空冷器风量测试准确性研究

2019-11-01严海芬温亚雄

石油工业技术监督 2019年10期

严海芬，温亚雄

中国石化中原油田分公司技术监测中心（河南濮阳 457001）

0 引言

空冷器是油气田生产系统的主要用能设备之一，以单位供风量电耗来表征空冷器的电能利用状况，即空冷器单耗。空冷器单耗的相关参数为电动机输入的有功功率和空冷器风量。空冷器风量测试的准确性直接影响空冷器单耗的计算结果，也直接反应空冷器运行效果。

对近年所测的315台空冷器进行统计，共有58台空冷器风量超过了额定风量，占测试总数的18.4%。对该问题进行现场测试、分析、验证，发现不同的测试方法测得的空冷器风量差异较大，针对这一结果，对不同的测试方法进一步研究，确定符合现场运行设备的测试方法。

1 风量测试与计算

空冷器风机运行时，由电动机带动风机叶片转动[1-2]，叶片上各点的线速度因距离叶片轴中心的距离的不同而不同，因而叶片各点上下压差不同，风速也不同。

根据理论分析及现场测试情况，空冷器各点风速与测点距风机轴心距离成正比关系[3]。

1.1 测点布置及风量测试

参照GB 15913—2009《风机机组与管网系统节能监测》风速测点布置。

同心圆与圆心的距离（Ri）按式（1）计算：

式中：R为管道半径，mm；i为同心圆序数；n为根据管道直径确定同心圆数。

依据标准，风机叶轮半径2 m的空冷器测试布点见表1。

表1 风速测点布置计算结果

表1中所列同心圆半径布点在现场测试环境中操作难度较大，因此以10 cm和20 cm为间隔对比。

以某天然气处理厂3-EA-1空冷器风量测试结果为例。该压缩机空冷器，风机叶轮半径2 m。测试时环境风速0.52 m/s，环境温度22.6℃，相对湿度81.6%RH。风速测试结果见表2。距圆心距离相差20 cm时所测风速相差平均为6.2%，小于5%的比例为47.1%。统计结果表明，确定同心圆划分间距为10 cm是较为科学的，同时每个同心圆上取4个测点，可进一步降低测试误差。

表2 空冷器风机进风口不同位置风速测试情况

1.2 平均风速计算

由于同心圆的半径不同，因此各个同心圆环的面积不同，分别为 100π（cm2）、300π（cm2）、500π（cm2）、700π（cm2）……，为一等差数列，将同心圆按距圆心距离由小至大编序号为1,2,3，…，n，则同心圆环面积依次为 1×100π（cm2）、3×100π（cm2）、5×100π（cm2）……、（2i-1）×100π（cm2）。计算总平均风速时，将各同心圆环的面积与该圆环处风速相乘再累加，然后再除以进风口总面积即为总平均风速，用公式表示：

化简后为：

式中：i为同心圆环序号，按半径由小到大依次编序号为1，2，3…；Vi为序号为i的圆环各点平均风速，m/s。

风量计算：

式中：V为风机进风口平均风速，m/s；S为风机进风口面积，m2。

2 应用情况验证

采用确定的方法测试空冷器风量，共测试了76台进行验证，有2台的测试风量大于额定风量，占2.6%。表3为部分空冷器风量测试时距圆心距离相差10 cm和距圆心距离相差20 cm测试结果对比。

用该测试方法在对某净化厂空冷器测试中，发现部分空冷器风量无法根据运行生产工况调整，实际生产中造成不必要的能源浪费，提出采用变频[4]措施的建议。对采取变频措施后的部分空冷器进行了现场抽样对比测试和评价[5-6]，测试结果表明措施实施后取得了显著的节能效果，具体如下：

1）112-A-101C空冷器有功节电率为23.0%。

3）112-A-101E空冷器有功节电率为27.6%。

4）111-A-101C空冷器有功节电率为24.6%。

5）111-A-101E空冷器有功节电率为24.2%。

详细测试结果见表4、表5。

3 社会经济效益

3.1 社会效益

该测试方法在测试现场操作性强，并能确保空冷器风速测试的准确性，能够为生产单位提供更加准确的测试数据。

3.2 经济效益

通过测试，针对空冷器存在的问题提出节能改进措施，采用变频技术节约电量。如对某净化厂通过测试提出节能改进措施，采用变频技术的空冷器约20台，平均每台空冷器的节电率按25%、空冷器运行功率20 kW来计算，每年每台空冷器可节电4.38×104kW·h，年可节约电87.6×104kW·h，按1 kW·h电0.67元计算，取得经济效益约58.7万元。空冷器变频控制装置按预计使用5年计算，预计产生经济效益约293.5万元。