往复式燃气压缩机组技措节能量计算方法探讨

陈燕 罗杨 陈英春 王家婧（西南油气田公司重庆气矿）

随着气田开采后期，增压将是主要工作之一，而压缩机作为增压的主要设备，是气田开采中的重点用能设备。压缩机组随着生产现状的改变，会进行必要的技措改造，由于节能量不能直接测得，则改造后节能量的计算方法对评估节能降耗效果有重要意义。《节能量测量和验证技术通则》是现行开展节能量测量和评价的基础规章[1]，定义了节能量计算中所涉及到的所有概念，规定了测量进行中的计算原则、方法、内容和技术要求等[2]。但在压缩机组节能技术措施项目评估中存在着计算方法不相同、计算参数不统一和计算边界不统一的问题，导致计算结果存在较大变化或偏差。文中将目前技措项目分类整理，提出了4 种技措节能量的计算方法，并针对具体的节能技术措施给出了推荐的计算方法。

1 节能量计算方法

1.1 单耗法

单耗法是通过计算统计报告期、基期的单耗差值与统计报告期的处理气量的乘积来计算得出[3-4]。该方法适用于能耗和相关自变量数据不足，无法计算校准基期能耗，基期和统计报告期生产比较稳定的情况。天然气节约实物量计算方法按式（1）计算：

式中：Ebs为年节约天然气实物量，104m3；ebi为统计报告期期间每月压缩机组的耗气量，104m3；eji为基期期间每月压缩机组的耗气量，104m3；Mbi为统计报告期期间每月压缩机组的处理气量，104m3；Mji为统计报告期期间每月压缩机组的处理气量，104m3。

1.2 比较法

比较法即比较改造项目的能耗，改造前后两者之差即为节能量[5]。比较法一般针对统计报告期没有能源消耗的的节能改造项目。天然气节约实物量计算方法按式（2）计算：

1.3 效率法

效率法是通过比较往复式燃气压缩机组的发动机在统计报告期与基期的效率变化，适用于负荷输出恒定且便于测算的技措项目，节能量按式（3）计算：

式中：Es为技术措施节能量，t；eb为统计报告期消耗的燃料气，kWh；ηb、ηj为统计报告期、基期的燃气发动机效率平均值；r为能源折标煤系数。

报告期、基期的燃气发动机的效率计算公式如式（4）所示：

式中：ρa为标态下的空气密度，kg/m3；SG为天然气的相对密度；hinbi、houtbi为统计报告期第i级压缩机的进、出口天然气焓值，kJ/kg；hinji、houtji为基期第i级压缩机的进、出口天然气焓值，kJ/kg；Qnet为天然气的低位发热值，MJ/m3。

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1.4 “基期能耗-影响因素”模型法

“基期能耗-影响因素”模型法采用了《国际节能效果测量和验证指南》的节能量审核的方法及思路。通过分析能耗与影响因素的关系，建立数学模型，使能耗可以用影响因素进行表示[6-7]。该方法应用范围广泛，既考虑了项目的实际能耗，又考虑了外部影响的变化对能耗的影响，适用于复杂系统改造的技措节能量计算[8]。式（5）为通过回归分析等方法建立基期能耗与其影响因素的相关性模型：

式中：Ej为基期能耗；xi为基期能耗影响因素的值。

只有当原假设中的固定影响因素发生意外变化，影响到统计报告期能耗时，可通过合理设置Am，获得校准能耗。设定Am时使用的影响因素应相互独立于式（6）中使用的影响因素。（Am通常为0）[9]。

式中：Ea为校准能耗；Am为校准能耗调整值；x′i为能耗影响因素在报告期的值（测量全部影响因素；测量部分影响因素，其他影响因素约定）。

2 节能技术措施

优化运行技术包括运行参数优化、工况调节、节能技术改造等方法，通过对压缩机组调节，确保压缩机在非额定工况下高效工作，达到压缩机安全可靠运行和节能的目的，具体节能技术措施如表1所示。

表1 压缩机常用节能技术措施

3 计算方法在现场的应用

通过在重庆气矿吊钟坝增压站和卧南增压站进行现场应用试验，模拟对机组进行部分节能改造，主要调节一级进气压力、调节转速、调节压缩机余隙以及机组运行优化。

3.1 调节机组进气压力

机组进气压力的调节主要是调节一级进气前节流阀，进气受到节流后，因克服节流阀阻力使压缩机的吸气压力和吸气密度降低，所以进入压缩机的气体质量流量减少，进气压力降低。根据节流阀开启度的不同，进气压力减少的程度也不同，可实现压缩机进气压力的连续调节。

3.1.1 现场数据采集

表2 吊钟坝、卧南增压站一级进气压力机组运行参数

3.1.2 节能量计算结果分析

1）吊钟坝增压站2#机组调节进气压力节约天然气量计算结果，卧南增压站6#机组调节进气压力节约天然气量计算结果，见表3。

表3 吊钟坝、卧南增压站调节进气压力节能量计算结果单位：m3/h

通过以上两个示例分析，当压力升高时，用单耗法计算出的节能量是符合规律正确的，即进机组压力升高，燃料气消耗量减少，随着压力的不断升高，节能量越大。

3.2 调节机组转速

通过改变压缩机的转速来调节压缩机的排气量。该方法的优点是能够实现气量的连续调节，且压缩机转速降低后，压缩机气缸内气体热力循环的周期变长，这在一定程度上意味着被压缩气体与外界的热交换程度增大，压缩过程和膨胀过程指数会下降，有利于降低压缩机的指示功，而且调节过程中压缩机各级压比保持不变，不需要设专门的调节机构等。

3.2.1 现场数据采集

在吊钟坝增压站将2#机组转速从851 r/min调至820 r/min 后再调至790 r/min。将卧南增压站6#机组转速由300 r/min 调至332 r/min 后再调至360 r/min，吊钟坝、卧南增压站2#机组调节转速机组运行参数见表4。

表4 吊钟坝、卧南增压站2#机组调节转速机组运行参数

3.2.2 节能量计算结果分析

1）吊钟坝增压站2#机组调节机组转速节约天然气量计算结果，卧南增压站6#机组调节机组转速节约天然气量计算结果见表5。

表5 吊钟坝、卧南增压站组转速节能量计算结果单位：m3/h

通过此实验验证，当调整分体式压缩机组转速时，基期能耗-影响因素法、效率法和单耗法三种方法均可用于计算节能量。当调整整体式压缩机组转速时，基期能耗-影响因素法更适宜于计算节能量。

3.3 调节机组余隙

3.3.1 现场数据采集

为保证机组安全运行，在吊钟坝增压站将2#机组的余隙从8 inch调至6 inch；将卧南增压站6#机组余隙从8 inch 调至6 inch。吊钟坝、卧南增压站机组余隙机组运行参数见表6。

表6 吊钟坝、卧南增压站机组余隙机组运行参数

3.3.2 节能量计算结果分析

1）吊钟坝增压站2#机组调节机组余隙节约天然气量计算结果，卧南增压站6#机组调节机组余隙节约天然气量计算结果，见表7。

表7 吊钟坝、卧南增压站机组余隙节能量计算结果单位：m3/h

由于余隙调速，影响压缩缸容积的大小，直接影响处理气量，从实验可知，无论是分体式压缩机组还是整体式压缩机组，采用基期能耗-影响因素法、效率法和单耗法3 种方法均可用于计算节能量，但基期能耗-影响因素法优于其他两种方法。

4 节能技术措施推荐算法

计算方法的选择主要依据可用的数据资源[10]，通过收集整理重庆气矿实施的技术措施项目，分别为4种类别，根据在吊钟坝增压站及卧南增压站的实验验证的计算数据，不同计算方法的推荐程度如表8所示。

表8 不同技术措施的推荐程度

5 结论

结合现场项目，提出了4种往复式燃气压缩机组技措节能量计算方法，分别是单耗法、比较法、效率法以及“基期能耗-影响因素”模型法。单耗法是最基本的方法，“基期能耗-影响因素”模型法的适用性最强。但在实际的技措节能量计算中，也应适当考虑效率法或比较法，或者根据项目的实际情况及对技措节能量计算准确性的要求，采用多种方法进行核算。文中同时也开发出一套适用于往复式燃气压缩机组技措节能量核算软件，为技措节能量的计算提供了一套高效的计算工具。通过对往复式燃气压缩机组的节能技措项目分类，给出计算时推荐的计算方法，在以后的节能量计算中可以依据技措类别采用相应的计算方法，从而规范各单位技措节能量的计算，做到统一合理，有利于各单位及时介入节能技措项目的评价，提高技术措施的节能管理工作水平。