浅谈TEG在陕京管道中的应用与维护

栗卫东

摘要：陕京管道是我国第一条长距离、大口径、自动化程度较高的长距离输气管线。这条管线通过scADA系统监控沿线各站场参数的变化，实现自动化管理，而这一切都需要在有电力保障的条件下才能进行，供电质量就显得极为重要。陕京沿线站场远离城镇，架设外电比较困难，而TEG发电平稳，不受外界条件影响，可靠l生高，因此在RTu阀室、清管站安装TEG给设备供电就显的更重要了。

1.TEG的发电原理

TEG是热电发生器的简称，是thermoelectric gnerator的缩写，有时也称温差发电器。它是利用半导体的温差电效应，将热能转换成电能的一种装置，整个转换过程中没有一个运动的部件，所以可靠性极高，寿命长，可达20年以上。TEG是以热能直接转换为电能的方式发电。它采用与热电偶相同的原理发电。热电偶的用途如下：A、测量温度；B、用于气水加热器、家用灶具等的安全截止控制。TEG装置利用半导体热电材料，这类材料的效率更高，并能提供可实际实用的电源，我们都知道，热电偶是由两种不同材料制成（通常采用导线的形式），这两种材料在一端连接。如果该连接点被加热到比另一端更高的温度，则此两端将产生一个电压。此时可向电路中的负载送电。该过程能保持连续的温差，TEG是一种能提供维持上述要求条件的系统。

TEG到底是如何发电呢？相邻的热电偶是由一个P型和N型热电阻并用热电极做电器连接而构成。在标准状况下，325个热电偶，每个产生85毫伏的电压，它们以串连方式连接，从而产生28伏、21安培，功率达到590瓦的电力。热电偶的热连接由燃烧炉产生的高温（538～C），该炉使用汽化燃料（陕京线使用天然气），热电偶的冷连接由一种并行排列的热管来维持其较低的温度（163C），这种热管将热量以自然方式传递到空气中。热电阻采用密封封装。因为在运行温度下，如果暴露在空气中，它将大受影响，因此它们由绝缘材料包围，将热损耗降到最低。TEG发电机的冷接头有一串联管路冷却。每个热管都密封，并注入计量过的定量液体，以使用其蒸发损失，该液体受热会沸腾，而在其上部区域却会在散热片的作用下冷却，在此过程中，热以一种非常有效的方式传递到散热片。燃烧炉在中等燃烧压力下运行，该压力大约为1.26 Kgf/cm（天然气），燃料气通过孔板后膨胀，然后流经喷口，吸入燃料所需的空气。燃料气体流量由调压阀控制，并且可由操作人员按所需的电力调节。按照电学原理，当负载电压是电源开路电压的1/2时，负载可获得最大电力，该条件被称为相宜负载。TEG发电机与之相似，不同之处在于，由于变动发电单元的电流阻抗，在负载电压略高于开路电压1/2时，输出电力可达最大。发电单元应始终处于有负载状态，这是因为长时间的开路或该负载电压条件下，热连接件温度可能升到并超过安全运行范围。因此，发电单元必须始终保持与电源调节器的连接，该装置能限制发电单元的电压，使之低于32.5v。

2.TEG的维修与保养

用户使用的天然气质量是符合典型的管道输送天然气，通常为一年（或更长时间）进行一次维护。对较差质量的燃气的供给，例如：潮湿、或直接来自于井口的脏气，就需要每3至6个月进行一次维护。TEG是一种坚固的、可靠性极高的设备，仅需很少的维护保养。适合于无人值守，维护工作量较小，不受环境条件的影响。TEG已广泛应用于没有交流电及交流电不能保障连续供给的地区，在陕京天然气管道首先引入了TEG技术，为RTU系统运行提供电源保障。

2.1.定期保养

TEG是一种可靠性的固体装置，一般不需要太多的保养，但是为了能够提供它无故障的年限，必须进行定期的维修检查，现场经验表明：正确安装的TEG通常每年只需保养一次。为获得最大的可靠性，需要进行维修检查，每年至少进行一次功率检查，如果功率装置的输出功率超过设置功率10瓦特以上，必须降低燃料的压力，只需进行以下维修：A、每年更换一次压力调节器的燃料过滤器；B、滴干压力调节器的沉积池；c、检查燃料控板是否堵塞，并根据需要更换；D、清除加热管的散热片，燃烧室进气滤网以及燃烧室内部的杂质，沙粒和尘埃；E、检查所有的螺栓和接线的紧固性。如果功率装置的输出功率在设置功率10瓦特范围以内，则TEG的运行正常。进行上述的基本维修。如果功率装置的输出功率在设置功率10瓦特以下，则必须找出原因，参照系统运行记录表上最近一次记录数据。从记录数据中确定TEG是否在最后一次维修中以功率停止运行的，记住环境状态下设置功率的变化值。如果TEG没有以设置功率停止运行，则应找出原因，TEG就不能以目前的设置功率运行，如果TEG在最后一次维修检查时是以设置功率停止运行，而目前又不能以设置功率运行，则应考虑下列因素。

2.1 1.燃料的压力变化。检查系统运行表中最后一次记录，确定燃料压力的变化。如果燃料压力已经变化，将其调节到最后一次记录的读数。如果这使得功率输出装置的输出功率达到设置功率的10瓦特范围内，根据前面所述进行基本维修。

2.1.2.空气流堵塞。检查加热管的散热片，进气滤网和空气阀的堵塞情况。如果这使得输出功率恢复到设置功率的10瓦特以内，仍按上述进行基本维修，

2.1_3.燃料的数量变化。要获得持续的输出功率，必须保证供给连续不断的加热燃料。

2.1.4.加热管的冷却效果差。检查并确保加热管的散热片未被杂质或灰尘堵塞，检查加热管的末端是否未冷却。排除以上原因后，TEG就不只需要基本的维修，进一步查出低于设置功率的原因，以便保证TEG目前的操作。

参考文献：

[1]王驶，帅健.管道完整性管理标准及其支持体系[J].天然气工业.2006（11）

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