長(zhǎng)輸管道燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率影響因素定量分析
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赫德明1*，周景權(quán)2，劉偉旭2，張博1
（1．中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司天津?yàn)I海分公司，天津300457；
2．中國(guó)石油管道公司（管道銷售公司），河北廊坊065000）
摘要：通過(guò)對(duì)長(zhǎng)輸管道燃?xì)廨啓C(jī)功率影響因素（環(huán)境溫度、海拔高度、進(jìn)氣損失、排氣損失、性能損失、污垢損失）的定量分析，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)出燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率的綜合影響公式。此外在實(shí)際工程運(yùn)行中還可根據(jù)定量數(shù)據(jù)制定燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率的調(diào)整方案。
關(guān)鍵詞：長(zhǎng)輸管道；燃?xì)廨啓C(jī)；輸出功率
中圖分類號(hào)：TE832 文章編號(hào)：0253 - 4320( 2016) 03 - 0198 - 03
DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 03. 050
中海石油化學(xué)股份有限公司一期化肥裝置的燃?xì)廨啓C(jī)（02-MT01）是從意大利新比隆公司引進(jìn)的工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)，型號(hào)PGT -10，該燃?xì)廨啓C(jī)在38℃、100% RH（相對(duì)濕度）時(shí)無(wú)蒸汽注入的情況下的最大輸出功率為8750 kW，工藝壓縮機(jī)需求的功率為8520 kW，運(yùn)行一段時(shí)間當(dāng)輸入條件發(fā)生變化時(shí)，無(wú)蒸汽注入的情況下最大輸出功率僅為7853 kW，嚴(yán)重不能滿足工藝壓縮機(jī)需求，其主要原因?yàn)樵撊細(xì)廨啓C(jī)選型時(shí)沒(méi)有充分考慮燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中的各種因素導(dǎo)致的功率損失，選用較小的燃?xì)廨啓C(jī)，暴露出設(shè)計(jì)選型的缺陷。長(zhǎng)輸管道因地理區(qū)域跨度比較大，其燃?xì)廨啓C(jī)選型更不能一概而論，因此對(duì)長(zhǎng)輸管道每座壓氣站場(chǎng)選擇一款合適燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)型顯得尤為重要。輸出功率是燃?xì)廨啓C(jī)選型首要考慮指標(biāo)，因此對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)功率影響因素的定量分析至關(guān)重要，本文中根據(jù)國(guó)外相關(guān)規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)推薦值對(duì)影響燃?xì)廨啓C(jī)功率影響因素進(jìn)行了綜合定量分析，為長(zhǎng)輸管道燃?xì)廨啓C(jī)選型提供理論依據(jù)。
1燃?xì)廨啓C(jī)特點(diǎn)
長(zhǎng)輸管道燃?xì)廨啓C(jī)是利用管道本身輸送的天然氣為能源介質(zhì)，將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，因此燃?xì)廨啓C(jī)可用于電力缺乏地區(qū)。同時(shí)因燃?xì)廨啓C(jī)本身不需要冷卻，所以更適合于在缺水干旱地區(qū)使用。并且隨著氣溫降低燃?xì)廨啓C(jī)的最大輸出功率反而增大，這一特點(diǎn)特別適合于一般干線管道的調(diào)峰規(guī)律。
燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積和重量小，比較容易對(duì)其熱力過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。燃?xì)廨啓C(jī)主要特點(diǎn)有：①結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，體積小，占地面積小；②啟動(dòng)快，從冷態(tài)啟動(dòng)到滿負(fù)荷，通常在數(shù)分鐘至半小時(shí)之間；③安裝周期短，燃?xì)廨啓C(jī)可以在1~2個(gè)月安裝好并投入運(yùn)營(yíng)；④運(yùn)行平穩(wěn)，可靠性高，據(jù)統(tǒng)計(jì)大量機(jī)組的停機(jī)事故率僅為1%。
2燃?xì)廨啓C(jī)現(xiàn)狀
目前國(guó)外先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)廠家主要有RR、GE、西門子、索拉等公司，其中RR公司航改型燃?xì)廨啓C(jī)在全世界天然氣管道上得到了廣泛的應(yīng)用，公司已累計(jì)向世界范圍的用戶交付了54 000臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)，該公司的燃?xì)廨啓C(jī)功率主要在4.1～8 MW。GE公司燃?xì)廨啓C(jī)在國(guó)內(nèi)西氣東輸管道上已開(kāi)始使用，其公司的燃?xì)廨啓C(jī)功率主要在11 N130 MW。索拉公司的燃?xì)廨啓C(jī)系列產(chǎn)品大約占據(jù)世界同等功率范圍燃機(jī)市場(chǎng)的60%，該公司的燃?xì)廨啓C(jī)功率主要在1～22 MW，該燃?xì)廨啓C(jī)在中國(guó)用戶包括中石油、中海油和中石化，燃機(jī)總數(shù)超過(guò)180臺(tái)。西門子公司的燃?xì)廨啓C(jī)在世界范圍內(nèi)也廣泛被使用，其功率主要在5～50 MW。
3燃?xì)廨啓C(jī)功率影響因素分析
燃?xì)廨啓C(jī)功率影響因素主要有環(huán)境溫度、海拔高度、進(jìn)氣損失、排氣損失、性能損失、污垢損失、濕度，其中濕度對(duì)熱耗有影響，對(duì)功率通常不需要修正。
(1)環(huán)境溫度對(duì)溫度影響燃?xì)廨啓C(jī)功率修正圖（圖1）進(jìn)行定量處理，近似得到：
由以上公式可見(jiàn)溫度每升高100C，燃?xì)廨啓C(jī)的功率降低約7. 47%。
對(duì)海拔影響燃?xì)廨啓C(jī)功率修正圖（圖2）進(jìn)行定量處理，近似得到：
由此可見(jiàn)，海拔高度每升高100 m，燃?xì)廨啓C(jī)的功率降低1. 03867%。
(3)進(jìn)氣損失
進(jìn)氣損失是外面空氣通過(guò)人口過(guò)濾器和消音器時(shí)產(chǎn)生的壓降。
對(duì)進(jìn)氣損失影響燃?xì)廨啓C(jī)功率修正圖（圖3）進(jìn)行定量處理，近似得到：
由此可見(jiàn)當(dāng)進(jìn)氣損失為1000Pa，燃?xì)廨啓C(jī)的功率降低1. 607%。
(4)排氣損失
排氣損失是廢氣通過(guò)排氣煙囪、消音器和能在燃?xì)廨啓C(jī)上形成背壓的熱回收設(shè)備所產(chǎn)生的壓降。
對(duì)排氣損失影響燃?xì)廨啓C(jī)功率修正圖（圖4）進(jìn)行定量處理，近似得到：
由此可見(jiàn)當(dāng)排氣損失為1000Pa，燃?xì)廨啓C(jī)的功率降低0. 683%。
(5)性能損失
燃?xì)廨啓C(jī)按照20年使用壽命計(jì)算，燃?xì)廨啓C(jī)功率損失ηp為7%。
(6)污垢損失
根據(jù)相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，污垢對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的功率損失ηf為2%。
此外燃?xì)廨啓C(jī)在進(jìn)行功率選型時(shí)還應(yīng)考慮設(shè)計(jì)余量ηm，設(shè)計(jì)余量為4%。由以上分析可知，環(huán)境溫度、海拔高度、進(jìn)氣損失、排氣損失、性能損失、污垢損失因素對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)功率均有影響，其中影響最大的為環(huán)境溫度。燃?xì)廨啓C(jī)總的功率修正系數(shù)等于環(huán)境溫度修正系數(shù)×海拔高度修正系數(shù)×進(jìn)氣壓力損失修正系數(shù)×排氣壓力損失修正系數(shù)×性能損失修正系數(shù)×污垢損失修正系數(shù)×設(shè)計(jì)余量修正系數(shù)。即：
燃?xì)廨啓C(jī)最小ISO選型功率：
例如在巴基斯坦擬建的瓜達(dá)爾-納瓦布沙輸氣管道項(xiàng)目中，納瓦布沙環(huán)境最高溫度為50℃，海拔高度為34 m，大氣壓力為0.100 917 M Pa，進(jìn)氣壓力損失與排氣壓力損失均按照980. 665 Pa計(jì)算，此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)總的功率修正系數(shù)為74. 7%×99. 6%×98. 5%×99. 1%×(1- 7%)×(1- 2%)×(1 -4%)=63. 53%，此時(shí)假定所需燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率為10 MW，則燃?xì)廨啓C(jī)的最小ISO選型功率為10÷63. 53% =15. 74 MW。
4結(jié)語(yǔ)
燃?xì)廨啓C(jī)選型時(shí)首先考慮環(huán)境溫度、海拔高度、進(jìn)氣損失、排氣損失等因素影響，此外還應(yīng)考慮工藝工況變化，包括流量、壓力、相對(duì)分子質(zhì)量發(fā)生變化等。結(jié)合工程實(shí)例、國(guó)外規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)數(shù)值對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)選型提出了綜合計(jì)算公式，對(duì)實(shí)際工程中燃?xì)廨啓C(jī)選型有一定的指導(dǎo)意義，但上述綜合公式的計(jì)算值僅為理論值，各種影響因素的修正參數(shù)會(huì)因不同廠家燃?xì)廨啓C(jī)特性曲線的不同而稍微不同。
通過(guò)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率影響因素的定量分析，不僅可以為實(shí)際工程燃?xì)廨啓C(jī)選型提供理論依據(jù)，同時(shí)也為實(shí)際工程中已選定燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率提供了調(diào)整對(duì)策方向。
