输气站场燃气发电机组的能耗测试与分析

刘国豪王华青张鹏张鑫安迪殷存志曾克然刘岩（.中国石油管道科技研究中心·油气管道输送安全国家工程实验室；.中国石油中亚天然气管道有限公司；.中国石油管道公司长春输油气分公司）

输气站场燃气发电机组的能耗测试与分析

刘国豪1王华青2张鹏2张鑫1安迪3殷存志2曾克然2刘岩2
（1.中国石油管道科技研究中心·油气管道输送安全国家工程实验室；2.中国石油中亚天然气管道有限公司；3.中国石油管道公司长春输油气分公司）

国内首次对输气管道站场燃气发电机进行能耗测试。发电机能耗测试包括发电效率测试和排烟气组分测试两项。通过开展发电机组的能耗测试，考察燃气发电机在燃气消耗、发电量、燃烧效果、烟气组分排放、运行水平等方面的情况，提出进一步提高发电效率和电力系统运行稳定性的建议，提高燃气发电机的运行水平，达到运行安全、经济高效的目标。

输气站场 燃气发电机 能耗测试 排烟气分析

天然气长输管道站场地理位置偏僻，在没有条件引进外电的情况下，站场均使用燃气发电机组发电，供站内燃气轮机组辅助系统、其他生产系统以及生活使用，发电机组的安全平稳运行对输气站场安全运行十分重要。

国内首次对天然气长输管道站场燃气发电机进行能耗测试，包括发电效率测试和排烟气组分测试两项。通过开展发电机组的能耗测试，考察燃气发电机在燃气消耗、发电量、燃烧效果、烟气组分排放、运行水平等方面的情况，提出进一步提升发电效率和电力系统运行稳定性的建议，提高燃气发电机的运行水平，达到安全运行、经济高效。

1 测试基本情况

目前输气管道站场使用的发电机主要有卡特彼勒、康明斯以及GE Jenbacher 3种机型。分别对3种机型进行发电效率测试和排烟气组分测试和分析。

排烟气测试依据GB/T 8190.2—2011《往复式内燃机排放测量第2部分气体和颗粒排放物的现场测量》[1]和GB/T 16297—1996《大气污染物综合排放标准》[2]，使用烟气分析仪在烟道出口对烟气组分进行测试与分析；依据相关国家标准，使用电参数综合测试仪对发电量测量、电能质量进行分析，使用超声波流量计计量燃料气的消耗量。

2 测试结果及评价

2.1 发电效率测试结果数据及分析

发电效率主要测试结果见表1。

表1 发电机实际发电效率主要测算结果汇总

1）发电质量方面：发电频率稳定在49.98～50.05 Hz之间，波动±0.14%，满足GB/T15945—2008《电力系统频率偏差》[3]中要求频率波动±0.2 Hz的要求；电压波动±5%，符合GB/T12325—2008《供电电压允许偏差》[4]中10 kV及以下小于±7%的规定；三相电压最大不平衡度±0.9%，三相电流不平衡度最大为0.15%，满足GB/T15543—2008《三相电压允许不平衡度》[5]中三相电压允许不平衡度为2%，短时不超过4%，用户引起不平衡度为1.3%和三相电流不平衡度低于5%的规定。综合上述，发电质量符合国家标准对电能质量的要求。

2）查找相关国内外文献，国外发电效率平均水平在33%～41%左右[6]。从本次测试结果可以看出，燃气发电机发电效率为33.2%～37%，距离先进水平有差距，有进一步提高的潜力。

2.2 排烟气组分测试结果数据及分析

烟气燃烧状况分析主要测试结果见表2。

表2 发电机排烟气测试参数主要测试结果汇总

1）发电机燃烧状况普遍较差，空燃比偏高或偏低，过剩空气系数偏大和燃烧不充分现象较多，燃料气消耗偏高。只有GE Jenbacher机组燃烧效果较好，这和前期选型时GE Jenbacher机型为贫燃类型、其他站卡特和康明斯机型为富燃类型有关。

3种发动机机型中GE Jenbacher为贫燃类型，从测试结果看出，燃烧效果优于大部分卡特彼勒发电机。由于本次未进行康明斯机型烟气测试，无法进行相关对比。

2）根据GB16297—1996《大气污染物综合排放标准》中相关规定，发电机烟气中NOx含量小于420×10-6属于排放合格。排放合格率为38%。

3）2台发电机同时运行时，低负荷情况较为普遍，此时发电效率偏低，燃烧效果也较差。建议尽量单台高负荷运行，仅在机组启停、切换时短暂开启2台或多台发电机同时运行。

3 设备存在的问题

3.1 发动机大小功率匹配性差

互联网的使用以及移动商务的发展，大大推动了在线自助游产业的创新与变革。旅游资源整合与互联互通，形成了旅游新业态的发展基础。全域旅游新业态与互联网的高度融合对在线自助游产品及服务的升级提供更大的保障。但对于在线自助游过程中存在的一些弊端仍是下一步探讨的重点。

各站标准配置为3台975 kW或3台1750 kW大机型配1台260 kW或320 kW的小发电机组。实际运行时，各站存在开1台大机组不够用，开2台大机组负荷又较低，运行效果较差的情况，大小机型匹配不合理。

3.2 现场燃料气、电参数计量及显示仪表存在问题

部分站场发电机耗气量计量表失准，导致耗气量偏大或偏小，影响耗气计量；电计量方面，站内计量不准确。例如，某站4#压缩机组正常运行时辅助耗电P应为92 kW左右，但站空压机设备控制面板上显示电量P为48 kW偏小，假负载实际投用245.3 kW却显示11.49 kW等情况。这些计量失准问题导致上级无法准确掌握站内真实用能情况，无法成为制定节能管理政策的依据。

4 节能建议

4.1 调整发电机的空燃比，改善燃烧效果，减少燃气消耗量

2台发电机同时运行时测试发现，烟气含氧量1.3%、1.8%，对应的NO超标，说明空燃比偏小，进风量小，可燃气体未完全燃烧程度较高，建议调高空气进风量，增大空燃比。

部分发动机单台运行时，空燃比偏大，烟气含氧量偏高，CO和UHC偏高，说明进风量偏大，燃料气未经充分燃烧就被吹出，建议调低进风量，减少空燃比。

调节风量的工作具体由厂家、测试机构、站场联合进行。初步分析，含氧量在6%～9%之间比较合适。新建管道站场发电机选型时尽量选择贫燃发电机组。

各站分别执行75%、52%、50%以上的负荷率运行条件，按照发电机长期运行条件，建议50%负荷率以上即可长期稳定运行。减少假负载投用功率，减少燃气消耗。

4.3 新建管道要合理匹配站内发电机大小，优化机组运行，减少耗气和耗电

大、小机型搭配，可灵活应对各年份气量的变化：气量大时，能充分利用燃气发电，不造成浪费，增加收益；气量少时，又保证了燃气发电机能在合适的负载下稳定工作。增加了设备的使用寿命，减少了机组超低负荷连续运转时的维护工作和假负载的耗电。

大机型和小机型两个功率相差50%，这种配搭可以最大限度地适应现场电量的变化，并满足机组所需要的50%以上负载，从而不限时地稳定工作。

4.4 统一对全线燃料气、电参数计量仪表进行校准，完善计量仪表配备

校核发电机燃料气仪表，对变电间的单台设备的电参数计量仪表进行校准。

能源计量器具的配备按照GB/T 17167—2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》[7]、GB/T 20901—2007《石油石化行业能源计量器具配备和管理要求》[8]规定，单台额定功率100 kW以上电动机，能源计量器具配备率要达到100%。

[1]计维斌,宋战全,邹强,等.GB/T 8190.2—2011 往复式内燃机排放测量第2部分气体和颗粒排放物的现场测量[S].北京:中国国家标准化管理委员会,2011.

[2]国家环境保护局科技标准司.GB/T 16297—1996 大气污染物综合排放标准[S].北京:国家环境保护局,1996.

[3]潘艳,朱伟江,刘迅,等.GB/T 15945—2008 电力系统频率偏差[S].北京:中国国家标准化管理委员,2008.

[4]周胜军,于坤山,谭志强,等.GB/T 12325—2008 供电电压允许偏差[S].北京:中国国家标准化管理委员会, 2008.

[5]侯铁信,卜正良,林海雪,等.GB/T15543—2008 三相电压允许不平衡度[S].北京:中国国家标准化管理委员会,2008.

[6]金心.世界发电效率最高的燃气发电机[J].电世界, 2008(8):53.

[7]张万路,王顺安,何相助,等.GB/T 17167—2006 用能单位能源计量器具配备和管理通则[S].北京:中国国家标准化管理委员会,2006.

[8]李荣光,孙笑非,郑灿亭,等.GB/T 20901—2007 石油石化行业能源计量器具配备和管理要求[S].北京:中国国家标准化管理委员会,2006.

图6 油井能耗随回压增加幅度曲线

3 现场实施效果分析

根据现场试验的测试分析，对9口回压相对较高的抽油机井进行了回压控制实施。措施前9口抽油机井平均单井回压为0.62 MPa，平均单井日产液为45 t，平均单井吨液耗电为4.35 kWh。为降低油井回压对油井载荷、能耗、产液等生产情况的影响，现场采取了高温冲洗管线、管线加热、油井热洗等清蜡措施，并更换了老化的汇管管线。

措施后测试数据表明，平均单井回压为0.41 MPa，下降了0.21 MPa，平均单井吨液耗电为4.01 kWh，下降了0.34 kWh，平均单井节电率达8.03%，取得了较好的实施效果。

4 结论及认识

1）油井回压升高，将导致油井吨液能耗增加，油井产量降低。

2）根据油井回压对油井产液及抽油机能耗的影响分析，确定了油井回压控制在0.6 MPa以下是合理的，但对整个油田生产来说，合理的井口回压的确定还应与地面集输系统统一考虑。

参考文献：

[1]王鸿勋,张琪.采油工艺原理[M].北京:石油工业出版社,1989(1):27-29.

[2]韩修廷,王秀玲,焦振强.螺杆泵采油原理及应用[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,1998,2(1):47-51.

[3]周生田,张琪,李明忠,等.抽油机井口回压对油井生产的影响[J].石油钻采工艺.1998,20(5):42-44.

（收稿日期：2015-03-09）

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.004

2015-02-03）

刘国豪，工程师，2006年毕业于天津大学（电气自动化专业），工程硕士，2012年毕业于天津大学（材料科学与工程专业），从事油气管道输送系统耗能设备节能监测工作，E-mail：kjlgh@petrochina.com.cn，地址：河北省廊坊市金光道 51号，065000。