關(guān)于某伴生氣機(jī)組性能提升的試驗(yàn)探究

（中國石油集團(tuán)濟(jì)柴動力有限公司，濟(jì)南 250306）

油田伴生氣是油田開采過程中產(chǎn)生的氣體，除含有較多的甲烷、乙烷外，還有少量易揮發(fā)的液態(tài)烴及微量二氧化碳、硫化氫等雜質(zhì)。以往的石油開采過程中，由于氣量過少，作為副產(chǎn)品的石油伴生氣一般直接用于火炬放空燃燒，沒有產(chǎn)生任何經(jīng)濟(jì)價(jià)值，隨化石能源的日益減少以及國家對節(jié)能環(huán)保的重視，石油伴生氣越來越受到重視，被諸多投資者青睞。

一、燃?xì)獍l(fā)動機(jī)進(jìn)氣方式對比

燃?xì)獍l(fā)動機(jī)現(xiàn)今的進(jìn)氣方式大多為預(yù)混，所謂預(yù)混的進(jìn)氣方式，即為燃?xì)夂涂諝庠谠鰤浩髑巴ㄟ^一定的比例混合，經(jīng)增壓器提高壓力、增加進(jìn)氣密度后進(jìn)入氣缸燃燒，從而把燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)化為動能，驅(qū)動發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

預(yù)混的進(jìn)氣方式從進(jìn)氣型式和混合狀態(tài)來說存在缺陷，相比缸內(nèi)直接噴射、在氣缸內(nèi)混合的方式，預(yù)混的進(jìn)氣方式占據(jù)一定體積，使進(jìn)氣充氣效率下降；特別對于增壓機(jī)來講，預(yù)混的進(jìn)氣方式存在進(jìn)氣管路長，啟動難的缺點(diǎn)，加速性也是存在較大影響，且過長的燃?xì)夤苈钒踩砸泊嬖谝欢L(fēng)險(xiǎn)。

本文針對以上預(yù)混的進(jìn)氣方式進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，把原混合器位置從增壓前改為增壓后，即空氣經(jīng)增壓器壓力提升后與燃?xì)庠诨旌掀魈幓旌?，此種進(jìn)氣方式稱之為單點(diǎn)噴射。并在混合器后增加燃?xì)鈹_流裝置，使燃?xì)夂涂諝饣旌暇鶆颍M(jìn)入缸內(nèi)燃燒效果更好，解決了由于燃?xì)馀c空氣混合不均勻?qū)е赂變?nèi)燃燒出現(xiàn)爆震的現(xiàn)象，此裝置同時有穩(wěn)壓作用，穩(wěn)定負(fù)載變動時的氣流流動，保證在負(fù)載突變時保持穩(wěn)定。后混的進(jìn)氣方式使燃?xì)庠谶M(jìn)入進(jìn)氣管時的壓力得到提高，相比預(yù)混的方式在性能方面有所提升，且發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷得到了控制，但還需進(jìn)行驗(yàn)證。

二、單點(diǎn)噴射燃?xì)獍l(fā)動機(jī)

原天然氣發(fā)動機(jī)技術(shù)參數(shù)分別是：型號為W6138ZLDT；型式是直列六缸、四沖程、水冷、增壓中冷、空空中冷；缸徑/沖程為138mm/150mm；排量為13.5L；壓縮比為11:1；發(fā)火順序是1-5-3-6-2-4；點(diǎn)火方式為電控點(diǎn)火；燃燒方式為理論空燃比燃燒；燃?xì)鈬娚淇刂品绞绞穷A(yù)混、開環(huán)控制；發(fā)動機(jī)最大功率是165kW；增壓壓力為1.7Bar(絕對壓力)；渦前排氣溫度為695℃。預(yù)計(jì)改為單點(diǎn)噴射性能：渦前排氣溫度為680℃；燃?xì)鈬娚淇刂品绞礁臑閱吸c(diǎn)噴射；發(fā)動機(jī)最大功率為185kW。

伴生氣成分主要為甲烷，其含有不同含量的乙烷、丙烷等，同時經(jīng)增壓器后的氣體溫度較高(最高能達(dá)到200℃)，與空氣混合后很容易發(fā)生爆炸。

從中冷器流出的空氣，溫度極大的降低(不超過50℃)，與燃?xì)庠诨旌掀魈幓旌希鉀Q了混合氣高溫高下產(chǎn)生危險(xiǎn)的問題，使發(fā)動機(jī)的響應(yīng)性得到提升。

由于混合器布置在增壓器下游，其混合方式也稱作“后混式”，與“預(yù)混式”相比響應(yīng)性較好、安全性較高。

三、燃?xì)夤苈返母倪M(jìn)

進(jìn)氣方式改為后混，混合器位置變到增壓后，導(dǎo)致進(jìn)入混合器空氣壓力升高，為保證燃?xì)饽軌蜻M(jìn)入混合器與空氣混合，燃?xì)膺M(jìn)氣壓力應(yīng)進(jìn)行提升。此外，燃?xì)鈮毫€應(yīng)隨動，即隨空氣進(jìn)氣壓力變動而變動，或燃?xì)鈮毫愀哂谶M(jìn)氣壓力某個數(shù)值，在燃?xì)忭樌M(jìn)入混合器的同時，保證其能夠按一定比例混合，順利進(jìn)入缸內(nèi)。

壓力隨動需對調(diào)壓閥進(jìn)行適應(yīng)性匹配，一般調(diào)壓閥出口壓力設(shè)定在3-5kPa，若燃?xì)獬隹趬毫π韪鶕?jù)進(jìn)氣管內(nèi)壓力隨動，則需接入壓力平衡。

混合器的頭部引出管，接入調(diào)壓閥膜片的彈簧側(cè)。膜片上方的壓力腔與混合器頭部的壓力相同，則燃?xì)鈮毫Τ隹陔S混合器頭部的壓力改變，保證流經(jīng)調(diào)壓閥的燃?xì)鈮毫愀哂诨旌掀黝^部壓力一定數(shù)值，保證發(fā)動機(jī)的燃?xì)膺M(jìn)氣量。

四、進(jìn)氣管路的優(yōu)化

由于整個進(jìn)氣管路的布置由增壓前混合改為增壓后混合，導(dǎo)致整個燃?xì)膺M(jìn)入進(jìn)氣管與空氣混合的過程縮短，所以造成了混合后的氣體不均勻，容易造成缸內(nèi)燃燒爆震等情況?；旌掀骱蠹尤肓巳?xì)鈹_流裝置，該裝置通過改變氣流的方向，提高混合氣的均勻性，使進(jìn)入氣缸的混合氣更均勻。

表1 新機(jī)組試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)

五、試驗(yàn)結(jié)果分析及總結(jié)

機(jī)組功率達(dá)到160kW，加載至170kW時轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，此時混合器較稀。機(jī)組突加性較好，相比原機(jī)(預(yù)混型式)性能提升35%，能滿足0-100kW突加，響應(yīng)較好，排氣溫度降低了近20℃。大大提高了發(fā)動機(jī)使用壽命，降低了其零部件的熱負(fù)荷。

六、結(jié)論

（1）通過把混合方式改為后混，加速性得到了極大提高，從排溫來看，發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷也得到了一定控制。

（2）燃?xì)鈹_流裝置在燃?xì)夂涂諝獾幕旌线^程中起到了效果，通過發(fā)動機(jī)排溫可以有很明顯的對比。

（3）燃?xì)夤苈愤€應(yīng)做安全性保護(hù)，如燃?xì)怆姶砰y切斷功能以及過壓自動放散等功能，增強(qiáng)安全性。