毛青霞 郭文軍（中原油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心）

空冷器是氣田生產(chǎn)系統(tǒng)的主要用能設(shè)備之一，隨著我國(guó)氣田生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其能耗問題和節(jié)能管理備受關(guān)注。通過節(jié)能監(jiān)測(cè)，對(duì)其能耗狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，依據(jù)分析評(píng)價(jià)結(jié)果采取相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)措施，有助于氣田生產(chǎn)中的節(jié)能降耗和節(jié)能管理水平的提高。

運(yùn)用能量平衡原理，采用黑匣子方法，分析穩(wěn)定運(yùn)行的能耗設(shè)備，得到能量進(jìn)出平衡關(guān)系，確定有用能與損耗。研究設(shè)備的耗能方式及其影響因素，確定對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)項(xiàng)目，分析不同因素對(duì)設(shè)備能耗的影響規(guī)律，評(píng)估對(duì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目的影響程度，總結(jié)出科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方法，為用能改造提供方向和依據(jù)。

1 氣田空冷器節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法研究

1.1 評(píng)價(jià)項(xiàng)目的確定

空冷器由電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、換熱器三部分組成。由于換熱器不屬于直接能耗環(huán)節(jié)，僅考慮電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)部分，采用單位供風(fēng)量電耗來表征空冷器的電能利用狀況，使用單耗作為空冷器的評(píng)價(jià)項(xiàng)目[1]。

1.2 空冷器單耗的理論分析

單位供風(fēng)量電耗即單耗是反應(yīng)空冷器的能耗狀況指標(biāo)。

空冷器單耗可由下式求得：

式中：DH——空冷器單位供風(fēng)量電耗，kWh/m3；

P——電動(dòng)機(jī)輸入有功功率，kW；

D——空氣流量，m3/h。

影響空冷器單耗的因素很多，包括電動(dòng)機(jī)的效率、風(fēng)扇的設(shè)計(jì)參數(shù)、換熱器的形狀及安裝尺寸、當(dāng)?shù)乜諝獾奈镄詤?shù)等。為了簡(jiǎn)化測(cè)試便于分析，對(duì)于換熱器類似的情況，可以將影響空冷器單耗的主要因素歸納為有功功率、空氣流量。由于空冷器的電動(dòng)機(jī)額定功率、風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量是表征空冷器的兩個(gè)重要參數(shù)，因此，還應(yīng)該加上電動(dòng)機(jī)額定功率、風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量這兩個(gè)影響因素[2]。

1.3 評(píng)價(jià)分類因子的確定

1.3.1 統(tǒng)計(jì)分析

影響空冷器能耗水平的客觀因素主要應(yīng)考慮額定功率與額定風(fēng)量[3]。

對(duì)不同額定功率的123臺(tái)空冷器單耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1、圖1。通過分析，隨著額定功率的增大，空冷器單耗總體呈減小趨勢(shì)，但相關(guān)性不顯著。

表1 額定功率與空冷器單耗統(tǒng)計(jì)

圖1 額定功率與空冷器單耗關(guān)系對(duì)比

對(duì)測(cè)試的123臺(tái)空冷器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)不同額定風(fēng)量的空冷器單耗和功率因數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表2、圖2。通過分析，隨額定風(fēng)量的增大，空冷器單耗總體呈下降趨勢(shì)。

表2 額定風(fēng)量與空冷器單耗統(tǒng)計(jì)

圖2 額定風(fēng)量與空冷器單耗關(guān)系對(duì)比

由分析可以看出，空冷器單耗與額定風(fēng)量的關(guān)系更為顯著。同時(shí)，由于額定風(fēng)量與額定功率本身就是正相關(guān)系，因此選擇額定風(fēng)量作為評(píng)價(jià)時(shí)考慮的分類因子。

1.3.2 聚類分析

對(duì)所有氣田的空冷器數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析。初步篩選保留了符合數(shù)據(jù)完整性要求的空冷器，共116臺(tái)。通過聚類分析，分類以空冷器的電動(dòng)機(jī)額定功率為基準(zhǔn)劃分[4]。

1.3.3 灰關(guān)聯(lián)分析

為了確定影響因素與空冷器單耗之間關(guān)系的強(qiáng)弱，對(duì)各因素與單耗進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析[5]，結(jié)果見表3。由表3可知，各因素之間的灰色關(guān)聯(lián)度的大小相差不大，即這些因素對(duì)單耗的影響差別不大。

表3 各影響因素與空冷器單耗的灰色關(guān)聯(lián)度排序（ρ=0.05）

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果：空冷器分類因子為額定功率或額定風(fēng)量。

聚類分析空冷器單耗的結(jié)果：以電動(dòng)機(jī)額定功率為基準(zhǔn)進(jìn)行劃分。

灰關(guān)聯(lián)分析結(jié)果：各因素對(duì)空冷器單耗的影響基本一致。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

采用統(tǒng)計(jì)分析方法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)，以額定風(fēng)量作為評(píng)價(jià)分類因子。目前中石化氣田用空冷器風(fēng)機(jī)按額定風(fēng)量分為12×104m3、16×104m3、30×104m3、36×104m3四個(gè)級(jí)別?？紤]評(píng)價(jià)時(shí)不宜分級(jí)，而四個(gè)風(fēng)量級(jí)別中12×104m3與16×104m3相近，30×104m3與36×104m3相近，故將12×104m3和16×104m3合并為一類，30×104m3和 36×104m3合并為一類，以小于20×104m3和大于或等于20×104m3為劃分界限，分為兩個(gè)級(jí)別。

將空冷器單耗測(cè)試結(jié)果進(jìn)行排序統(tǒng)計(jì)，按比例匯總（表4）。

表4 空冷器單耗指標(biāo)匯總

如按測(cè)試評(píng)價(jià)設(shè)備數(shù)量的70%合格為限定值，30%合格為節(jié)能評(píng)價(jià)值，則經(jīng)取整處理后并考慮指標(biāo)的合理間距，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)（表5）。

表5 空冷器單耗評(píng)價(jià)指標(biāo)

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

氣田用空冷器節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法研究制定以后，先后用于中石化主要?dú)馓铿F(xiàn)場(chǎng)的28臺(tái)次空冷器上，其中達(dá)到節(jié)能評(píng)價(jià)值的有11臺(tái)，占測(cè)試總數(shù)的39.3%；達(dá)到限定值的有22臺(tái)，占測(cè)試總數(shù)的78.6%。通過驗(yàn)證，所確定的節(jié)能評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠滿足不同類型、不同開發(fā)階段氣田用空冷器的節(jié)能測(cè)試評(píng)價(jià)需要[6]。

3 結(jié)論

研究制定的氣田用空冷器節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與實(shí)驗(yàn)分析，適合氣田用空冷器的運(yùn)行需求，可為氣田用空冷器節(jié)能潛力的挖掘提供可靠的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)依據(jù)。同時(shí)，通過在中石化主要?dú)馓锏膽?yīng)用表明，所提出的測(cè)試評(píng)價(jià)方法能夠滿足不同類型氣田能耗測(cè)試與評(píng)價(jià)的需要。