整体式天然气压缩机能耗计算方法《石油学报》_田家林

第一采油厂节能点及能耗计算方法第一章中转站能耗算法及节能方法一、耗气能耗点：加热炉、采暖炉及所带其他站锅炉。

（一）能耗算法：1、直接根据自耗气表、外输气表显示进行监测。

2、计算公式：（因为消耗1方天然气可产生约1万大卡热量，所以耗气量可按以下公式简单计算）耗气量＝G×C×(T2-T1)/（10×η）G：日掺水量+日热洗量C：水的比热（按1计算）T2：出口温度T1：进口温度η：加热炉效率（按75％计算）举例：节能前掺水温度70度，节能后掺水温度50度，日掺水量按各站掺水泵理论排量46方/小时，进口温度指沉降水温度按35度计算如下：节能前耗气量＝46×24×1×（70-35）/10＝3864方节能后耗气量＝46×24×1×（50-35）/10＝1656方对比节气2208方。

备注：改造站和新建站上有掺水、热洗流量计可直接使用日掺水量和日热洗量，例如中203站掺水流量计瞬时量1.6方/分钟，则日掺水量＝1.6×60×24＝2304方。

（二）必须掌握的要点：1、本站有哪几个耗气能耗点？2、会算每台加热炉（掺水炉、热洗炉）自耗气量，会算不同温度下自耗气量。

3、清楚本站每天自耗气量和外输气量。

降低自耗气量目的是增加外输气量，二者变化相对同步。

4、每天报表上自耗气、外输气量波动较大，会查找原因。

以下分析气量波动大原因供参考：1）加热炉温度高低原因所致，岗位员工责任心有关，没有根据油井掺水量大小，及时调整火嘴负荷。

采取方法是每两个小时监测各计量间回油温度，超过35-42度（聚驱站）35-39度（水驱站）时，岗位员工及时汇报管站副队长，由其协调管井人员控制单井掺水量，直到问题解决。

2）与当天是否进行热洗有关。

如果同样有热洗情况下，则需要分析热洗时间和热洗温度是否有差别，涉及到会计算不同热洗温度和时间消耗气量。

第一部分 热力计算一、 初始条件1. 排气量： Q N =20Nm 3/min2. 压缩介质： 天然气气体组分：CH 4:94%；CO 2:0.467%；N 2:4.019%；C 2H 6:1.514% 3. 相对湿度： ψ=100%4. 吸入压力： P S 0=0.4 MPa 绝对压力5. 排出压力： P d 0=25.1 MPa 绝对压力6. 大气压力： P 0 =0.1 MPa 绝对压力7. 吸入温度： t S 0=35℃T S 0=308°K8. 排气温度： t d 0=45℃T d 0=318°K9. 压缩机转速： n=740rpm 10. 压缩机行程： S=120mm 11. 压缩机结构型式： D 型 12. 压缩级数： 4级13. 原动机： 低压隔爆异步电机;与压缩机直联 14. 一级排气温度： ≤130℃ 二、 初步结构方案 三、 初始条件换算以下计算压力均为绝对压力 Q= Q N ×P 0×T S 0／P S 0-ψ×P sa ×T 0进气温度状态下的饱和蒸汽压为P sa =0.005622 MPa P 0 =0.1MPa T 0=273°K其余参数详见初始条件..Q= 20×0.1×308／0.4-1×0.005622×273=5.72m 3/min 四、 级数的选择和各级压力要求为四级压缩总压缩比ε0=014S d P P =0.425.1=62.75ε10=ε20=ε30=ε40=475.62=2.8145 求出各级名义压力如下表查各组分气体绝热指数如下：CH 4: 94% K=1.308； CO 2: 0.467% K=1.30 N 2: 4.019% K= 1.40； C 2H 6: 1.514% K=1.19311-K =∑1r i -Ki ＝11.3080.94- ＋1.310.00467- ＋11.40.04019- ＋11.1930.01514- =3.2464得K1=K2=K3=K4=1.308一级进气温度t S1=35℃;考虑回冷不完善;二三四级进气温度取t S2=六、 计算各级排气系数 λH =λV λP λT λg 1. 容积系数λV(1) 相对余隙容积a;取a 1=0.2；a 2=0.2；a 3=0.2；a 4=0.2 (2) 膨胀过程的多变指数m;m 1=1+0.75K-1=1+0.751.308-1=1.231 m 2=1+0.88K-1=1+0.881.308-1=1.271 m 3=m 4= K=1.308 (3) λV1=1－a 1111m ε－1=1－0.2231.112.8145－1=0.736 λV2=1－a 2212m ε－1=1－0.2 271.118145.2－1=0.749λV3=1－a 3313m ε－1=1－0.2308.118145.2－1=0.759λV4=1－a 44140m ε－1=1－0.2 308.111458.2－1=0.7592. 压力系数λP ;取λP1=0.98；λP2=0.99；λP3=1；λP4=13. 温度系数λT ;取λT1=0.96；λT2=0.96；λT3=0.96；λT4=0.964.H d 035℃时饱和蒸汽压P sa1= 0.005622MPa;40℃时饱和蒸汽压P sa2= P sa3= P sa4=0.007374MPa ψp sa1ε1=1×0.005622×2.8145=0.0175> P sa2 则μd 1=1μd2=22021110sa S sa S P P P P ⨯-⨯-ϕϕ×0120S S P P = 007374.011258.1005622.014.0⨯-⨯-×4.01258.1=0.992μd3=33031110sa S sa S P P P P ⨯-⨯-ϕϕ×0130S S P P = 007374.011686.3005622.014.0⨯-⨯-×4.01686.3=0.988μd4=44041110sa S sa S P P P P ⨯-⨯-ϕϕ×0140S S P P = 007374.01918.8005622.014.0⨯-⨯-×4.0918.8=0.987中间级均无抽气;则μ01=μ02=μ03=μ04=1八、 计算气缸行程容积 V t 0V t10=Q1101λμμd ⋅=5.72×632.011⨯=9.05 m 3/min V t20=Q 2202λμμd ⋅0210S S P P 012S S T T =5.72×656.0992.01⨯×1258.14.0×308313=3.12 m 3/min V t30=Q 3033λμμ⋅0310S S P P 0103S S T T =5.72×678.0988.01⨯×1686.34.0×308313=1.07 m 3/min V t40=Q 4404λμμd ⋅0410S S P P 014S S T T =5.72×687.0987.01⨯×918.84.0×308313=0.375 m 3/min 九、 确定活塞杆直径1.初步确定各级等温度功率N is 和最大功率NN is1=601000·P s10·Q ·ln ε0=601000×0.4×5.72×ln2.8145=39.5KW 因一二三四级压力比相同则N is1=N is2 =N is3= N is4=39.5KW两列等温功率相等;列最大功率N=is is2is1N N η+=6.039.55.93+=132KW其中等温效率ηis 由查表2-9求得..2.确定活塞杆直径根据最大的功率查表2-10;初步选取活塞杆直径为d=60mm.. 十、 计算气缸直径一、二级气缸均为轴侧单作用的轴侧容积;应考虑活塞杆的影响..D 10=20t1V 4d sni+π=20.0617400.129.054+⨯⨯⨯⨯π=0.365m D 20=20t2V 4d sni+π=20.0617400.123.124+⨯⨯⨯⨯π=0.220m三、四级气缸均为盖侧单作用的盖侧容积..D 30=sniπ0t3V 4=17400.121.074⨯⨯⨯⨯π=0.124mD 40=sniπ0t4V 4=17400.120.3754⨯⨯⨯⨯π=0.073m圆整后气缸直径D 1=360㎜、D 2=220㎜、D 1=125㎜、D 2=75㎜十一、 修正各级公称压力和温度1.确定各级实际行程容积V tV t1=()4221d D -π．S ．n=()406.036.022-π ×0.12×740=8.79 m 3/minV t2=()4222d D -π．S ．n=()406.022.022-π ×0.12×740=3.12 m 3/minV t3=423D ⋅π．S ．n=4125.02⨯π×0.12×740=1.09 m 3/minV t4=424D ⋅π．S ．n=4075.02⨯π×0.12×740=0.392 m 3/min2.1.考虑损失后;计算各级气缸内实际压力及压力比;压力损失数值由图2-15查得;计算结果列表如下：十三、 计算轴功率1.实际排气量Q 0 = V t1×λ1=8.79×0.632=5.56 m 3/min2.实际等温功率N is = 601000·P s1·Q 0·ln S d P P=153.4KW3.绝热容积系数λV1＇=1－a 111'1m ε－1=1－0.2231.11037.3－1=0.71λV2＇=1－a 2212'm ε－1=1－0.2 271.113－1=0.712λV3＇=1－a 331'3m ε－1=1－0.2308.11913.2－1=0.747λV4＇=1－a 4414'm ε－1=1－0.2 308.1115.3－1=0.72 4.实际各级指示功率查表得1S Z =0.99; 1d Z =0.99; 2S Z =0.98; 2d Z =0.98; 3S Z =0.96; 3d Z =0.97; 4S Z =0.95; 4d Z =0.97.由于压缩机转速高;取压缩过程指数n i =绝热指数K=1.308.N id1= 601000·P s1·V t1·λv1＇·1-i i n n ·ii nn S d P P 111)''(--1·1112S d S Z Z Z ⋅+=52.8KWN id2= 601000·P s2·V t2·λv2＇·1-i i n n ·ii nn S d P P 122)''(--1·2222S d S Z Z Z ⋅+= 50.6KWN id3= 601000·P s3·V t3·λv3＇·1-i i n n ·ii nn S d P P 133)''(--1·3332S d S Z Z Z ⋅+= 50KWN id4= 601000·P s4·V t4·λv4＇·1-i i n n ·ii nn S d P P 144)''(--1·4442S d S Z Z Z ⋅+=52KW5.总的指示功率N id = N id3+ N id2+ N id3+ N id4=205.4KW十四、 计算轴功率取机械效率ηm =0.85N=midN η=85.04.205=241.6 KW 采用直联传动;传动效率;取ηd =1 N e ＇=16.241=241.6 KW 十五、 选用电动机据电动机额定功率等级;选取电机功率N=280KW功率储备=241.6241.6-802×100%=15.8%满足功率储备为5～15%的要求.. 十六、 计算等温指示效率和等温效率等温指示效率ηis-id =id is N N =4.2054.153=0.747 等温效率ηis =N N is =6.2414.153=0.635第二部分 动力计算一、 绘制各列气体力指示图图纸长度200mm=行程120mm m s =120/200=0.6图纸高度100mm=100000N mp=100000/100=1000N/mm 相对余隙容积a 在图纸上长度Sa 1= a 1×200=0.2×200=40mm Sa 2= a 2×200=0.2×200=40mm Sa 3= a 3×200=0.2×200=40mm Sa 4= a 4×200=0.2×200=40mm n1. 往复运动部件质量根据结构设计可知：连杆部件质量约为m l =40Kg ；十字头部件质量约为m c =25Kg ；两列活塞部件重量大致相等约为m p =70Kg ；往复运动部件总质量m s Ⅰ=m s Ⅱ=0.3×m l +m c =0.3×40+25+70=107Kg 2. 计算惯性力极大、极小值S=120mm; L=360mm; r=S/2=60mm=0.06m; λ= r/L=1/360=0.167 ω=30n⋅π=30740⨯π=77.5m/s两列惯性力极大值相等Ⅰmax =m s ·r ·ω2·1+λ=107×0.06×77.52×1+0.167=45000N45mm 两列惯性力极小值相等Ⅰmin = -m s ·r ·ω2·1 -λ= -107×0.06×77.52×1 -0.167= -32120N32.1mm -3λ·m s ·r ·ω2= -3×0.167×107×0.06×77.52= -19319N19.3mm 3. 列的往复惯性力图：三、 计算往复摩擦力:设定两列的往复摩擦力相等F f =0.6~0.7sn N m id 2100026011⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⋅⋅η≈0.7×7400.12210002205.46010.851⨯⨯⨯⨯⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=6123N6.1mm 四、 列的活塞力图五、 计算各列切向力和法向力 六、 作综合切向力图1.计算旋转摩擦力:设定两列的旋转摩擦力相等F r =0.4~0.3sn N m id πη⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⋅⋅111000260≈0.3×7400.1210002205.46010.851⨯⨯⨯⨯⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-π=2924N2.9mm 2.平均切向力Tm=Sm m A Tl ⨯⋅⋅π3.量的总切向曲线与横坐标所包围的面积A ≈21458mm 24.切向力图的长度比例尺m l =lS⋅π=400120⨯π≈0.9425切向力图的力比例尺m T =1000N/mm T m ≈53645N七、 作幅面图和矢量图 △f=5168 mm 2L=m l ·m T ·△f=0.9425×1000×5168/1000＝4871 由热力计算得到的平均切向力为：T m 、=snN mid πη160⋅⋅=7400.120.8511000205.460⨯⨯⨯⨯⨯π≈51972N误差△=mT m T Tm ''-×100%≈3.2% 误差没超过±5%;作图合格八、 计算飞轮矩 GD 2=3600·L/n 2·δ 取δ=1/100 GD 2=3600×7407404871⨯×100=3202.3 N.m 2。

专利名称：一种整体燃气往复式天然气压缩机组系统效率的测试方法
专利类型：发明专利
发明人：梁政,董超群,田家林,张梁,邓雄,李双双,何虹钢
申请号：CN201210415013.6
申请日：20121026
公开号：CN102937086A
公开日：
20130220
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种整体燃气往复式天然气压缩机组系统效率的测试方法，它能有效的测量整体燃气往复式天然气压缩机组的系统效率。

其技术方案：先在压缩机输出端和燃气发动机进口端分别取适量天然气进行气质组分分析；然后在压缩机组仪表盘上读取温度、压力和流量参数，再根据测试数据计算各级天然气多变指数，计算各级指示功率及各级压缩总指示功率N；其次根据发动机燃气气质分析数据计算机组单位时间内消耗燃气热值Q；最后根据上述压缩机组N和燃烧热值Q，代入计算得到整体燃气往复式压缩机组的系统效率。

本发明的测量方法简便、测试安全，计算简单，可用于整体燃气往复式压缩机组系统工况与效率评价，为机组能耗分析及节能降耗提供参考依据。

申请人：西南石油大学
地址：610500 四川省成都市新都区新都大道8号
国籍：CN
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28基于油藏条件的机采系统合理能耗测算方法肖 武，张海燕（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营257015）摘 要：油田生产中通常以单井为对象进行抽油机、抽油泵及冲程、冲次等工作制度优化，确保系统效率最高、能量消耗最低。

对运行管理而言，往往需要快速、准确测算不同采油单位或不同类型油藏的合理能耗，为采油系统能耗指标分配或管理水平考核评比等提供依据。

常规的、基于单井优化的测算方法，工作量大，工作效率较低，无法满足矿场需求。

为此，本文将某类油藏涵盖的具有相近属性的一批抽油机井的集合进行综合考虑，建立反映该类油藏特征的标准模型，确定其机采系统消耗的有用功以及相应的合理系统效率，从而明确该类油藏的合理总能耗。

该方法弱化了单个抽油机井的工况特征，更多体现了某类油藏的宏观特征，可较好地应用于不同类型油藏之间进行横向对比和能耗管控，较好地满足矿场运行管理的需求。

关键词：机采系统 油藏条件 主控因素 合理能耗 优化管控收稿日期：2020–01–08。

作者简介：肖武，博士，高级工程师，主要从事油气田开发及战略规划研究。

基金项目：中国石油化工股份有限公司科研项目“油田能源优化管控关键技术研究”（318016–11）。

作为我国国民经济重要支撑的石油企业是一个能量密集的高耗能企业。

机采系统作为油田生产的重点系统，其能耗也是油田企业最主要的能耗，对该系统进行能耗重点监测和管理具有重要意义。

随着油田开发逐步进入特高含水阶段，开发难度不断增加，耗能设备应用规模不断加大，机采系统耗电量逐年增加，其能耗在油田生产成本中所占的比重越来越大[1-2]。

随着生产技术水平的日益提高和发展，石油企业亟需借助现代化手段加强和优化企业能源管理，提高企业的经济效益。

目前，许多国际石油公司正推广应用能耗优化管控系统，有效提高了能源利用效率和能源管理水平。

为了加强机采系统能耗的优化管控，实现节能降耗，需要对机采系统的合理能耗进行分析测算。

节能原理、方法和能耗计算与评价中国石化集团公司节能技术中心郭文豪目录1石化工业用能特点及潜力2能耗计算与评价3 节能原理与方法4 能量平衡5 节能新技术、新设备6 石化工业的节能方向7 基准能耗1 石化工业用能特点及潜力1.1 用能量大，占加工成本比例大以乙烯装置为例，国内装置能耗大部分在750kg标准油/t，2003年国内乙烯总产量约600万吨，总能耗450万吨标准油，能耗费用近60亿元（2007年国内乙烯总产量将达1100万吨，总能耗达825万吨标准油）。

炼油工业综合能耗量占原油加工量的8%~10%。

2003年全国原油加工量为2.6亿吨，耗能量约2100万吨标油，费用约320亿元。

平均能耗成本(包括自产燃料等)占总加工成本的40%~60%。

但目前加工成本计算中，将自产燃料形成的能耗未计入成本，造成了能耗成本占总加工成本比例不高的假象，将能耗成本淹没在巨大的产品销售中，大大弱化了能耗的影响及其节能工作的开展。

表2 计入自用燃料与动力后的炼油加工费表3 不计自用燃料与动力费用的现状炼油加工费某炼油厂的完全能耗费用及占炼油加工费的比例见表1~3。

该炼油厂综合能耗为86.8kg标油/t,平均每kg标油能耗的费用为1.56元，全厂能量因数为6.626，单位能量因数能耗为13.1 kg标油/(t.Ef)。

从最具可比性的单位能量因数能耗来看，该炼油厂与国内能耗先进值(11kg标油/(t.Ef))相比有较大的差距。

若该炼油厂能耗达到国内先进水平，综合能耗将下降13.9kg标油/t，使每吨原油的加工费下降21.7元，下降幅度几乎达到了每年修理费的水平。

由于该厂的单位能量因数能耗是全国平均水平，因此炼油企业的平均节能潜力为20元/吨原油。

修正后的炼油加工费指标合理地反映了各项影响因素，能耗费用成为炼油加工成本的第一影响因素。

因此节能永远是石化企业挖潜增效，增强竞争力的一个主题。

1.2 加热冷却过程多石化工业加工过程中，有非常多的冷、热物流（过程物流、公用工程物流等）需要换热。

石油科学通报 2021年12月第6卷第4期：657-664天然气压缩机组现场性能测试计算方法对标研究刘国豪1, 2, 3，侯磊1, 2*，潘腾3，赵一桦4，陈林3，李清平1, 21 中国石油大学( 北京) 机械与储运工程学院，北京 1022492 中国石油大学( 北京) 油气管道输送安全国家工程实验室/ 石油工程教育部重点实验室，北京 1022493 国家管网集团北方管道有限责任公司，廊坊 0650004 中国石油长庆油田分公司第一采气厂第五净化厂,西安 710000*通信作者,*****************收稿日期: 202103-002中国石油天然气股份有限公司科研项目《管道压缩机组和输油泵机组能效测试方法国际接轨研究》(2015B-3410-0501)、石油天然气行业标准修订项目《天然气输送管道系统能耗测试和计算方法》《国家能源局综合司关于下达2017年能源领域行业标准制(修)订计划及英文版翻译出版计划的通知》(能源20170228)联合资助摘要在长输天然气管道能耗中，天然气压缩机组能耗占比超过95%，其能耗高低对天然气企业运行成本影响最大。

国内采用行业标准SY/T 6637-2012测试和计算其实际的性能曲线和能效情况，近年使用该标准计算出的压缩机多变压缩功、多变效率、机组效率等压缩机组能效关键参数与国外厂家提供的数据不一致的问题，极大影响了天然气管道的优化模型准确度、与国外先进管道对标、机组能效分析等能源管理工作。

通过对比分析国内外多项标准的差异，发现标准SY/T 6637-2012在多变指数、焓值以及多变压缩功计算方法等方面与国际主流标准存在较大差异。

本研究针对差异，逐项进行了对比计算，并与出厂数据和现场实际数据进行了两次验证。

研究结果表明：①气体焓值以NIST软件计算结果为基准，人工查图法计算焓值的误差为6.55%左右，BWRS、RKS、PR共3种状态方程计算方法的误差分别为1.75%、2.75%、0.57%；②SY/T 6637-2012在计算多变压缩功时未考虑实际天然气的压缩性，未对结果进行修正，未加入多变压缩功修正因子；③多变效率的计算以NIST 软件计算结果为基准，SY/T 6637-2012、BWRS、RKS、PR、CTO的计算偏差分别为：6.12%、2.27%、3.26%、0.12%、0.53%。

关于《油田生产系统能耗测试和计算方法》标准中几个问题的
探讨
朱益飞
【期刊名称】《石油工业技术监督》
【年(卷),期】2010(026)006
【摘要】针对SY/T 5264-2006<油田生产系统能耗测试和计算方法>标准在指导油田生产系统能耗测试工作时存在的问题,基于目前国内油田生产系统能耗测试技术现状,讨论了标准中存在5个方面的问题,并对修订标准提出了几点建议.
【总页数】3页(P24-26)
【作者】朱益飞
【作者单位】胜利油田分公司,孤东采油厂,山东,东营,257237
【正文语种】中文
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5.《原油长输管道系统能耗测试和计算方法》等5项节能节水标准将立项修订 [J], 永场
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某CNG加气母站往复压缩机节能技术分析贾绪平【摘要】CNG(Compressed Natural Gas)加气母站最核心的设备为往复压缩机,由于压缩机功率较高,其耗电占据了生产运营成本中较大的比重.本文通过分析某CNG加气母站压缩机全年耗电量及加气量数据变化特点,并运用Compass软件模拟计算了压缩机进气温度、进气压力、排气压力以及天然气气体比重等因素对压缩机能耗功率的影响.明确了正常工况下,压缩机进气温度或进气压力越低则功耗越低等结论.根据相关结论针对性制定了节能降耗措施,在确保高效完成加气任务的前提下,通过采用降低进气压力,优化冷却器清洗周期,定期维护保养设备,调整槽车加气时间间隔避免压缩机频繁启停等手段最大程度降低压缩机能耗,从而有效降低CNG加气母站生产运营成本.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】5页(P45-48,57)【关键词】CNG加气母站;往复压缩机;节能降耗【作者】贾绪平【作者单位】山东实华天然气有限公司 ,山东青岛 266000【正文语种】中文【中图分类】TH4571 往复压缩机使用现状压缩机作为天然气生产工艺流程中的一种常见设备，普遍应用于天然气生产的各个环节。

由于应用于CNG的压缩机需具备高压比、中低流量的工作特性，故迄今为止，天然气汽车加气母站、常规站和子站主要采用活塞压缩机[1]。

2 环境气温对压缩机耗电量的影响2.1 环境气温监测图1为某CNG加气母站当地2016年1月～2017年7月平均最高及最低气温。

图1 当地2016年8月～2017年7月平均气温图2 2016年1月～2017年7月单位体积天然气压缩机耗电量分析得出，2016年12月～2017年2月气温最低，6～8月气温最高。

2.2 压缩机耗电量统计电量为电表抄数，加气量数据从CNG加气机记录获取。

图2为2016年1月～2017年7月压缩机平均压缩单位体积天然气的耗电量。