影响中国西部油田柴油发电机组效率因素的分析

邹敏 邵宁

摘 要：柴油发电机组是远离电网覆盖的野外勘探、采油工作区最主要的、最常用的电力来源。我国大部分油田位于新疆、青海、内蒙古和四川等中西部地区，这些地区海拔较高，气候恶劣，柴油发电机组效率和通常情况有很大差异，因此有必要分析影响其效率的因素。本文通过对我国西部几个典型油田柴油发电机组的柴油消耗量、发电量监测数据的计算和分析，发现机组发电油耗在0.260-0.276kg/kWh之间，供电油耗在0.276-0.296kg/kWh之间。

关键词：柴油发电机组;发电油耗;效率影响因素;油电比

1 概述

我国西部大部分油田（吐哈油田、塔里木油田、长庆油田、新疆油田等）深处内陆高海拔地区。属典型的温带大陆性气候，终年降水稀少，年内气温变化大。冬季寒冷，气温在0℃左右。夏季干燥，气温超过30℃。由于这些油田处于市电电网不能输送到的偏远地区，为了满足油田作业要求，通常用柴油发电机组来独立供电，作为动力和照明的主电源。

本文以我国西部部分油田柴油发电机组为例，通过分析机组在不同情况下的发电量、耗油量和供电量来研究影响油田柴油发电机组油耗率的因素。

2 数据的采集与分析

本文所有数据均由我公司位于吐哈油田、塔里木油田、克拉玛依油田和长庆油田等地的钻探队提供。相关数据图如图1所示。

上述井队所涉及到的柴油发电机如表1所示。

3 影响油田柴油发电机组效率的因素

通过对比各油田柴油发电机组的工作数据，发现实际运行中存在机组油耗过高、发电效率较低的现象，为了满足油田降低能耗、节能减排的要求，有必要探讨影响油田柴油发电机组效率的因素。

3.1 辅助设备

使用柴油发电机组作为稳定电源必须配备相应的辅助设备。西北各油田冬季寒冷，冬季温度在-14℃～0℃之间，为了保证柴油发电机组正常运转，必须对机组经行保温处理，尤其需要对柴油进行保温。钻探现场条件简陋，最常用的方式是电保温。另外，西部油田地区夏季非常干燥炎热，为使柴油发电机组能够持续稳定的运行，冷却措施必不可少，大功率风冷设施在保证设备连续稳定运行过程的同时也消耗了大量的能量。

通过计算图2中8口井辅助设备用电数据发现，在石油钻井现场，柴油发电机的辅助设施的用电量占比在7%～14%之间，占比较高。

辅助设备是柴油发电机组连续稳定运行的关键，是柴油发电机组的一部分，辅助设备用电量属于发电机组的自用电。如果能想办法降低相关辅助设施消耗的电量，就能够提高柴油发电机组的效率。

3.2 海拔

海拔升高使得柴油机进气量减小，缸内空气系数降低，造成可燃混合气变浓，特别在大负荷时，这必然会使得缸内局部过浓区域增加，导致燃烧恶化，柴油机经济性下降。根据一项对车用柴油机的研究，在100%负荷和25%负荷时，从10m到1000m，油耗率分别增加了3.05%和0.41%;从1000m到1670m，油耗率分别增加了2.51%和0.47%。

3.3 机组寿命与日常保养

柴油发电机组在长期使用后会出现功率下降、动力不足等一系列状况。柴油机功率下降后，带负载工作时效率低，柴油消耗量提高，使得油田生产成本提高。图3为三种类型柴油发电机不同使用年限下的油耗率，可以看出，随着使用年限的增加，油耗率在不断上升，在使用第8年时，三种柴油发电机油耗相比使用初期增加了0.015～0.02g/kWh。

另外，油田用柴油机因工况恶劣、无法按时保养，在工作运行过程中，供油系统、压缩系统、进排系统、冷却系统四大系统经过高温、燃烧等作用出现了损害、侵蚀等问题。加上长期持续运行，如果不能及时修缮系统使其具有较好的技术状态，最终将会降低机器热效应而加大油耗。

3.4 余热无回收利用的问题

在实际使用中发现，油田钻井工程所用的动力柴油机有效功只占机械系统总消耗功的35%，大量的热能随着柴油机尾气排放而白白流失掉，造成了很大的浪费。相比之下，国内燃煤机组针对排烟温度普遍偏高问题，提出了采用烟气余热回收技术对系统进行改造，通过调整参数对烟气余热回收系统进行优化。对某600MW机组的实际计算结果表明，系统优化后比优化前的相对效益提高了4.4%。可以预见，将温差发电技术应用到钻井柴油发电机的余热回收利用中，使得发电机燃烧后产生的余热得到充分的利用，不仅在钻井过程中起到降本增效、节能降耗的作用，同时兼具环保的效果。

3.5 机组运行环境状况

柴油发电机组所标定的功率都是针对某一特定的环境状况而言的，环境状况是指柴油发电机组运行地点的环境大气压力、温度和相对湿度，它们对柴油发电机的性能和工作效率有很大影响。

在冬季，西北部各油田气温在-15℃～0℃之间，此时外部温度过低，带走气缸内大量热能，使其热损失增多;润滑油温度也随之下降，机油在气温较低时粘度较大，其流动性变差。这不仅增加柴油发电机组的零件磨损，而且由于零件运动阻力增大，使机械功率损失增加，柴油发电机组的输出功率就会降低。

在夏季，环境温度过高，吸入气温度过高，燃油消耗量会增加8%～10%，例如，由20℃增加到40℃时，燃油消耗率可提升约3g/kWh。成液滴状的燃油进入气缸后会冲洗气缸壁上的润滑油膜，并渗入到曲轴箱内，使零件的磨损量增加、冲淡油底壳内的润滑油、增加燃油消耗量和减少功率输出。

从图4中可以看出，柴油发电机组在夏季和冬季的油耗率较春秋季节增加了0.015～0.02kg/kWh，在10月份，油耗率最低为0.242;在7月份，油耗率最高为0.269。这是因为冬天需要给发电机组保温，夏天需要使用风冷模块给机组降温，且降温效率远低于加热效率，因此夏天的油耗率更高。

4 结论

油田柴油发电机组发电油耗在0.260-0.276kg/kWh之间，供电油耗在0.276-0.296kg/kWh之間。柴油机组辅助设施用电、机组所在地海拔，运行负荷、机组寿命与日常保养、机组运行环境情况、余热无回收利用等问题都会影响油田柴油发电机组的工作效率。

5 建议

为了提高油田柴油发电机组效率，可以从两方面入手，一是加强硬件设施的投入，如更换使用年限较长的设备或对老旧设备进行维修翻新、选用效率高能耗低的辅助设施、改善机组运行的环境设施;另一方面加强柴油发电机组的日常保养工作、加强对机组运行负荷和运行环境的监控。

参考文献：

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