空冷器風量測試準確性研究

嚴海芬，溫亞雄

中國石化中原油田分公司 技術監測中心（河南 濮陽 457001）

0 引言

空冷器是油氣田生產系統的主要用能設備之一，以單位供風量電耗來表征空冷器的電能利用狀況，即空冷器單耗。空冷器單耗的相關參數為電動機輸入的有功功率和空冷器風量。空冷器風量測試的準確性直接影響空冷器單耗的計算結果，也直接反應空冷器運行效果。

對近年所測的315臺空冷器進行統計，共有58臺空冷器風量超過了額定風量，占測試總數的18.4%。對該問題進行現場測試、分析、驗證，發現不同的測試方法測得的空冷器風量差異較大，針對這一結果，對不同的測試方法進一步研究，確定符合現場運行設備的測試方法。

1 風量測試與計算

空冷器風機運行時，由電動機帶動風機葉片轉動[1-2]，葉片上各點的線速度因距離葉片軸中心的距離的不同而不同，因而葉片各點上下壓差不同，風速也不同。

根據理論分析及現場測試情況，空冷器各點風速與測點距風機軸心距離成正比關系[3]。

1.1 測點布置及風量測試

參照GB 15913—2009《風機機組與管網系統節能監測》風速測點布置。

同心圓與圓心的距離（Ri）按式（1）計算：

式中：R為管道半徑，mm；i為同心圓序數；n為根據管道直徑確定同心圓數。

依據標準，風機葉輪半徑2 m的空冷器測試布點見表1。

表1 風速測點布置計算結果

表1中所列同心圓半徑布點在現場測試環境中操作難度較大，因此以10 cm和20 cm為間隔對比。

以某天然氣處理廠3-EA-1空冷器風量測試結果為例。該壓縮機空冷器，風機葉輪半徑2 m。測試時環境風速0.52 m/s，環境溫度22.6℃，相對濕度81.6%RH。風速測試結果見表2。距圓心距離相差20 cm時所測風速相差平均為6.2%，小于5%的比例為47.1%。統計結果表明，確定同心圓劃分間距為10 cm是較為科學的，同時每個同心圓上取4個測點，可進一步降低測試誤差。

表2 空冷器風機進風口不同位置風速測試情況

1.2 平均風速計算

由于同心圓的半徑不同，因此各個同心圓環的面積不同，分別為 100π（cm2）、300π（cm2）、500π（cm2）、700π（cm2）……，為一等差數列，將同心圓按距圓心距離由小至大編序號為1,2,3，…，n，則同心圓環面積依次為 1×100π（cm2）、3×100π（cm2）、5×100π（cm2）……、（2i-1）×100π（cm2）。計算總平均風速時，將各同心圓環的面積與該圓環處風速相乘再累加，然后再除以進風口總面積即為總平均風速，用公式表示：

化簡后為：

式中：i為同心圓環序號，按半徑由小到大依次編序號為1，2，3…；Vi為序號為i的圓環各點平均風速，m/s。

風量計算：

式中：V為風機進風口平均風速，m/s；S為風機進風口面積，m2。

2 應用情況驗證

采用確定的方法測試空冷器風量，共測試了76臺進行驗證，有2臺的測試風量大于額定風量，占2.6%。表3為部分空冷器風量測試時距圓心距離相差10 cm和距圓心距離相差20 cm測試結果對比。

用該測試方法在對某凈化廠空冷器測試中，發現部分空冷器風量無法根據運行生產工況調整，實際生產中造成不必要的能源浪費，提出采用變頻[4]措施的建議。對采取變頻措施后的部分空冷器進行了現場抽樣對比測試和評價[5-6]，測試結果表明措施實施后取得了顯著的節能效果，具體如下：

1）112-A-101C空冷器有功節電率為23.0%。

3）112-A-101E空冷器有功節電率為27.6%。

4）111-A-101C空冷器有功節電率為24.6%。

5）111-A-101E空冷器有功節電率為24.2%。

詳細測試結果見表4、表5。

3 社會經濟效益

3.1 社會效益

該測試方法在測試現場操作性強，并能確保空冷器風速測試的準確性，能夠為生產單位提供更加準確的測試數據。

3.2 經濟效益

通過測試，針對空冷器存在的問題提出節能改進措施，采用變頻技術節約電量。如對某凈化廠通過測試提出節能改進措施，采用變頻技術的空冷器約20臺，平均每臺空冷器的節電率按25%、空冷器運行功率20 kW來計算，每年每臺空冷器可節電4.38×104kW·h，年可節約電87.6×104kW·h，按1 kW·h電0.67元計算，取得經濟效益約58.7萬元。空冷器變頻控制裝置按預計使用5年計算，預計產生經濟效益約293.5萬元。

表3 空冷器風量測試結果對比

表4 112-A-101C/E空冷器變頻器測試結果

表5 111-A-101C/E空冷器變頻器測試結果

4 結束語

通過研究，采用標準中風機風速測點布置的方法，以同心圓半徑布點，確定測點在間隔為10 cm的同心圓對稱軸上，每個同心圓測試4個數據計算平均值。該方法既降低了現場操作的難度又提高了測試結果的準確性，能為生產單位提供可靠數據并提出節能降耗的建議。