Wilson 天然气发电机运行监测软件应用分析

徐太贵，葛倩冰，宋 雨

（中油国际管道有限公司，北京 100028）

0 引言

天然气发电机是以天然气为燃料，替代汽油、柴油等燃料作为发动机动力的一种新型、高效的新能源发电机。它由发动机和发电机两部分组成，并配有电子控制管理系统。发动机部分主要由启动系统、点火系统、曲柄连杆系统、燃气供应系统、润滑系统及冷却系统组成[1]。由于天然气发电机具有输出功率范围广、运行可靠性高、排放污染低、体积小、重量轻、维护方便及噪声小等优点，适合天然气资源比较丰富的地区采用，因此在全球范围内，天然气发电机具有非常广阔的应用前景[2]。

1 某输油站场Wilson 天然气发电机组简介

某输油站场地处偏僻山区且无市电接入，但其周边有丰富可靠的天然气源，故在设计之初选择3 台Wilson PG345B3 天然气发电机组作为输油站场生产和生活供电来源。该发电机组由Perkins 发动机、Leroy Somer 发电机和奇才EASYGEN-3000智能并机控制系统组成。天然气发动机和发电机使用柔性连接，并安装在公共底架上，由Wilson 厂家成撬组装[3]。Wilson 发电机主要技术参数如下：发动机型号Perkins 4006-23TRS1，总功率322 kW，发动机额定转速1500 r/min，发动机缸数为6 缸，直列L 形排列，缸径160 mm，发动机冲程190 mm，压缩比为12∶1，采用涡轮增压进气方式，发电机型号Leroy Somer LL6114B，工作频率50 Hz。

1.1 天然气发电机工作原理

天然气发电机的基本原理是天然气发动机驱动发电机进行发电，将天然气的热能转换为电能。

天然气发动机启动时通过动力传动发动机的曲轴使活塞在上部密闭气缸中作循环往复运动。根据燃料燃烧的位置，发动机分为内燃机和外燃机两大类别。该输油站场采用的Perkins 发动机是一种典型的往复式四冲程内燃机。工作原理：进气冲程将燃料（天然气）和空气按一定比例吸入；压缩冲程快完成时火花塞点火；做功冲程中混合气体在密闭气缸内瞬间引燃继而产生高温、高压燃气，同时利用燃气在气缸内的膨胀作用推动活塞做功，活塞往复循环运动由连杆传导至曲轴，曲轴高速旋转并输出机械功；最后的排气冲程将气缸里的废气排出。各气缸按照一定的次序做功，作用在活塞的推力经过连杆机构推动曲轴转动，带动曲轴高速旋转。经过循环做功后，发动机在端部飞轮的惯性作用下逐步加速工作，将交流发电机和天然气发动机的曲轴同轴安装，以利用天然气发动机旋转带动发电机转子转动，根据电磁感应原理，发电机输出感应电动势，再经过闭合的负载回路产生电流[4]。

1.2 Wilson 天然气发电机维护保养事项

Wilson 天然气发电机维护保养级别分为日常维护保养，500 h维护保养，1000 h 维护保养，2000 h 维护保养，4000 h 维护保养，8000 h 维护保养以及16 000 h 大修保养。维护保养涉及易损易耗部件的检查与更换。常见的核心易损易耗部件为火花塞、空气滤芯、机油滤芯、曲轴箱呼吸器、充电机及其皮带、燃气电磁阀以及蓄电池等。不同的维护保养级别对应不同的易损易耗部件的检查与更换。

2 天然气发电机运行监测软件应用

2.1 软件开发目的

由于Wilson 天然气发电机易损易耗部件众多，且各部件检查与更换的时间不尽相同，同时由于输油站场天然气发电机组常用运行方式为两用一备，在一定程度上给相关设备管理人员及时安排合理维护保养工作造成困难。目前相关设备台账记录停留在电子文档阶段，很难及时准确掌握各易损易耗部件的运行寿命。因此，开发一套Wilson 天然气发电机专用软件尤为重要。该软件开发过程结合Perkins 4006型天然气发动机保养手册及输油站场的实践积累，总结一套运行管理经验，并依据经验建立一套数学模型，采用Visual Basic 语言在Windows7 操作平台上开发。

2.2 软件框架

软件开发以“提前发现设备隐患问题，减少功能性故障问题发生”为出发点，以实现Wilson 天然气发电机可靠运行为最终目的。软件总体分为“维保”和“运行”两大功能。“维保”功能主要为提示Wilson 天然气发电机下次维护保养所要进行的级别以及对应检查和更换的核心易损易耗部件，同时包含上次维护保养所做的项目及时刻和本次维护保养需做的项目及时刻，该界面同时包含输油站场常用备品备件的库存数据，方便相关设备管理人员了解库存并合理安排维保事项。如图1 所示，“运行”功能主要为输油站场3 台Wilson 天然气发电机组总体运行参数监测，包含每台发电机距下次维护保养所剩时长，并根据实际运行经验设置维保时刻提醒功能（图2）。同时，针对核心易损易耗部件的使用寿命进行监测，提前合理安排切机进行核心易损易耗部件的检查与更换（图3）。通过此两项功能，便于相关人员了解发电机组的运行状况和潜在问题，以便及时排除隐患，减少功能性故障和突发性故障的发生。

图1 天然气发电机组相关维保数据确认

图2 天然气发电机组运行参数监测

图3 GG01 发电机核心易损易耗部件使用寿命

2.3 软件创新

（1）输油站场天然气发电机组隐患问题并未产生实际故障之前，通过监测软件分析掌握核心供电设备的运行状态，及时采取维护维修等手段排除隐患，使故障问题在发生之前能够得到有效控制，从而避免功能性故障的发生。该软件基于此核心思路，促进相关设备管理人员对发电机组的了解掌握，及时安排维护保养工作，最大程度减少天然气发电机组功能性故障的发生。软件将原模糊化、散落化、冗长化的运营维修保养数据进行集中整合，变成可视化、数字化、模块化的程序模块，提高工作效率的同时，也降低了人为误判的风险。

（2）软件将备品备件库存与本地数据关联，可以在软件监测核心易损易耗部件使用寿命的同时，查看相关备品备件库存情况，便于提前安排维修更换事项，规避临时性紧急性的维修更换操作而发生相关备品备件库存已清空的现象。极大地提高了设备管理人员的工作效率，同时能够合理安排备品备件的更换频次，减少备品备件的不当消耗，促进天然气发电机组的平稳运行。

（3）软件将Wilson 天然气发电机组的运行参数进行监测，结合设备运行管理经验，在界面集成一个切机提示按钮，可以对天然气发电机组的运行时长进行提示，再经过相关技术人员的确认，能合理地安排设备切机操作。

2.4 软件应用分析

在石油石化行业，伴随着天然气发电机的广泛应用，相应的监测软件也应大力推广普及。大部分天然气发电机组承载着区块的唯一电力供应需求，而一旦天然气发电机组故障停机，生产生活会受影响。输油站场的发电机停机还可能引起输油管道全线停输，造成难以预计的损失和后果。因此，开发一款专用软件用于监测分析天然气发电机组，可以提前发现隐患问题从而进行维修更换，减少功能性故障的发生。

监测软件用于天然气发电机的运行状态趋势分析，可以更加精准地分析核心易损易耗部件、备品备件的需求情况，避免有的备品备件库存很多却不常用，有的备品备件库存不够但经常更换。因此，在备品备件的需求方面，设备管理人员通过分析历史数据进行归纳总结，可以精准地提出库存需求，提高备品备件使用率，提升物资管理水平，从而提升整个区块的设备管理水平。

3 结语

开发一款天然气发电机监测专用软件，结合现场设备管理经验，对天然气发电机组的核心易损易耗部件的使用寿命进行监测，同时结合维保相关参数，积累历史数据，可以分析总结设备运行趋势，灵活调整备品备件的更换频次，在提升备品备件使用率的同时，节约维护保养的成本，减少功能性故障的发生。该软件在某输油站场运行至今，提高了发电机运行管理水平，数次提前发现关键部件隐患问题从而减少了功能性故障的发生，有力保障了站场供电安全平稳，产生的综合经济效益显著。