往復(fù)式燃?xì)鈮嚎s機(jī)組技措節(jié)能量計(jì)算方法探討

陳燕 羅楊 陳英春 王家婧（西南油氣田公司重慶氣礦）

隨著氣田開(kāi)采后期，增壓將是主要工作之一，而壓縮機(jī)作為增壓的主要設(shè)備，是氣田開(kāi)采中的重點(diǎn)用能設(shè)備。壓縮機(jī)組隨著生產(chǎn)現(xiàn)狀的改變，會(huì)進(jìn)行必要的技措改造，由于節(jié)能量不能直接測(cè)得，則改造后節(jié)能量的計(jì)算方法對(duì)評(píng)估節(jié)能降耗效果有重要意義。《節(jié)能量測(cè)量和驗(yàn)證技術(shù)通則》是現(xiàn)行開(kāi)展節(jié)能量測(cè)量和評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)規(guī)章[1]，定義了節(jié)能量計(jì)算中所涉及到的所有概念，規(guī)定了測(cè)量進(jìn)行中的計(jì)算原則、方法、內(nèi)容和技術(shù)要求等[2]。但在壓縮機(jī)組節(jié)能技術(shù)措施項(xiàng)目評(píng)估中存在著計(jì)算方法不相同、計(jì)算參數(shù)不統(tǒng)一和計(jì)算邊界不統(tǒng)一的問(wèn)題，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在較大變化或偏差。文中將目前技措項(xiàng)目分類(lèi)整理，提出了4 種技措節(jié)能量的計(jì)算方法，并針對(duì)具體的節(jié)能技術(shù)措施給出了推薦的計(jì)算方法。

1 節(jié)能量計(jì)算方法

1.1 單耗法

單耗法是通過(guò)計(jì)算統(tǒng)計(jì)報(bào)告期、基期的單耗差值與統(tǒng)計(jì)報(bào)告期的處理氣量的乘積來(lái)計(jì)算得出[3-4]。該方法適用于能耗和相關(guān)自變量數(shù)據(jù)不足，無(wú)法計(jì)算校準(zhǔn)基期能耗，基期和統(tǒng)計(jì)報(bào)告期生產(chǎn)比較穩(wěn)定的情況。天然氣節(jié)約實(shí)物量計(jì)算方法按式（1）計(jì)算：

式中：Ebs為年節(jié)約天然氣實(shí)物量，104m3；ebi為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期期間每月壓縮機(jī)組的耗氣量，104m3；eji為基期期間每月壓縮機(jī)組的耗氣量，104m3；Mbi為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期期間每月壓縮機(jī)組的處理氣量，104m3；Mji為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期期間每月壓縮機(jī)組的處理氣量，104m3。

1.2 比較法

比較法即比較改造項(xiàng)目的能耗，改造前后兩者之差即為節(jié)能量[5]。比較法一般針對(duì)統(tǒng)計(jì)報(bào)告期沒(méi)有能源消耗的的節(jié)能改造項(xiàng)目。天然氣節(jié)約實(shí)物量計(jì)算方法按式（2）計(jì)算：

1.3 效率法

效率法是通過(guò)比較往復(fù)式燃?xì)鈮嚎s機(jī)組的發(fā)動(dòng)機(jī)在統(tǒng)計(jì)報(bào)告期與基期的效率變化，適用于負(fù)荷輸出恒定且便于測(cè)算的技措項(xiàng)目，節(jié)能量按式（3）計(jì)算：

式中：Es為技術(shù)措施節(jié)能量，t；eb為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期消耗的燃料氣，kWh；ηb、ηj為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期、基期的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)效率平均值；r為能源折標(biāo)煤系數(shù)。

報(bào)告期、基期的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的效率計(jì)算公式如式（4）所示：

式中：ρa(bǔ)為標(biāo)態(tài)下的空氣密度，kg/m3；SG為天然氣的相對(duì)密度；hinbi、houtbi為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期第i級(jí)壓縮機(jī)的進(jìn)、出口天然氣焓值，kJ/kg；hinji、houtji為基期第i級(jí)壓縮機(jī)的進(jìn)、出口天然氣焓值，kJ/kg；Qnet為天然氣的低位發(fā)熱值，MJ/m3。

神經(jīng)節(jié)苷脂相關(guān)性Guillain-Barré綜合征2例報(bào)告 … …………………………… 胡方方，胡珍珠，張尊勝 22

1.4 “基期能耗-影響因素”模型法

“基期能耗-影響因素”模型法采用了《國(guó)際節(jié)能效果測(cè)量和驗(yàn)證指南》的節(jié)能量審核的方法及思路。通過(guò)分析能耗與影響因素的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，使能耗可以用影響因素進(jìn)行表示[6-7]。該方法應(yīng)用范圍廣泛，既考慮了項(xiàng)目的實(shí)際能耗，又考慮了外部影響的變化對(duì)能耗的影響，適用于復(fù)雜系統(tǒng)改造的技措節(jié)能量計(jì)算[8]。式（5）為通過(guò)回歸分析等方法建立基期能耗與其影響因素的相關(guān)性模型：

式中：Ej為基期能耗；xi為基期能耗影響因素的值。

只有當(dāng)原假設(shè)中的固定影響因素發(fā)生意外變化，影響到統(tǒng)計(jì)報(bào)告期能耗時(shí)，可通過(guò)合理設(shè)置Am，獲得校準(zhǔn)能耗。設(shè)定Am時(shí)使用的影響因素應(yīng)相互獨(dú)立于式（6）中使用的影響因素。（Am通常為0）[9]。

式中：Ea為校準(zhǔn)能耗；Am為校準(zhǔn)能耗調(diào)整值；x′i為能耗影響因素在報(bào)告期的值（測(cè)量全部影響因素；測(cè)量部分影響因素，其他影響因素約定）。

2 節(jié)能技術(shù)措施

優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)包括運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化、工況調(diào)節(jié)、節(jié)能技術(shù)改造等方法，通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)組調(diào)節(jié)，確保壓縮機(jī)在非額定工況下高效工作，達(dá)到壓縮機(jī)安全可靠運(yùn)行和節(jié)能的目的，具體節(jié)能技術(shù)措施如表1所示。

表1 壓縮機(jī)常用節(jié)能技術(shù)措施

3 計(jì)算方法在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

通過(guò)在重慶氣礦吊鐘壩增壓站和臥南增壓站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，模擬對(duì)機(jī)組進(jìn)行部分節(jié)能改造，主要調(diào)節(jié)一級(jí)進(jìn)氣壓力、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)壓縮機(jī)余隙以及機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化。

3.1 調(diào)節(jié)機(jī)組進(jìn)氣壓力

機(jī)組進(jìn)氣壓力的調(diào)節(jié)主要是調(diào)節(jié)一級(jí)進(jìn)氣前節(jié)流閥，進(jìn)氣受到節(jié)流后，因克服節(jié)流閥阻力使壓縮機(jī)的吸氣壓力和吸氣密度降低，所以進(jìn)入壓縮機(jī)的氣體質(zhì)量流量減少，進(jìn)氣壓力降低。根據(jù)節(jié)流閥開(kāi)啟度的不同，進(jìn)氣壓力減少的程度也不同，可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力的連續(xù)調(diào)節(jié)。

3.1.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

表2 吊鐘壩、臥南增壓站一級(jí)進(jìn)氣壓力機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

3.1.2 節(jié)能量計(jì)算結(jié)果分析

1）吊鐘壩增壓站2#機(jī)組調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力節(jié)約天然氣量計(jì)算結(jié)果，臥南增壓站6#機(jī)組調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力節(jié)約天然氣量計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表3。

表3 吊鐘壩、臥南增壓站調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力節(jié)能量計(jì)算結(jié)果單位：m3/h

通過(guò)以上兩個(gè)示例分析，當(dāng)壓力升高時(shí)，用單耗法計(jì)算出的節(jié)能量是符合規(guī)律正確的，即進(jìn)機(jī)組壓力升高，燃料氣消耗量減少，隨著壓力的不斷升高，節(jié)能量越大。

3.2 調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速

通過(guò)改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的排氣量。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)，且壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，壓縮機(jī)氣缸內(nèi)氣體熱力循環(huán)的周期變長(zhǎng)，這在一定程度上意味著被壓縮氣體與外界的熱交換程度增大，壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程指數(shù)會(huì)下降，有利于降低壓縮機(jī)的指示功，而且調(diào)節(jié)過(guò)程中壓縮機(jī)各級(jí)壓比保持不變，不需要設(shè)專(zhuān)門(mén)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

在吊鐘壩增壓站將2#機(jī)組轉(zhuǎn)速?gòu)?51 r/min調(diào)至820 r/min 后再調(diào)至790 r/min。將臥南增壓站6#機(jī)組轉(zhuǎn)速由300 r/min 調(diào)至332 r/min 后再調(diào)至360 r/min，吊鐘壩、臥南增壓站2#機(jī)組調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速機(jī)組運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 吊鐘壩、臥南增壓站2#機(jī)組調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

3.2.2 節(jié)能量計(jì)算結(jié)果分析

1）吊鐘壩增壓站2#機(jī)組調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速節(jié)約天然氣量計(jì)算結(jié)果，臥南增壓站6#機(jī)組調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速節(jié)約天然氣量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 吊鐘壩、臥南增壓站組轉(zhuǎn)速節(jié)能量計(jì)算結(jié)果單位：m3/h

通過(guò)此實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)調(diào)整分體式壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速時(shí)，基期能耗-影響因素法、效率法和單耗法三種方法均可用于計(jì)算節(jié)能量。當(dāng)調(diào)整整體式壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速時(shí)，基期能耗-影響因素法更適宜于計(jì)算節(jié)能量。

3.3 調(diào)節(jié)機(jī)組余隙

3.3.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

為保證機(jī)組安全運(yùn)行，在吊鐘壩增壓站將2#機(jī)組的余隙從8 inch調(diào)至6 inch；將臥南增壓站6#機(jī)組余隙從8 inch 調(diào)至6 inch。吊鐘壩、臥南增壓站機(jī)組余隙機(jī)組運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表6。

表6 吊鐘壩、臥南增壓站機(jī)組余隙機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

3.3.2 節(jié)能量計(jì)算結(jié)果分析

1）吊鐘壩增壓站2#機(jī)組調(diào)節(jié)機(jī)組余隙節(jié)約天然氣量計(jì)算結(jié)果，臥南增壓站6#機(jī)組調(diào)節(jié)機(jī)組余隙節(jié)約天然氣量計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表7。

表7 吊鐘壩、臥南增壓站機(jī)組余隙節(jié)能量計(jì)算結(jié)果單位：m3/h

由于余隙調(diào)速，影響壓縮缸容積的大小，直接影響處理氣量，從實(shí)驗(yàn)可知，無(wú)論是分體式壓縮機(jī)組還是整體式壓縮機(jī)組，采用基期能耗-影響因素法、效率法和單耗法3 種方法均可用于計(jì)算節(jié)能量，但基期能耗-影響因素法優(yōu)于其他兩種方法。

4 節(jié)能技術(shù)措施推薦算法

計(jì)算方法的選擇主要依據(jù)可用的數(shù)據(jù)資源[10]，通過(guò)收集整理重慶氣礦實(shí)施的技術(shù)措施項(xiàng)目，分別為4種類(lèi)別，根據(jù)在吊鐘壩增壓站及臥南增壓站的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的計(jì)算數(shù)據(jù)，不同計(jì)算方法的推薦程度如表8所示。

表8 不同技術(shù)措施的推薦程度

5 結(jié)論

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目，提出了4種往復(fù)式燃?xì)鈮嚎s機(jī)組技措節(jié)能量計(jì)算方法，分別是單耗法、比較法、效率法以及“基期能耗-影響因素”模型法。單耗法是最基本的方法，“基期能耗-影響因素”模型法的適用性最強(qiáng)。但在實(shí)際的技措節(jié)能量計(jì)算中，也應(yīng)適當(dāng)考慮效率法或比較法，或者根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況及對(duì)技措節(jié)能量計(jì)算準(zhǔn)確性的要求，采用多種方法進(jìn)行核算。文中同時(shí)也開(kāi)發(fā)出一套適用于往復(fù)式燃?xì)鈮嚎s機(jī)組技措節(jié)能量核算軟件，為技措節(jié)能量的計(jì)算提供了一套高效的計(jì)算工具。通過(guò)對(duì)往復(fù)式燃?xì)鈮嚎s機(jī)組的節(jié)能技措項(xiàng)目分類(lèi)，給出計(jì)算時(shí)推薦的計(jì)算方法，在以后的節(jié)能量計(jì)算中可以依據(jù)技措類(lèi)別采用相應(yīng)的計(jì)算方法，從而規(guī)范各單位技措節(jié)能量的計(jì)算，做到統(tǒng)一合理，有利于各單位及時(shí)介入節(jié)能技措項(xiàng)目的評(píng)價(jià)，提高技術(shù)措施的節(jié)能管理工作水平。