影響中國西部油田柴油發(fā)電機組效率因素的分析

鄒敏 邵寧

摘 要：柴油發(fā)電機組是遠離電網(wǎng)覆蓋的野外勘探、采油工作區(qū)最主要的、最常用的電力來源。我國大部分油田位于新疆、青海、內(nèi)蒙古和四川等中西部地區(qū)，這些地區(qū)海拔較高，氣候惡劣，柴油發(fā)電機組效率和通常情況有很大差異，因此有必要分析影響其效率的因素。本文通過對我國西部幾個典型油田柴油發(fā)電機組的柴油消耗量、發(fā)電量監(jiān)測數(shù)據(jù)的計算和分析，發(fā)現(xiàn)機組發(fā)電油耗在0.260-0.276kg/kWh之間，供電油耗在0.276-0.296kg/kWh之間。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機組;發(fā)電油耗;效率影響因素;油電比

1 概述

我國西部大部分油田（吐哈油田、塔里木油田、長慶油田、新疆油田等）深處內(nèi)陸高海拔地區(qū)。屬典型的溫帶大陸性氣候，終年降水稀少，年內(nèi)氣溫變化大。冬季寒冷，氣溫在0℃左右。夏季干燥，氣溫超過30℃。由于這些油田處于市電電網(wǎng)不能輸送到的偏遠地區(qū)，為了滿足油田作業(yè)要求，通常用柴油發(fā)電機組來獨立供電，作為動力和照明的主電源。

本文以我國西部部分油田柴油發(fā)電機組為例，通過分析機組在不同情況下的發(fā)電量、耗油量和供電量來研究影響油田柴油發(fā)電機組油耗率的因素。

2 數(shù)據(jù)的采集與分析

本文所有數(shù)據(jù)均由我公司位于吐哈油田、塔里木油田、克拉瑪依油田和長慶油田等地的鉆探隊提供。相關(guān)數(shù)據(jù)圖如圖1所示。

上述井隊所涉及到的柴油發(fā)電機如表1所示。

3 影響油田柴油發(fā)電機組效率的因素

通過對比各油田柴油發(fā)電機組的工作數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)實際運行中存在機組油耗過高、發(fā)電效率較低的現(xiàn)象，為了滿足油田降低能耗、節(jié)能減排的要求，有必要探討影響油田柴油發(fā)電機組效率的因素。

3.1 輔助設(shè)備

使用柴油發(fā)電機組作為穩(wěn)定電源必須配備相應的輔助設(shè)備。西北各油田冬季寒冷，冬季溫度在-14℃～0℃之間，為了保證柴油發(fā)電機組正常運轉(zhuǎn)，必須對機組經(jīng)行保溫處理，尤其需要對柴油進行保溫。鉆探現(xiàn)場條件簡陋，最常用的方式是電保溫。另外，西部油田地區(qū)夏季非常干燥炎熱，為使柴油發(fā)電機組能夠持續(xù)穩(wěn)定的運行，冷卻措施必不可少，大功率風冷設(shè)施在保證設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運行過程的同時也消耗了大量的能量。

通過計算圖2中8口井輔助設(shè)備用電數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在石油鉆井現(xiàn)場，柴油發(fā)電機的輔助設(shè)施的用電量占比在7%～14%之間，占比較高。

輔助設(shè)備是柴油發(fā)電機組連續(xù)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，是柴油發(fā)電機組的一部分，輔助設(shè)備用電量屬于發(fā)電機組的自用電。如果能想辦法降低相關(guān)輔助設(shè)施消耗的電量，就能夠提高柴油發(fā)電機組的效率。

3.2 海拔

海拔升高使得柴油機進氣量減小，缸內(nèi)空氣系數(shù)降低，造成可燃混合氣變濃，特別在大負荷時，這必然會使得缸內(nèi)局部過濃區(qū)域增加，導致燃燒惡化，柴油機經(jīng)濟性下降。根據(jù)一項對車用柴油機的研究，在100%負荷和25%負荷時，從10m到1000m，油耗率分別增加了3.05%和0.41%;從1000m到1670m，油耗率分別增加了2.51%和0.47%。

3.3 機組壽命與日常保養(yǎng)

柴油發(fā)電機組在長期使用后會出現(xiàn)功率下降、動力不足等一系列狀況。柴油機功率下降后，帶負載工作時效率低，柴油消耗量提高，使得油田生產(chǎn)成本提高。圖3為三種類型柴油發(fā)電機不同使用年限下的油耗率，可以看出，隨著使用年限的增加，油耗率在不斷上升，在使用第8年時，三種柴油發(fā)電機油耗相比使用初期增加了0.015～0.02g/kWh。

另外，油田用柴油機因工況惡劣、無法按時保養(yǎng)，在工作運行過程中，供油系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、進排系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)四大系統(tǒng)經(jīng)過高溫、燃燒等作用出現(xiàn)了損害、侵蝕等問題。加上長期持續(xù)運行，如果不能及時修繕系統(tǒng)使其具有較好的技術(shù)狀態(tài)，最終將會降低機器熱效應而加大油耗。

3.4 余熱無回收利用的問題

在實際使用中發(fā)現(xiàn)，油田鉆井工程所用的動力柴油機有效功只占機械系統(tǒng)總消耗功的35%，大量的熱能隨著柴油機尾氣排放而白白流失掉，造成了很大的浪費。相比之下，國內(nèi)燃煤機組針對排煙溫度普遍偏高問題，提出了采用煙氣余熱回收技術(shù)對系統(tǒng)進行改造，通過調(diào)整參數(shù)對煙氣余熱回收系統(tǒng)進行優(yōu)化。對某600MW機組的實際計算結(jié)果表明，系統(tǒng)優(yōu)化后比優(yōu)化前的相對效益提高了4.4%。可以預見，將溫差發(fā)電技術(shù)應用到鉆井柴油發(fā)電機的余熱回收利用中，使得發(fā)電機燃燒后產(chǎn)生的余熱得到充分的利用，不僅在鉆井過程中起到降本增效、節(jié)能降耗的作用，同時兼具環(huán)保的效果。

3.5 機組運行環(huán)境狀況

柴油發(fā)電機組所標定的功率都是針對某一特定的環(huán)境狀況而言的，環(huán)境狀況是指柴油發(fā)電機組運行地點的環(huán)境大氣壓力、溫度和相對濕度，它們對柴油發(fā)電機的性能和工作效率有很大影響。

在冬季，西北部各油田氣溫在-15℃～0℃之間，此時外部溫度過低，帶走氣缸內(nèi)大量熱能，使其熱損失增多;潤滑油溫度也隨之下降，機油在氣溫較低時粘度較大，其流動性變差。這不僅增加柴油發(fā)電機組的零件磨損，而且由于零件運動阻力增大，使機械功率損失增加，柴油發(fā)電機組的輸出功率就會降低。

在夏季，環(huán)境溫度過高，吸入氣溫度過高，燃油消耗量會增加8%～10%，例如，由20℃增加到40℃時，燃油消耗率可提升約3g/kWh。成液滴狀的燃油進入氣缸后會沖洗氣缸壁上的潤滑油膜，并滲入到曲軸箱內(nèi)，使零件的磨損量增加、沖淡油底殼內(nèi)的潤滑油、增加燃油消耗量和減少功率輸出。

從圖4中可以看出，柴油發(fā)電機組在夏季和冬季的油耗率較春秋季節(jié)增加了0.015～0.02kg/kWh，在10月份，油耗率最低為0.242;在7月份，油耗率最高為0.269。這是因為冬天需要給發(fā)電機組保溫，夏天需要使用風冷模塊給機組降溫，且降溫效率遠低于加熱效率，因此夏天的油耗率更高。

4 結(jié)論

油田柴油發(fā)電機組發(fā)電油耗在0.260-0.276kg/kWh之間，供電油耗在0.276-0.296kg/kWh之間。柴油機組輔助設(shè)施用電、機組所在地海拔，運行負荷、機組壽命與日常保養(yǎng)、機組運行環(huán)境情況、余熱無回收利用等問題都會影響油田柴油發(fā)電機組的工作效率。

5 建議

為了提高油田柴油發(fā)電機組效率，可以從兩方面入手，一是加強硬件設(shè)施的投入，如更換使用年限較長的設(shè)備或?qū)吓f設(shè)備進行維修翻新、選用效率高能耗低的輔助設(shè)施、改善機組運行的環(huán)境設(shè)施;另一方面加強柴油發(fā)電機組的日常保養(yǎng)工作、加強對機組運行負荷和運行環(huán)境的監(jiān)控。

參考文獻：

[1]王海洋，魏清泉，杜金風，李峰.石油鉆井柴油機節(jié)能減排發(fā)展趨勢[J].設(shè)備管理與維修，2017（11）：142-144.

[2]何星，楊紹卿，章凱，姜貴文.面向?qū)嵻囀褂玫闹剌d柴油機壽命損耗機理[J].科學技術(shù)與工程，2018，18（14）：141-146.

[3]張艷芳.影響柴油機油耗的相關(guān)因素與節(jié)能增效的基本措施[J].科技與企業(yè)，2012（15）：181.