Wilson 天然氣發電機運行監測軟件應用分析

徐太貴，葛倩冰，宋 雨

（中油國際管道有限公司，北京 100028）

0 引言

天然氣發電機是以天然氣為燃料，替代汽油、柴油等燃料作為發動機動力的一種新型、高效的新能源發電機。它由發動機和發電機兩部分組成，并配有電子控制管理系統。發動機部分主要由啟動系統、點火系統、曲柄連桿系統、燃氣供應系統、潤滑系統及冷卻系統組成[1]。由于天然氣發電機具有輸出功率范圍廣、運行可靠性高、排放污染低、體積小、重量輕、維護方便及噪聲小等優點，適合天然氣資源比較豐富的地區采用，因此在全球范圍內，天然氣發電機具有非常廣闊的應用前景[2]。

1 某輸油站場Wilson 天然氣發電機組簡介

某輸油站場地處偏僻山區且無市電接入，但其周邊有豐富可靠的天然氣源，故在設計之初選擇3 臺Wilson PG345B3 天然氣發電機組作為輸油站場生產和生活供電來源。該發電機組由Perkins 發動機、Leroy Somer 發電機和奇才EASYGEN-3000智能并機控制系統組成。天然氣發動機和發電機使用柔性連接，并安裝在公共底架上，由Wilson 廠家成撬組裝[3]。Wilson 發電機主要技術參數如下：發動機型號Perkins 4006-23TRS1，總功率322 kW，發動機額定轉速1500 r/min，發動機缸數為6 缸，直列L 形排列，缸徑160 mm，發動機沖程190 mm，壓縮比為12∶1，采用渦輪增壓進氣方式，發電機型號Leroy Somer LL6114B，工作頻率50 Hz。

1.1 天然氣發電機工作原理

天然氣發電機的基本原理是天然氣發動機驅動發電機進行發電，將天然氣的熱能轉換為電能。

天然氣發動機啟動時通過動力傳動發動機的曲軸使活塞在上部密閉氣缸中作循環往復運動。根據燃料燃燒的位置，發動機分為內燃機和外燃機兩大類別。該輸油站場采用的Perkins 發動機是一種典型的往復式四沖程內燃機。工作原理：進氣沖程將燃料（天然氣）和空氣按一定比例吸入；壓縮沖程快完成時火花塞點火；做功沖程中混合氣體在密閉氣缸內瞬間引燃繼而產生高溫、高壓燃氣，同時利用燃氣在氣缸內的膨脹作用推動活塞做功，活塞往復循環運動由連桿傳導至曲軸，曲軸高速旋轉并輸出機械功；最后的排氣沖程將氣缸里的廢氣排出。各氣缸按照一定的次序做功，作用在活塞的推力經過連桿機構推動曲軸轉動，帶動曲軸高速旋轉。經過循環做功后，發動機在端部飛輪的慣性作用下逐步加速工作，將交流發電機和天然氣發動機的曲軸同軸安裝，以利用天然氣發動機旋轉帶動發電機轉子轉動，根據電磁感應原理，發電機輸出感應電動勢，再經過閉合的負載回路產生電流[4]。

1.2 Wilson 天然氣發電機維護保養事項

Wilson 天然氣發電機維護保養級別分為日常維護保養，500 h維護保養，1000 h 維護保養，2000 h 維護保養，4000 h 維護保養，8000 h 維護保養以及16 000 h 大修保養。維護保養涉及易損易耗部件的檢查與更換。常見的核心易損易耗部件為火花塞、空氣濾芯、機油濾芯、曲軸箱呼吸器、充電機及其皮帶、燃氣電磁閥以及蓄電池等。不同的維護保養級別對應不同的易損易耗部件的檢查與更換。

2 天然氣發電機運行監測軟件應用

2.1 軟件開發目的

由于Wilson 天然氣發電機易損易耗部件眾多，且各部件檢查與更換的時間不盡相同，同時由于輸油站場天然氣發電機組常用運行方式為兩用一備，在一定程度上給相關設備管理人員及時安排合理維護保養工作造成困難。目前相關設備臺賬記錄停留在電子文檔階段，很難及時準確掌握各易損易耗部件的運行壽命。因此，開發一套Wilson 天然氣發電機專用軟件尤為重要。該軟件開發過程結合Perkins 4006型天然氣發動機保養手冊及輸油站場的實踐積累，總結一套運行管理經驗，并依據經驗建立一套數學模型，采用Visual Basic 語言在Windows7 操作平臺上開發。

2.2 軟件框架

軟件開發以“提前發現設備隱患問題，減少功能性故障問題發生”為出發點，以實現Wilson 天然氣發電機可靠運行為最終目的。軟件總體分為“維保”和“運行”兩大功能。“維保”功能主要為提示Wilson 天然氣發電機下次維護保養所要進行的級別以及對應檢查和更換的核心易損易耗部件，同時包含上次維護保養所做的項目及時刻和本次維護保養需做的項目及時刻，該界面同時包含輸油站場常用備品備件的庫存數據，方便相關設備管理人員了解庫存并合理安排維保事項。如圖1 所示，“運行”功能主要為輸油站場3 臺Wilson 天然氣發電機組總體運行參數監測，包含每臺發電機距下次維護保養所剩時長，并根據實際運行經驗設置維保時刻提醒功能（圖2）。同時，針對核心易損易耗部件的使用壽命進行監測，提前合理安排切機進行核心易損易耗部件的檢查與更換（圖3）。通過此兩項功能，便于相關人員了解發電機組的運行狀況和潛在問題，以便及時排除隱患，減少功能性故障和突發性故障的發生。

圖1 天然氣發電機組相關維保數據確認

圖2 天然氣發電機組運行參數監測

圖3 GG01 發電機核心易損易耗部件使用壽命

2.3 軟件創新

（1）輸油站場天然氣發電機組隱患問題并未產生實際故障之前，通過監測軟件分析掌握核心供電設備的運行狀態，及時采取維護維修等手段排除隱患，使故障問題在發生之前能夠得到有效控制，從而避免功能性故障的發生。該軟件基于此核心思路，促進相關設備管理人員對發電機組的了解掌握，及時安排維護保養工作，最大程度減少天然氣發電機組功能性故障的發生。軟件將原模糊化、散落化、冗長化的運營維修保養數據進行集中整合，變成可視化、數字化、模塊化的程序模塊，提高工作效率的同時，也降低了人為誤判的風險。

（2）軟件將備品備件庫存與本地數據關聯，可以在軟件監測核心易損易耗部件使用壽命的同時，查看相關備品備件庫存情況，便于提前安排維修更換事項，規避臨時性緊急性的維修更換操作而發生相關備品備件庫存已清空的現象。極大地提高了設備管理人員的工作效率，同時能夠合理安排備品備件的更換頻次，減少備品備件的不當消耗，促進天然氣發電機組的平穩運行。

（3）軟件將Wilson 天然氣發電機組的運行參數進行監測，結合設備運行管理經驗，在界面集成一個切機提示按鈕，可以對天然氣發電機組的運行時長進行提示，再經過相關技術人員的確認，能合理地安排設備切機操作。

2.4 軟件應用分析

在石油石化行業，伴隨著天然氣發電機的廣泛應用，相應的監測軟件也應大力推廣普及。大部分天然氣發電機組承載著區塊的唯一電力供應需求，而一旦天然氣發電機組故障停機，生產生活會受影響。輸油站場的發電機停機還可能引起輸油管道全線停輸，造成難以預計的損失和后果。因此，開發一款專用軟件用于監測分析天然氣發電機組，可以提前發現隱患問題從而進行維修更換，減少功能性故障的發生。

監測軟件用于天然氣發電機的運行狀態趨勢分析，可以更加精準地分析核心易損易耗部件、備品備件的需求情況，避免有的備品備件庫存很多卻不常用，有的備品備件庫存不夠但經常更換。因此，在備品備件的需求方面，設備管理人員通過分析歷史數據進行歸納總結，可以精準地提出庫存需求，提高備品備件使用率，提升物資管理水平，從而提升整個區塊的設備管理水平。

3 結語

開發一款天然氣發電機監測專用軟件，結合現場設備管理經驗，對天然氣發電機組的核心易損易耗部件的使用壽命進行監測，同時結合維保相關參數，積累歷史數據，可以分析總結設備運行趨勢，靈活調整備品備件的更換頻次，在提升備品備件使用率的同時，節約維護保養的成本，減少功能性故障的發生。該軟件在某輸油站場運行至今，提高了發電機運行管理水平，數次提前發現關鍵部件隱患問題從而減少了功能性故障的發生，有力保障了站場供電安全平穩，產生的綜合經濟效益顯著。