王彥棟（中國(guó)石油管道聯(lián)合有限公司西部分公司）

降低西氣東輸二線空壓機(jī)系統(tǒng)能量損耗措施分析

王彥棟（中國(guó)石油管道聯(lián)合有限公司西部分公司）

雙螺桿空壓機(jī)是一種提升氣體壓力的機(jī)械，雙螺桿空壓機(jī)是目前最流行的結(jié)構(gòu)型式。結(jié)合雙螺桿空壓機(jī)的特點(diǎn)及西氣東輸二線空壓機(jī)系統(tǒng)的能量關(guān)系進(jìn)行分析，找出了雙螺桿空壓機(jī)能量損耗的主要來(lái)源，并給出了降低空壓機(jī)系統(tǒng)能量損耗的措施，從而提高了設(shè)備的運(yùn)行效率。

空壓機(jī)系統(tǒng) 能量傳遞 設(shè)備效率 節(jié)能降耗

西氣東輸二線是中國(guó)石油管道公司西氣東輸系列中的第2個(gè)工程，主氣源為中亞進(jìn)口天然氣，調(diào)劑氣源為塔里木盆地和鄂爾多斯盆地的國(guó)產(chǎn)天然氣。管道工程西起新疆霍爾果斯口岸，南至廣州，途經(jīng)新疆等14個(gè)省市區(qū)。壓縮空氣是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中至關(guān)重要的資源，是僅次于電力的第二大動(dòng)力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，其應(yīng)用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機(jī)械、輕工、紡織、汽車(chē)制造等諸多行業(yè)和部門(mén)。而用來(lái)生產(chǎn)壓縮空氣的機(jī)器正是空氣壓縮機(jī)（簡(jiǎn)稱空壓機(jī)）。它的作用是提供清潔、干燥的壓縮空氣。為了滿足長(zhǎng)輸管線對(duì)于輸氣的高壓力要求，西氣東輸二線所有壓氣站均采用了離心式管道壓縮機(jī)作為提高管線壓力的必需設(shè)備。而為了給壓縮機(jī)組中的閥門(mén)（例如：防喘閥、加載閥、燃料氣控制閥、干氣密封增壓橇氣動(dòng)馬達(dá)、進(jìn)氣系統(tǒng)過(guò)濾器反吹用氣等）提供動(dòng)力氣，各個(gè)場(chǎng)站均配備了以空壓機(jī)為核心的空氣壓縮系統(tǒng)來(lái)生產(chǎn)清潔、干燥的壓縮空氣。

1 雙螺桿空壓機(jī)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的活塞壓縮機(jī)相比，雙螺桿式空壓機(jī)的主要特點(diǎn)有可靠性高、無(wú)振動(dòng)，噪音易消除，排氣純凈等[1]。

1）運(yùn)行成本低，具有很好的節(jié)能效果：系統(tǒng)采用0%～100%的排氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。當(dāng)用氣量減小時(shí)，排氣量跟著減小，電動(dòng)機(jī)的電流也同時(shí)降低；當(dāng)不用氣時(shí)，空壓機(jī)空車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)，空車(chē)過(guò)久自動(dòng)停機(jī)，當(dāng)用氣量增加時(shí)，恢復(fù)重車(chē)。

2）全新智能控制系統(tǒng)，顯示全系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行，保養(yǎng)預(yù)示，故障診斷和安全保護(hù)停機(jī)，運(yùn)行更加可靠，操作簡(jiǎn)單。

3）整體設(shè)計(jì)更加先進(jìn)，噪言更低，結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固。

4）超常的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別適用于亞洲高溫、高濕環(huán)境。優(yōu)良的隔振技術(shù)和降噪措施，雙螺桿空壓機(jī)的安裝無(wú)須專(zhuān)用的基礎(chǔ)，只要留出通風(fēng)和維護(hù)空間，就能安置壓縮機(jī)[2]。

2 空壓機(jī)系統(tǒng)的能量分配和損耗

目前，西氣東輸二線空壓機(jī)系統(tǒng)采用雙螺桿結(jié)構(gòu)，螺桿空壓機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和熱能兩部分，所以機(jī)械能只是電能轉(zhuǎn)換的一部分，約占電能的15%左右，另外85%的電能轉(zhuǎn)化為熱能。在機(jī)械能和熱能轉(zhuǎn)換的過(guò)程中會(huì)有部分能量因?yàn)樽鰺o(wú)用功而損失掉。當(dāng)空壓機(jī)執(zhí)行加載程序時(shí)，電能供給電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械能，電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器將機(jī)械能傳遞給與電動(dòng)機(jī)相連的齒輪，再通過(guò)嚙合齒輪分別將機(jī)械能傳遞給高壓壓縮機(jī)的同步齒輪以及低壓壓縮機(jī)的同步齒輪，同步齒輪帶動(dòng)陰陽(yáng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的壓縮，此過(guò)程中同步齒輪將機(jī)械能傳遞給陰陽(yáng)螺桿，陰陽(yáng)螺桿對(duì)空氣做功，將自身的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成空氣的壓力能和熱能?？諝鈮毫δ艿纳呤沟脡嚎s空氣的壓力得到提高，而熱能的提高使得壓縮空氣的溫度得到提高。空壓機(jī)配備了油冷卻器、中間冷卻器和后冷卻器[3]。這些冷卻器均為風(fēng)冷式冷卻器，冷卻空氣由風(fēng)扇提供。油冷卻器將潤(rùn)滑油吸收的熱能帶走，從而降低潤(rùn)滑油的溫度，使得潤(rùn)滑油能夠保持在一定的溫度范圍內(nèi)，在對(duì)低、高壓壓縮機(jī)機(jī)頭進(jìn)行潤(rùn)滑時(shí)，能同時(shí)起到冷卻的作用，從而保護(hù)機(jī)器延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。在油冷卻過(guò)程中，由于換熱面積大，所以能夠使熱能很好的實(shí)現(xiàn)交換。中間冷卻器和后冷卻器分別為從低壓壓縮機(jī)出口的空氣和高壓壓縮機(jī)出口的空氣進(jìn)行冷卻，以保護(hù)下游設(shè)備和到達(dá)空壓機(jī)出口的空氣符合儀表風(fēng)供氣的溫度標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論是油冷還是空冷，高溫的滑油以及壓縮空氣在被風(fēng)扇所提供的冷卻空氣進(jìn)行冷卻時(shí)，熱能實(shí)現(xiàn)了傳遞，傳遞完成后冷卻空氣的熱能升高很多。

3 降低空壓機(jī)系統(tǒng)能量損耗的措施

機(jī)械能傳遞的壓力能為設(shè)備做出有效功，為了提高設(shè)備的工作效率，節(jié)約能耗，必須提高機(jī)械能的使用率，即機(jī)械能在能耗中所占的百分比，為此，可以提高電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換率，或者降低熱能的產(chǎn)生。作為直流電動(dòng)機(jī)，當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，恒定的電壓和轉(zhuǎn)速使得它的機(jī)械能輸出基本是不變的，要提高機(jī)械能的使用率，只能通過(guò)降低熱能的方式。熱能的產(chǎn)生包括電動(dòng)機(jī)自身溫度的提升以及壓縮空氣溫度的提升。可以采取以下降低熱能損失的措施。

1）過(guò)強(qiáng)化噴油冷卻，降低二級(jí)吸氣溫度，降低二級(jí)壓縮過(guò)程多方指數(shù)，兩級(jí)嚷油雙螺桿空壓機(jī)的傳統(tǒng)做法是在一級(jí)壓縮后，采用多點(diǎn)小直徑噴油口噴油，能有效噴入小粒徑油霧降低排氣溫度，使排氣溫度降到接近于噴油溫度，為二級(jí)壓縮預(yù)先噴液，有待于降低二級(jí)壓縮的多方指數(shù)[4]。

2）兩級(jí)壓縮的可以降低軸承軸向負(fù)荷，不僅提高軸承壽命，更重要的是由于承載軸向負(fù)荷的軸承磨損大大減輕，排氣側(cè)軸向端面間隙變化趨慢，穩(wěn)定性較好。

3）通過(guò)定期對(duì)電動(dòng)機(jī)加注潤(rùn)滑脂可以減少電動(dòng)機(jī)各連接部的摩擦，從而減小熱能的產(chǎn)生。

4）頻繁的啟停電動(dòng)機(jī)也會(huì)產(chǎn)生更多的熱能，為降低效率，在HMI操作界面上設(shè)置加載和卸載壓力時(shí)，不能將加載壓力和卸載壓力的數(shù)值設(shè)置的過(guò)于接近。

此外，由于高溫的潤(rùn)滑油及壓縮空氣被風(fēng)扇所提供的冷卻空氣帶走了大部分的熱能，也可以通過(guò)這一能量關(guān)系用來(lái)降低能耗。在冬天溫度很低的情況下，空壓機(jī)房?jī)?nèi)的儲(chǔ)氣罐冷凝水排污線以及電子疏水器排污線很容易發(fā)生冰堵，為了防止冰堵情況的發(fā)生，需要在空壓機(jī)房架設(shè)電暖器或者對(duì)上述管線鋪設(shè)電伴熱，這樣無(wú)疑消耗了很多電能，而且還不一定能達(dá)到預(yù)期的效果，但是通過(guò)打開(kāi)入孔，減小風(fēng)門(mén)開(kāi)度，可以使得冷卻空氣帶走的那部分熱量不被排入大氣，而是循環(huán)回到空壓機(jī)房進(jìn)行再利用，這樣就充分利用了冷卻空氣交換走的熱能，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

提高設(shè)備的工作效率，使之盡可能的多做有用功，減少無(wú)用功的損耗。對(duì)于無(wú)法避免的能量損耗，也要進(jìn)行循環(huán)再利用，能源的再利用也伴隨著污染的減少。

[1]章雪平.淺談壓縮機(jī)故障診斷中的特征信息提取技術(shù)[J].民營(yíng)科技,2011(5):39.

[2]譚海艷.螺桿式空氣壓縮機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)[J].科技信息, 2011(12).

[3]楊斌,李晉淵.螺桿壓縮機(jī)排氣壓力過(guò)低[J].設(shè)備管理與維修,2011(6).

[4]佴耀.壓縮空氣站的節(jié)能探討[C].江蘇省能源研究會(huì)第八屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,2000.

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.005.018

2014-02-24）

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)不忘環(huán)境保護(hù)

胡慶明

王彥棟，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）（計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院），主要研究輸氣站場(chǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)及能量控制，E-mail：378115738@qq.com，地址：烏魯木齊市南湖南路133號(hào)城建大廈23層。

重慶焦石壩地區(qū)的頁(yè)巖氣發(fā)現(xiàn)是國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的新開(kāi)端、轉(zhuǎn)折點(diǎn)，目前該地區(qū)頁(yè)巖氣田已進(jìn)入商業(yè)化開(kāi)發(fā)階段，中國(guó)石化參戰(zhàn)的施工單位牢固樹(shù)立生態(tài)環(huán)保、安全生產(chǎn)和責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，建立環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)規(guī)范體系，強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管機(jī)制，嚴(yán)防安全生產(chǎn)事故發(fā)生，確保實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)利用安全、可控、有序、健康、可持續(xù)綠色發(fā)展。