往復式燃氣壓縮機組技措節能量計算方法探討

陳燕 羅楊 陳英春 王家婧（西南油氣田公司重慶氣礦）

隨著氣田開采后期，增壓將是主要工作之一，而壓縮機作為增壓的主要設備，是氣田開采中的重點用能設備。壓縮機組隨著生產現狀的改變，會進行必要的技措改造，由于節能量不能直接測得，則改造后節能量的計算方法對評估節能降耗效果有重要意義。《節能量測量和驗證技術通則》是現行開展節能量測量和評價的基礎規章[1]，定義了節能量計算中所涉及到的所有概念，規定了測量進行中的計算原則、方法、內容和技術要求等[2]。但在壓縮機組節能技術措施項目評估中存在著計算方法不相同、計算參數不統一和計算邊界不統一的問題，導致計算結果存在較大變化或偏差。文中將目前技措項目分類整理，提出了4 種技措節能量的計算方法，并針對具體的節能技術措施給出了推薦的計算方法。

1 節能量計算方法

1.1 單耗法

單耗法是通過計算統計報告期、基期的單耗差值與統計報告期的處理氣量的乘積來計算得出[3-4]。該方法適用于能耗和相關自變量數據不足，無法計算校準基期能耗，基期和統計報告期生產比較穩定的情況。天然氣節約實物量計算方法按式（1）計算：

式中：Ebs為年節約天然氣實物量，104m3；ebi為統計報告期期間每月壓縮機組的耗氣量，104m3；eji為基期期間每月壓縮機組的耗氣量，104m3；Mbi為統計報告期期間每月壓縮機組的處理氣量，104m3；Mji為統計報告期期間每月壓縮機組的處理氣量，104m3。

1.2 比較法

比較法即比較改造項目的能耗，改造前后兩者之差即為節能量[5]。比較法一般針對統計報告期沒有能源消耗的的節能改造項目。天然氣節約實物量計算方法按式（2）計算：

1.3 效率法

效率法是通過比較往復式燃氣壓縮機組的發動機在統計報告期與基期的效率變化，適用于負荷輸出恒定且便于測算的技措項目，節能量按式（3）計算：

式中：Es為技術措施節能量，t；eb為統計報告期消耗的燃料氣，kWh；ηb、ηj為統計報告期、基期的燃氣發動機效率平均值；r為能源折標煤系數。

報告期、基期的燃氣發動機的效率計算公式如式（4）所示：

式中：ρa為標態下的空氣密度，kg/m3；SG為天然氣的相對密度；hinbi、houtbi為統計報告期第i級壓縮機的進、出口天然氣焓值，kJ/kg；hinji、houtji為基期第i級壓縮機的進、出口天然氣焓值，kJ/kg；Qnet為天然氣的低位發熱值，MJ/m3。

神經節苷脂相關性Guillain-Barré綜合征2例報告 … …………………………… 胡方方，胡珍珠，張尊勝 22

1.4 “基期能耗-影響因素”模型法

“基期能耗-影響因素”模型法采用了《國際節能效果測量和驗證指南》的節能量審核的方法及思路。通過分析能耗與影響因素的關系，建立數學模型，使能耗可以用影響因素進行表示[6-7]。該方法應用范圍廣泛，既考慮了項目的實際能耗，又考慮了外部影響的變化對能耗的影響，適用于復雜系統改造的技措節能量計算[8]。式（5）為通過回歸分析等方法建立基期能耗與其影響因素的相關性模型：

式中：Ej為基期能耗；xi為基期能耗影響因素的值。

只有當原假設中的固定影響因素發生意外變化，影響到統計報告期能耗時，可通過合理設置Am，獲得校準能耗。設定Am時使用的影響因素應相互獨立于式（6）中使用的影響因素。（Am通常為0）[9]。

式中：Ea為校準能耗；Am為校準能耗調整值；x′i為能耗影響因素在報告期的值（測量全部影響因素；測量部分影響因素，其他影響因素約定）。

2 節能技術措施

優化運行技術包括運行參數優化、工況調節、節能技術改造等方法，通過對壓縮機組調節，確保壓縮機在非額定工況下高效工作，達到壓縮機安全可靠運行和節能的目的，具體節能技術措施如表1所示。

表1 壓縮機常用節能技術措施

3 計算方法在現場的應用

通過在重慶氣礦吊鐘壩增壓站和臥南增壓站進行現場應用試驗，模擬對機組進行部分節能改造，主要調節一級進氣壓力、調節轉速、調節壓縮機余隙以及機組運行優化。

3.1 調節機組進氣壓力

機組進氣壓力的調節主要是調節一級進氣前節流閥，進氣受到節流后，因克服節流閥阻力使壓縮機的吸氣壓力和吸氣密度降低，所以進入壓縮機的氣體質量流量減少，進氣壓力降低。根據節流閥開啟度的不同，進氣壓力減少的程度也不同，可實現壓縮機進氣壓力的連續調節。

3.1.1 現場數據采集

表2 吊鐘壩、臥南增壓站一級進氣壓力機組運行參數

3.1.2 節能量計算結果分析

1）吊鐘壩增壓站2#機組調節進氣壓力節約天然氣量計算結果，臥南增壓站6#機組調節進氣壓力節約天然氣量計算結果，見表3。

表3 吊鐘壩、臥南增壓站調節進氣壓力節能量計算結果單位：m3/h

通過以上兩個示例分析，當壓力升高時，用單耗法計算出的節能量是符合規律正確的，即進機組壓力升高，燃料氣消耗量減少，隨著壓力的不斷升高，節能量越大。

3.2 調節機組轉速

通過改變壓縮機的轉速來調節壓縮機的排氣量。該方法的優點是能夠實現氣量的連續調節，且壓縮機轉速降低后，壓縮機氣缸內氣體熱力循環的周期變長，這在一定程度上意味著被壓縮氣體與外界的熱交換程度增大，壓縮過程和膨脹過程指數會下降，有利于降低壓縮機的指示功，而且調節過程中壓縮機各級壓比保持不變，不需要設專門的調節機構等。

3.2.1 現場數據采集

在吊鐘壩增壓站將2#機組轉速從851 r/min調至820 r/min 后再調至790 r/min。將臥南增壓站6#機組轉速由300 r/min 調至332 r/min 后再調至360 r/min，吊鐘壩、臥南增壓站2#機組調節轉速機組運行參數見表4。

表4 吊鐘壩、臥南增壓站2#機組調節轉速機組運行參數

3.2.2 節能量計算結果分析

1）吊鐘壩增壓站2#機組調節機組轉速節約天然氣量計算結果，臥南增壓站6#機組調節機組轉速節約天然氣量計算結果見表5。

表5 吊鐘壩、臥南增壓站組轉速節能量計算結果單位：m3/h

通過此實驗驗證，當調整分體式壓縮機組轉速時，基期能耗-影響因素法、效率法和單耗法三種方法均可用于計算節能量。當調整整體式壓縮機組轉速時，基期能耗-影響因素法更適宜于計算節能量。

3.3 調節機組余隙

3.3.1 現場數據采集

為保證機組安全運行，在吊鐘壩增壓站將2#機組的余隙從8 inch調至6 inch；將臥南增壓站6#機組余隙從8 inch 調至6 inch。吊鐘壩、臥南增壓站機組余隙機組運行參數見表6。

表6 吊鐘壩、臥南增壓站機組余隙機組運行參數

3.3.2 節能量計算結果分析

1）吊鐘壩增壓站2#機組調節機組余隙節約天然氣量計算結果，臥南增壓站6#機組調節機組余隙節約天然氣量計算結果，見表7。

表7 吊鐘壩、臥南增壓站機組余隙節能量計算結果單位：m3/h

由于余隙調速，影響壓縮缸容積的大小，直接影響處理氣量，從實驗可知，無論是分體式壓縮機組還是整體式壓縮機組，采用基期能耗-影響因素法、效率法和單耗法3 種方法均可用于計算節能量，但基期能耗-影響因素法優于其他兩種方法。

4 節能技術措施推薦算法

計算方法的選擇主要依據可用的數據資源[10]，通過收集整理重慶氣礦實施的技術措施項目，分別為4種類別，根據在吊鐘壩增壓站及臥南增壓站的實驗驗證的計算數據，不同計算方法的推薦程度如表8所示。

表8 不同技術措施的推薦程度

5 結論

結合現場項目，提出了4種往復式燃氣壓縮機組技措節能量計算方法，分別是單耗法、比較法、效率法以及“基期能耗-影響因素”模型法。單耗法是最基本的方法，“基期能耗-影響因素”模型法的適用性最強。但在實際的技措節能量計算中，也應適當考慮效率法或比較法，或者根據項目的實際情況及對技措節能量計算準確性的要求，采用多種方法進行核算。文中同時也開發出一套適用于往復式燃氣壓縮機組技措節能量核算軟件，為技措節能量的計算提供了一套高效的計算工具。通過對往復式燃氣壓縮機組的節能技措項目分類，給出計算時推薦的計算方法，在以后的節能量計算中可以依據技措類別采用相應的計算方法，從而規范各單位技措節能量的計算，做到統一合理，有利于各單位及時介入節能技措項目的評價，提高技術措施的節能管理工作水平。