王世杰（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

杏區(qū)淺冷裝置節(jié)能降耗潛能分析

王世杰（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

天然氣分公司的4套杏區(qū)淺冷裝置，年設(shè)計伴生氣總處理量51100×104m3，主要能耗設(shè)備有淺冷離心式主壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)組、輔助機(jī)泵、電加熱器、照明及其生產(chǎn)輔助和控制設(shè)施。針對淺冷裝置的主要耗能設(shè)備，從三個方面分析了裝置能耗存在問題的主要原因，確立了節(jié)能的主要方向和應(yīng)采取的措施，通過優(yōu)化運(yùn)行和技術(shù)改造，可以實(shí)現(xiàn)較為明顯的節(jié)能挖潛成效，達(dá)到降本增效的目的，并對同類裝置的節(jié)能降耗起到一定的指導(dǎo)作用。

壓縮機(jī)；回流；并列運(yùn)行

2014年初，杏區(qū)計劃處理伴生氣4.0051×108m3，占分公司淺冷裝置計劃總處理氣量的25.5%。杏區(qū)淺冷裝置作為生產(chǎn)主力裝置和能耗大戶，節(jié)能降耗在分公司降本增效的管理中起著舉足輕重的作用。因此，在裝置的管理中，通過總結(jié)和分析裝置的運(yùn)行特點(diǎn)，開展深入挖潛的活動，掌握設(shè)備能耗損耗的規(guī)律，制定技術(shù)措施和改造方案，可以有效的降低裝置的電能耗，避免電能浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)杏區(qū)淺冷裝置降本增效的目標(biāo)。

1 現(xiàn)狀

淺冷離心式主壓縮機(jī)回流控制產(chǎn)生的電能損耗不受控，回流控制不夠精細(xì)。杏區(qū)4套淺冷裝置的主壓縮機(jī)均設(shè)有回流保護(hù)工藝流程，但缺少裝置處理氣量與主壓縮機(jī)回流開度相對應(yīng)的回流數(shù)值設(shè)定表。致使在淺冷裝置運(yùn)行期間，為確保主壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，崗位員工手動控制主壓縮機(jī)的回流開度，以壓縮機(jī)不喘振為指標(biāo)進(jìn)行模糊控制。該方式直接導(dǎo)致崗位操作人員憑經(jīng)驗(yàn)控制，無法做到回流控制精細(xì)，易發(fā)生回流開度偏大的現(xiàn)象，不可避免的增加了壓縮機(jī)的循環(huán)氣量壓縮，產(chǎn)生電能的大量損耗和不受控流失現(xiàn)象[1]。

杏區(qū)6kV配電室變壓器負(fù)荷率低，并列運(yùn)行損耗大。淺冷裝置中，變壓器容量的負(fù)荷設(shè)計帶載余量大，目前投運(yùn)的8臺變壓器平均負(fù)荷率低于40%，投用變壓器產(chǎn)生的設(shè)備電能自身損耗比重增加，致使變壓器在分段并列運(yùn)行模式時，變壓器自耗電量的比重增加。

清水泵功率無法實(shí)時調(diào)節(jié)和控制，電能損耗大。杏區(qū)淺冷裝置中，E-502水冷換熱器為天然氣主壓縮機(jī)級間冷卻換熱器，它是清水泵供水的主要用水負(fù)荷。2010年淺冷裝置工藝改造后，E-502水冷器前方加裝空冷換熱器，原清水需求量大大降低。節(jié)水的同時，裝置原設(shè)計清水泵負(fù)載已低于額定負(fù)載的50%，清水泵電動機(jī)的效率下降，產(chǎn)生載荷過低的現(xiàn)象，造成了電能的大量浪費(fèi)。

2 潛力分析

2.1 降低處理氣量單耗

杏三淺冷裝置設(shè)計日處理氣量40×104m3，杏九和杏V-1淺冷裝置設(shè)計日處理氣量30×104m3。杏區(qū)淺冷裝置近5年的總處理氣量波動較大，除去檢修月影響，目前，裝置運(yùn)行期間負(fù)荷率最高接近0.9，最低0.6。主壓縮機(jī)負(fù)荷率波動大，為回流開度的進(jìn)一步優(yōu)化控制提供了操作基礎(chǔ)[2]。

其中，近3年的杏三淺冷裝置處理氣量增加明顯，負(fù)荷率較高。杏九則負(fù)荷率較為平穩(wěn)?？梢孕尤托泳?套淺冷裝置進(jìn)行各自的分析和對比。

以杏三裝置數(shù)據(jù)為例，2013年和2014年杏三裝置運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計如表1所示。表1中的7月份數(shù)值，均為裝置機(jī)組檢修或停機(jī)引起的月處理氣量降低現(xiàn)象。但裝置全年來氣充足，負(fù)荷率均在0.80以上，該部分?jǐn)?shù)據(jù)可作為回流開度控制考核的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

取2013年和2014年杏三淺冷裝置同期數(shù)據(jù)對比分析見表1。2014年3月份，處理氣量1061×104m3，耗電量262.52×104kWh，負(fù)荷率為0.86；同期2013年3月處理氣量1092×104m3，耗電量226.69×104kWh，負(fù)荷率為0.88。通過該組數(shù)據(jù)對比可以看出，手動控制回流開度的能耗對比效果顯著。兩個月份淺冷裝置的負(fù)荷率均在0.85以上，但電能耗差值近36×104kWh，折算電費(fèi)成本約23.6萬元（0.6581元/kWh）。因此，隨著處理氣量的波動，杏區(qū)4套淺冷裝置的主壓縮機(jī)回流開度若能夠得到實(shí)時有效的手動調(diào)控，處理單位氣量的電單耗可有效的降低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

表1 2013年、2014年杏三淺冷裝置運(yùn)行參數(shù)

表2 2013年、2014年杏九淺冷裝置運(yùn)行參數(shù)

杏九淺冷裝置運(yùn)行分析對比，表2的月份天數(shù)按9個月統(tǒng)計。2013年和2014年裝置負(fù)荷率基本持平，略有偏低，如圖1所示，但2014年杏九淺冷主壓縮機(jī)回流控制出現(xiàn)故障，無法將回流關(guān)死。

圖1 2013年、2014年負(fù)荷率

2013年杏九淺冷裝置前9個月處理伴生氣量7180×104m3，耗電量1627.56×104kWh；2014年杏九淺冷裝置前9個月處理伴生氣量6786×104m3，耗電量1654.62×104kWh。2013年前九個月運(yùn)行天數(shù)較2014年多14天，多處理濕氣394×104m3，節(jié)電27.06×104kWh。顯而易見，杏九2014年因主壓縮機(jī)回流問題能耗顯著增加。

2.2 減少變壓器自身電能損耗

改變變壓器運(yùn)行方式，提高單臺變壓器的負(fù)荷率，同時降低變壓器自身的電能損耗，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。變壓器空載損耗統(tǒng)計見表3。

配電設(shè)施設(shè)計時，考慮增加供電系統(tǒng)的可靠性，避免變壓器本體故障帶來的大范圍低壓設(shè)備失電的現(xiàn)象，杏區(qū)淺冷6kV配電所變壓器，采用2臺變壓器分段并列運(yùn)行方式。從配電設(shè)施多年來運(yùn)行情況看，變壓器設(shè)備的可靠性較高，但負(fù)荷率低，變壓器具備一開一備運(yùn)行條件。因此，改變變壓器運(yùn)行方式來節(jié)能，此方式具有極大的節(jié)電潛力和可操作性。

2.3 減少淺冷清水供水泵所需能耗

淺冷裝置用水主要由水泵提供，成本主要為耗水成本與拖動電動機(jī)的能耗成本2個方面。淺冷裝置中，原E-502級間水冷器前加裝空冷器后，裝置用水量大幅度降低，對應(yīng)的水泵電動機(jī)輸出功率降低。因而，在能耗方面，對電氣配套控制系統(tǒng)進(jìn)行完善，根據(jù)淺冷裝置中清水流程的工藝參數(shù)要求，在裝置清水需求量降低時，適時調(diào)整水泵的水量輸出可有效降低電能和水的成本消耗[3]。

3 優(yōu)化措施

3.1 控制淺冷主壓縮機(jī)回流開度

優(yōu)化淺冷主壓縮機(jī)回流開度控制，可以降低處理單位氣量的電能耗，在壓縮機(jī)不喘振的基礎(chǔ)上，摸清壓縮機(jī)臨界喘振曲線建立壓縮機(jī)安全運(yùn)行節(jié)能曲線，應(yīng)用裝置外輸氣量對處理氣量進(jìn)行校正和核對[4]。從而建立與處理氣量相對應(yīng)的回流開度手動控制對照表。在日常的操作管理中，建立對應(yīng)回流控制操作卡，崗位工人參照操作卡中的內(nèi)容進(jìn)行回流控制操作。從而，降低處理氣量的電單耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目標(biāo)。預(yù)計4套淺冷裝置年可節(jié)電100×104kWh。

表3 杏區(qū)淺冷變壓器型號及空載損耗統(tǒng)計

3.2 優(yōu)化變壓器投運(yùn)方式

完善變壓器投運(yùn)方式，可以減少變壓器自身電能損耗，核實(shí)淺冷6kV配電所目前所帶的用電負(fù)荷，計算后實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證，改變變壓器運(yùn)行方式時，變壓器的運(yùn)行工況及其參數(shù)?？己俗儔浩骺蛰d運(yùn)行的電能損失，進(jìn)一步核算變壓器運(yùn)行方式改變后的節(jié)電量。同時，做好電工巡檢工作，改變運(yùn)行方式后調(diào)整低壓配套配電設(shè)施的運(yùn)行方式，保證與變壓器運(yùn)行方式一致，從而實(shí)現(xiàn)變壓器節(jié)能的目標(biāo)。若變壓器的運(yùn)行采用一開一備的方式，經(jīng)估算年可節(jié)電約32.42×104kWh。

3.3 優(yōu)化水冷換熱器和清水泵的控制

引入電動機(jī)的負(fù)荷輸出控制設(shè)備和無功補(bǔ)償設(shè)施。根據(jù)水泵的負(fù)載變化調(diào)整電動機(jī)輸出功率，提高電動機(jī)運(yùn)行效率，減少無功的消耗和線路損耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目的。

同時，在淺冷裝置的運(yùn)行操作中，淺冷E-502空冷器運(yùn)行為主，原水冷換熱器內(nèi)水壓力不變的前提下，為減少清水的需求量，在E-502水管線出口處加裝壓力調(diào)節(jié)閥，控制水壓和流量，有效降低清水的消耗量，經(jīng)估算每套裝置年可節(jié)水42×104t。同時也進(jìn)一步降低了水泵的負(fù)荷，間接的實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)的節(jié)能目標(biāo)。

4 結(jié)束語

淺冷裝置的節(jié)能過程是一個動態(tài)管理的過程，該過程和裝置的運(yùn)行實(shí)時的工況密切相關(guān)。因而好的節(jié)能措施應(yīng)和裝置的實(shí)際運(yùn)行工況相結(jié)合，精細(xì)化的操作和控制的是裝置平穩(wěn)、安全、高效率運(yùn)行的必要條件。

[1]張成寶.離心式壓縮機(jī)的喘振分析與控制[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2006，14（6）：11-15.

[2]潘定，沈鈞毅.時態(tài)數(shù)據(jù)挖掘的相似性發(fā)現(xiàn)技術(shù)[J].軟件學(xué)報，2006，10（2）：23-24.

[3]袁生斌，黑君.丙烯壓縮機(jī)組聯(lián)軸器改造[J].科技資訊，2015，35（31）：12-14.

[4]張?jiān)疲巨r(nóng)，張進(jìn)杰.往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)氣閥優(yōu)化設(shè)計方法研究[J].流體機(jī)械，2014，21（1）：51-53.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.09.016

王世杰，工程師，1989年畢業(yè)于東北石油大學(xué)（石油化工專業(yè)），從事油田生產(chǎn)技術(shù)管理工作，E-mail：twangsj@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市紅崗區(qū)油氣加工一大隊(duì)，163511。

2017-06-26

（編輯杜麗華）