關于某伴生氣機組性能提升的試驗探究

（中國石油集團濟柴動力有限公司，濟南 250306）

油田伴生氣是油田開采過程中產生的氣體，除含有較多的甲烷、乙烷外，還有少量易揮發的液態烴及微量二氧化碳、硫化氫等雜質。以往的石油開采過程中，由于氣量過少，作為副產品的石油伴生氣一般直接用于火炬放空燃燒，沒有產生任何經濟價值，隨化石能源的日益減少以及國家對節能環保的重視，石油伴生氣越來越受到重視，被諸多投資者青睞。

一、燃氣發動機進氣方式對比

燃氣發動機現今的進氣方式大多為預混，所謂預混的進氣方式，即為燃氣和空氣在增壓器前通過一定的比例混合，經增壓器提高壓力、增加進氣密度后進入氣缸燃燒，從而把燃氣的熱能轉化為動能，驅動發動機運轉。

預混的進氣方式從進氣型式和混合狀態來說存在缺陷，相比缸內直接噴射、在氣缸內混合的方式，預混的進氣方式占據一定體積，使進氣充氣效率下降；特別對于增壓機來講，預混的進氣方式存在進氣管路長，啟動難的缺點，加速性也是存在較大影響，且過長的燃氣管路安全性也存在一定風險。

本文針對以上預混的進氣方式進行了改進和優化，把原混合器位置從增壓前改為增壓后，即空氣經增壓器壓力提升后與燃氣在混合器處混合，此種進氣方式稱之為單點噴射。并在混合器后增加燃氣擾流裝置，使燃氣和空氣混合均勻，進入缸內燃燒效果更好，解決了由于燃氣與空氣混合不均勻導致缸內燃燒出現爆震的現象，此裝置同時有穩壓作用，穩定負載變動時的氣流流動，保證在負載突變時保持穩定。后混的進氣方式使燃氣在進入進氣管時的壓力得到提高，相比預混的方式在性能方面有所提升，且發動機熱負荷得到了控制，但還需進行驗證。

二、單點噴射燃氣發動機

原天然氣發動機技術參數分別是：型號為W6138ZLDT；型式是直列六缸、四沖程、水冷、增壓中冷、空空中冷；缸徑/沖程為138mm/150mm；排量為13.5L；壓縮比為11:1；發火順序是1-5-3-6-2-4；點火方式為電控點火；燃燒方式為理論空燃比燃燒；燃氣噴射控制方式是預混、開環控制；發動機最大功率是165kW；增壓壓力為1.7Bar(絕對壓力)；渦前排氣溫度為695℃。預計改為單點噴射性能：渦前排氣溫度為680℃；燃氣噴射控制方式改為單點噴射；發動機最大功率為185kW。

伴生氣成分主要為甲烷，其含有不同含量的乙烷、丙烷等，同時經增壓器后的氣體溫度較高(最高能達到200℃)，與空氣混合后很容易發生爆炸。

從中冷器流出的空氣，溫度極大的降低(不超過50℃)，與燃氣在混合器處混合，解決了混合氣高溫高下產生危險的問題，使發動機的響應性得到提升。

由于混合器布置在增壓器下游，其混合方式也稱作“后混式”，與“預混式”相比響應性較好、安全性較高。

三、燃氣管路的改進

進氣方式改為后混，混合器位置變到增壓后，導致進入混合器空氣壓力升高，為保證燃氣能夠進入混合器與空氣混合，燃氣進氣壓力應進行提升。此外，燃氣壓力還應隨動，即隨空氣進氣壓力變動而變動，或燃氣壓力恒高于進氣壓力某個數值，在燃氣順利進入混合器的同時，保證其能夠按一定比例混合，順利進入缸內。

壓力隨動需對調壓閥進行適應性匹配，一般調壓閥出口壓力設定在3-5kPa，若燃氣出口壓力需根據進氣管內壓力隨動，則需接入壓力平衡。

混合器的頭部引出管，接入調壓閥膜片的彈簧側。膜片上方的壓力腔與混合器頭部的壓力相同，則燃氣壓力出口隨混合器頭部的壓力改變，保證流經調壓閥的燃氣壓力恒高于混合器頭部壓力一定數值，保證發動機的燃氣進氣量。

四、進氣管路的優化

由于整個進氣管路的布置由增壓前混合改為增壓后混合，導致整個燃氣進入進氣管與空氣混合的過程縮短，所以造成了混合后的氣體不均勻，容易造成缸內燃燒爆震等情況。混合器后加入了燃氣擾流裝置，該裝置通過改變氣流的方向，提高混合氣的均勻性，使進入氣缸的混合氣更均勻。

表1 新機組試驗測量數據

五、試驗結果分析及總結

機組功率達到160kW，加載至170kW時轉速不穩定，此時混合器較稀。機組突加性較好，相比原機(預混型式)性能提升35%，能滿足0-100kW突加，響應較好，排氣溫度降低了近20℃。大大提高了發動機使用壽命，降低了其零部件的熱負荷。

六、結論

（1）通過把混合方式改為后混，加速性得到了極大提高，從排溫來看，發動機熱負荷也得到了一定控制。

（2）燃氣擾流裝置在燃氣和空氣的混合過程中起到了效果，通過發動機排溫可以有很明顯的對比。

（3）燃氣管路還應做安全性保護，如燃氣電磁閥切斷功能以及過壓自動放散等功能，增強安全性。