶使用的天然氣質(zhì)量是符合典型的管道輸送天然氣，通常為一年（或更長時(shí)間）進(jìn)行一次維護(hù)。對(duì)較差質(zhì)量的燃?xì)獾墓┙o，例如：潮濕、或直接來自于井口的臟氣，就需要每3至6個(gè)月進(jìn)行一次維護(hù)。TEG是一種堅(jiān)固的、可靠性極高的設(shè)備，僅需很少的維護(hù)保養(yǎng)。適合于無人值守，維護(hù)工作量較小，不受環(huán)境條件的影響。TEG已廣泛應(yīng)用于沒有交流電及交流電不能保障連續(xù)供給的地區(qū)，在陜京天然氣管道首先引入了TEG技術(shù)，為RTU系統(tǒng)運(yùn)行提供電源保障。

2.1.定期保養(yǎng)

TEG是一種可靠性的固體裝置，一般不需要太多的保養(yǎng)，但是為了能夠提供它無故障的年限，必須進(jìn)行定期的維修檢查，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明：正確安裝的TEG通常每年只需保養(yǎng)一次。為獲得最大的可靠性，需要進(jìn)行維修檢查，每年至少進(jìn)行一次功率檢查，如果功率裝置的輸出功率超過設(shè)置功率10瓦特以上，必須降低燃料的壓力，只需進(jìn)行以下維修：A、每年更換一次壓力調(diào)節(jié)器的燃料過濾器；B、滴干壓力調(diào)節(jié)器的沉積池；c、檢查燃料控板是否堵塞，并根據(jù)需要更換；D、清除加熱管的散熱片，燃燒室進(jìn)氣濾網(wǎng)以及燃燒室內(nèi)部的雜質(zhì)，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(shè)置功率10瓦特范圍以內(nèi)，則TEG的運(yùn)行正常。進(jìn)行上述的基本維修。如果功率裝置的輸出功率在設(shè)置功率10瓦特以下，則必須找出原因，參照系統(tǒng)運(yùn)行記錄表上最近一次記錄數(shù)據(jù)。從記錄數(shù)據(jù)中確定TEG是否在最后一次維修中以功率停止運(yùn)行的，記住環(huán)境狀態(tài)下設(shè)置功率的變化值。如果TEG沒有以設(shè)置功率停止運(yùn)行，則應(yīng)找出原因，TEG就不能以目前的設(shè)置功率運(yùn)行，如果TEG在最后一次維修檢查時(shí)是以設(shè)置功率停止運(yùn)行，而目前又不能以設(shè)置功率運(yùn)行，則應(yīng)考慮下列因素。

2.1 1.燃料的壓力變化。檢查系統(tǒng)運(yùn)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(jīng)變化，將其調(diào)節(jié)到最后一次記錄的讀數(shù)。如果這使得功率輸出裝置的輸出功率達(dá)到設(shè)置功率的10瓦特范圍內(nèi)，根據(jù)前面所述進(jìn)行基本維修。

2.1.2.空氣流堵塞。檢查加熱管的散熱片，進(jìn)氣濾網(wǎng)和空氣閥的堵塞情況。如果這使得輸出功率恢復(fù)到設(shè)置功率的10瓦特以內(nèi)，仍按上述進(jìn)行基本維修，

2.1_3.燃料的數(shù)量變化。要獲得持續(xù)的輸出功率，必須保證供給連續(xù)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(zhì)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(jìn)一步查出低于設(shè)置功率的原因，以便保證TEG目前的操作。

參考文獻(xiàn)：

[1]王駛，帥健.管道完整性管理標(biāo)準(zhǔn)及其支持體系[J].天然氣工業(yè).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）.