徐太貴，葛倩冰，宋 雨

（中油國(guó)際管道有限公司，北京 100028）

0 引言

天然氣發(fā)電機(jī)是以天然氣為燃料，替代汽油、柴油等燃料作為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的一種新型、高效的新能源發(fā)電機(jī)。它由發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩部分組成，并配有電子控制管理系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)部分主要由啟動(dòng)系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、曲柄連桿系統(tǒng)、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)組成[1]。由于天然氣發(fā)電機(jī)具有輸出功率范圍廣、運(yùn)行可靠性高、排放污染低、體積小、重量輕、維護(hù)方便及噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，適合天然氣資源比較豐富的地區(qū)采用，因此在全球范圍內(nèi)，天然氣發(fā)電機(jī)具有非常廣闊的應(yīng)用前景[2]。

1 某輸油站場(chǎng)Wilson 天然氣發(fā)電機(jī)組簡(jiǎn)介

某輸油站場(chǎng)地處偏僻山區(qū)且無市電接入，但其周邊有豐富可靠的天然氣源，故在設(shè)計(jì)之初選擇3 臺(tái)Wilson PG345B3 天然氣發(fā)電機(jī)組作為輸油站場(chǎng)生產(chǎn)和生活供電來源。該發(fā)電機(jī)組由Perkins 發(fā)動(dòng)機(jī)、Leroy Somer 發(fā)電機(jī)和奇才EASYGEN-3000智能并機(jī)控制系統(tǒng)組成。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)使用柔性連接，并安裝在公共底架上，由Wilson 廠家成撬組裝[3]。Wilson 發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)Perkins 4006-23TRS1，總功率322 kW，發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速1500 r/min，發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)為6 缸，直列L 形排列，缸徑160 mm，發(fā)動(dòng)機(jī)沖程190 mm，壓縮比為12∶1，采用渦輪增壓進(jìn)氣方式，發(fā)電機(jī)型號(hào)Leroy Somer LL6114B，工作頻率50 Hz。

1.1 天然氣發(fā)電機(jī)工作原理

天然氣發(fā)電機(jī)的基本原理是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，將天然氣的熱能轉(zhuǎn)換為電能。

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)通過動(dòng)力傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸使活塞在上部密閉氣缸中作循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)燃料燃燒的位置，發(fā)動(dòng)機(jī)分為內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)兩大類別。該輸油站場(chǎng)采用的Perkins 發(fā)動(dòng)機(jī)是一種典型的往復(fù)式四沖程內(nèi)燃機(jī)。工作原理：進(jìn)氣沖程將燃料（天然氣）和空氣按一定比例吸入；壓縮沖程快完成時(shí)火花塞點(diǎn)火；做功沖程中混合氣體在密閉氣缸內(nèi)瞬間引燃繼而產(chǎn)生高溫、高壓燃?xì)?，同時(shí)利用燃?xì)庠跉飧變?nèi)的膨脹作用推動(dòng)活塞做功，活塞往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)由連桿傳導(dǎo)至曲軸，曲軸高速旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械功；最后的排氣沖程將氣缸里的廢氣排出。各氣缸按照一定的次序做功，作用在活塞的推力經(jīng)過連桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)曲軸高速旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過循環(huán)做功后，發(fā)動(dòng)機(jī)在端部飛輪的慣性作用下逐步加速工作，將交流發(fā)電機(jī)和天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸同軸安裝，以利用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，發(fā)電機(jī)輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再經(jīng)過閉合的負(fù)載回路產(chǎn)生電流[4]。

1.2 Wilson 天然氣發(fā)電機(jī)維護(hù)保養(yǎng)事項(xiàng)

Wilson 天然氣發(fā)電機(jī)維護(hù)保養(yǎng)級(jí)別分為日常維護(hù)保養(yǎng)，500 h維護(hù)保養(yǎng)，1000 h 維護(hù)保養(yǎng)，2000 h 維護(hù)保養(yǎng)，4000 h 維護(hù)保養(yǎng)，8000 h 維護(hù)保養(yǎng)以及16 000 h 大修保養(yǎng)。維護(hù)保養(yǎng)涉及易損易耗部件的檢查與更換。常見的核心易損易耗部件為火花塞、空氣濾芯、機(jī)油濾芯、曲軸箱呼吸器、充電機(jī)及其皮帶、燃?xì)怆姶砰y以及蓄電池等。不同的維護(hù)保養(yǎng)級(jí)別對(duì)應(yīng)不同的易損易耗部件的檢查與更換。

2 天然氣發(fā)電機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)軟件應(yīng)用

2.1 軟件開發(fā)目的

由于Wilson 天然氣發(fā)電機(jī)易損易耗部件眾多，且各部件檢查與更換的時(shí)間不盡相同，同時(shí)由于輸油站場(chǎng)天然氣發(fā)電機(jī)組常用運(yùn)行方式為兩用一備，在一定程度上給相關(guān)設(shè)備管理人員及時(shí)安排合理維護(hù)保養(yǎng)工作造成困難。目前相關(guān)設(shè)備臺(tái)賬記錄停留在電子文檔階段，很難及時(shí)準(zhǔn)確掌握各易損易耗部件的運(yùn)行壽命。因此，開發(fā)一套Wilson 天然氣發(fā)電機(jī)專用軟件尤為重要。該軟件開發(fā)過程結(jié)合Perkins 4006型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)手冊(cè)及輸油站場(chǎng)的實(shí)踐積累，總結(jié)一套運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，并依據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立一套數(shù)學(xué)模型，采用Visual Basic 語言在Windows7 操作平臺(tái)上開發(fā)。

2.2 軟件框架

軟件開發(fā)以“提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患問題，減少功能性故障問題發(fā)生”為出發(fā)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)Wilson 天然氣發(fā)電機(jī)可靠運(yùn)行為最終目的。軟件總體分為“維?！焙汀斑\(yùn)行”兩大功能。“維?！惫δ苤饕獮樘崾網(wǎng)ilson 天然氣發(fā)電機(jī)下次維護(hù)保養(yǎng)所要進(jìn)行的級(jí)別以及對(duì)應(yīng)檢查和更換的核心易損易耗部件，同時(shí)包含上次維護(hù)保養(yǎng)所做的項(xiàng)目及時(shí)刻和本次維護(hù)保養(yǎng)需做的項(xiàng)目及時(shí)刻，該界面同時(shí)包含輸油站場(chǎng)常用備品備件的庫存數(shù)據(jù)，方便相關(guān)設(shè)備管理人員了解庫存并合理安排維保事項(xiàng)。如圖1 所示，“運(yùn)行”功能主要為輸油站場(chǎng)3 臺(tái)Wilson 天然氣發(fā)電機(jī)組總體運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)，包含每臺(tái)發(fā)電機(jī)距下次維護(hù)保養(yǎng)所剩時(shí)長(zhǎng)，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)置維保時(shí)刻提醒功能（圖2）。同時(shí)，針對(duì)核心易損易耗部件的使用壽命進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提前合理安排切機(jī)進(jìn)行核心易損易耗部件的檢查與更換（圖3）。通過此兩項(xiàng)功能，便于相關(guān)人員了解發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀況和潛在問題，以便及時(shí)排除隱患，減少功能性故障和突發(fā)性故障的發(fā)生。

圖1 天然氣發(fā)電機(jī)組相關(guān)維保數(shù)據(jù)確認(rèn)

圖2 天然氣發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)

圖3 GG01 發(fā)電機(jī)核心易損易耗部件使用壽命

2.3 軟件創(chuàng)新

（1）輸油站場(chǎng)天然氣發(fā)電機(jī)組隱患問題并未產(chǎn)生實(shí)際故障之前，通過監(jiān)測(cè)軟件分析掌握核心供電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)采取維護(hù)維修等手段排除隱患，使故障問題在發(fā)生之前能夠得到有效控制，從而避免功能性故障的發(fā)生。該軟件基于此核心思路，促進(jìn)相關(guān)設(shè)備管理人員對(duì)發(fā)電機(jī)組的了解掌握，及時(shí)安排維護(hù)保養(yǎng)工作，最大程度減少天然氣發(fā)電機(jī)組功能性故障的發(fā)生。軟件將原模糊化、散落化、冗長(zhǎng)化的運(yùn)營(yíng)維修保養(yǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中整合，變成可視化、數(shù)字化、模塊化的程序模塊，提高工作效率的同時(shí)，也降低了人為誤判的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）軟件將備品備件庫存與本地?cái)?shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，可以在軟件監(jiān)測(cè)核心易損易耗部件使用壽命的同時(shí)，查看相關(guān)備品備件庫存情況，便于提前安排維修更換事項(xiàng)，規(guī)避臨時(shí)性緊急性的維修更換操作而發(fā)生相關(guān)備品備件庫存已清空的現(xiàn)象。極大地提高了設(shè)備管理人員的工作效率，同時(shí)能夠合理安排備品備件的更換頻次，減少備品備件的不當(dāng)消耗，促進(jìn)天然氣發(fā)電機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行。

（3）軟件將Wilson 天然氣發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，在界面集成一個(gè)切機(jī)提示按鈕，可以對(duì)天然氣發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行提示，再經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員的確認(rèn)，能合理地安排設(shè)備切機(jī)操作。

2.4 軟件應(yīng)用分析

在石油石化行業(yè)，伴隨著天然氣發(fā)電機(jī)的廣泛應(yīng)用，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)軟件也應(yīng)大力推廣普及。大部分天然氣發(fā)電機(jī)組承載著區(qū)塊的唯一電力供應(yīng)需求，而一旦天然氣發(fā)電機(jī)組故障停機(jī)，生產(chǎn)生活會(huì)受影響。輸油站場(chǎng)的發(fā)電機(jī)停機(jī)還可能引起輸油管道全線停輸，造成難以預(yù)計(jì)的損失和后果。因此，開發(fā)一款專用軟件用于監(jiān)測(cè)分析天然氣發(fā)電機(jī)組，可以提前發(fā)現(xiàn)隱患問題從而進(jìn)行維修更換，減少功能性故障的發(fā)生。

監(jiān)測(cè)軟件用于天然氣發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)趨勢(shì)分析，可以更加精準(zhǔn)地分析核心易損易耗部件、備品備件的需求情況，避免有的備品備件庫存很多卻不常用，有的備品備件庫存不夠但經(jīng)常更換。因此，在備品備件的需求方面，設(shè)備管理人員通過分析歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)，可以精準(zhǔn)地提出庫存需求，提高備品備件使用率，提升物資管理水平，從而提升整個(gè)區(qū)塊的設(shè)備管理水平。

3 結(jié)語

開發(fā)一款天然氣發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)專用軟件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)天然氣發(fā)電機(jī)組的核心易損易耗部件的使用壽命進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)結(jié)合維保相關(guān)參數(shù)，積累歷史數(shù)據(jù)，可以分析總結(jié)設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)，靈活調(diào)整備品備件的更換頻次，在提升備品備件使用率的同時(shí)，節(jié)約維護(hù)保養(yǎng)的成本，減少功能性故障的發(fā)生。該軟件在某輸油站場(chǎng)運(yùn)行至今，提高了發(fā)電機(jī)運(yùn)行管理水平，數(shù)次提前發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵部件隱患問題從而減少了功能性故障的發(fā)生，有力保障了站場(chǎng)供電安全平穩(wěn)，產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。