石油化工装置透平式压缩机组节能监测方法正文.docx
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石油化工装置透平式压缩机组节能监测方法正文
Q/SY1347-2010
2010年5月25日发布2010年8月1日实施
石油化工装置蒸汽透平式压缩机组节能监测方法
1范围
本标准规定了石油化工装置蒸汽透平式压缩机组效率的监测方法、计算方法和合格指标。
本标准适用于石油化工装置由背压式、凝汽式、抽汽凝汽式透平与离心式、轴流式、往复式压缩机组合而成的透平式压缩机组效率的监测。
2引用标准
GB4272设备及管道保温技术通则
GB6422企业能耗计量与测试导则
3术语
3.1透平内部功率innerpowerofturbine
蒸汽通过实际膨胀过程产生的功率称为透平内部功率。
3.2透平理想功率theoreticalpowerofturbine
蒸汽通过等熵膨胀过程产生的功率称为透平理想功率。
3.3透平相对内效率relativeinnerefficiencyofturbine
内部功率与理想功率之比称为相对内效率，相对内效率是衡量透平（汽轮机）能量转换完善程度的一个重要运行指标。
3.4比焓specificenthalpy
1kg工质所具有的焓称为比焓。
3.5压缩机有效功率effectivepowerofcompressor
被压缩气体实际获得的功率称为压缩机有效功率。
3.6压缩比compressionratio
压缩比是指压缩机排出和进气的绝对压力之比。
3.7多变压缩过程polytropiccompressionprocess
被压缩气体与外界有热交换、有损失的过程称为多变压缩过程。
3.8多变指数polytropicexponet（inthepVdiagram）
表示实际气体多变压缩过程中状态参数变化的指数称为多变指数。
压力与比容关系的指数称为多变体积指数（n）；压力与温度的关系指数称为多变温度指数（m）。
3.9压缩机效率efficiencyofcompressor
压缩给定量气体所需的理论功率与输入功率之比。
3.10凝汽器condensingapparatus
能够将凝汽式透平排出汽冷却成水的设备称为凝汽器。
4监测内容
4.1监测检查项目
4.1.1透平式压缩机组主机应完好；附属的能源计量及工艺指示仪表配备齐全，且应符合GB6422的要求。
4.1.2透平系统保温应符合GB4272的规定。
4.1.3透平式压缩机组应有完整的设备技术档案，主要包括设计、安装、验收资料及运行、检修和改造记录等内容。
4.2监测测试项目
测试项目有以下两项：
---透平相对内效率；
---压缩机效率。
5监测方法
5.1监测要求
5.1.1监测应在正常、稳定的运行工况下进行，且该工况应具有统计值的代表性。
5.1.2连续测试时间不少于1小时，每一测试参数的测量次数不少于3次，每20分钟记录一次读数，以各组读数的平均值作为计算值。
5.2监测仪表要求
温度、压力和流量测量应在仪表规定的使用范围内。
测量仪表（含在线工作仪表）的准确度应不低于表1规定。
上述测量仪表应在检定的有效期内。
表1测量仪表准确度
序号
仪表名称
准确度
仪表类别
1
温度计
1.0
在线/便携
2
压力表
2.0
在线
3
流量计
2.0
在线/便携
5.3测试参数、测试仪表和测点布置
5.3.1透平
a.透平入口蒸汽温度TS1、压力PS1、流量GS，均为在线仪表，在快速关闭阀前；
b.背压蒸汽温度TS2、压力PS2，在线仪表，在透平出口管线上；
c.抽出蒸汽温度TC2、压力PC2，均为在线仪表，在高压缸出口；
d.抽出蒸汽流量GC，在线仪表，在抽出管线止逆阀后；
e.冷凝水温度TVC，在线仪表,在凝汽器排水管线上；
f.透平排气压力PS3，在线仪表（真空度表），在凝汽器上；
g．凝汽器冷却水入、出口温度TW1、TW2，在线仪表或便携式仪表，在冷却器入、出口管线上；
h．凝汽器冷却水流量GCW，便携式仪表，在冷却水入口或出口管直管段上。
5.3.2压缩机
a.压缩机第i段入口气体温度Ti1、压力Pi1和流量Vi1，在线仪表，在压缩机入口管线上；
b.压缩机第i段出口气体温度Ti2、压力Pi2，在线仪表，在压缩机出口管线上。
6计算方法
透平式压缩机组由透平和压缩机两个单元组成，联轴器划入压缩机单元。
6.1透平
透平主要分为背压式、凝汽式和抽汽凝汽式三种形式。
6.1.1背压式
6.1.1.1透平相对内效率
背压式透平相对内效率应按下式计算：
ηt=（ha1-ha2）/（ha1-ht2）
（1）
式中：
ηt—透平相对内效率；
ha1、ha2—透平入、出口蒸汽的实际比焓，kJ/kg；
ht2—绝热等熵过程透平出口蒸汽的理想比焓，kJ/kg。
式中ha1、ha2、ht2可根据监测参数TS1、PS1、TS2、PS2的测量值查水蒸汽焓熵图得到。
6.1.2凝汽式
6.1.2.1排汽比焓
凝汽式透平出口蒸汽（亦称排汽）的实际比焓应按下式计算：
ha2=hVC+
CCW（TW2-TW1）
（2）
式中：
hVC—凝汽器中冷凝水的比焓，kJ/kg；
GCW—冷却水流量，kg/h；
GS—透平入口蒸汽流量，kg/h；
TW1、TW2—冷却水入、出口温度，℃；
CCW—冷却水在温度Tav=（TW2+TW1）/2时的比热，kJ/（kg·℃）。
式中hVC、CCW可根据冷凝水温度TVC、Tav查水的热力学性质表得到。
6.1.2.2相对内效率
凝汽式相对内效率应按下式计算：
ηt=[ha1-hVC-
CCW（TW2-TW1）]/（ha1-ht2）（3）
式中ha1、ht2可根据监测参数TS1、PS1、PS3的测量值查水蒸汽焓熵图得到。
6.1.3抽汽凝汽式
抽汽凝汽式可以视为背压式和凝汽式的组合，背压式和凝汽式分别对应于高压缸和低压缸。
6.1.3.1排汽比焓
抽汽凝汽式透平出口蒸汽（亦称排汽）的实际比焓应按下式计算：
ha2=hVC+
CCW（TW2-TW1）（4）
6.1.3.2相对内效率
抽汽凝汽式透平相对内效率应按下式计算：
ηt={GS（ha1-ha2）+（GS-GC）[ha2-hVC-
CCW（TW2-TW1）]}/[GS（ha1-ht2）+（GS-GC）（ha2-ht3）]（5）
式中：
GC—透平高压缸抽出蒸汽流量，kg/h；
ht3—透平低压缸排汽的理想比焓，kJ/kg。
式中ht3可根据低压缸入口蒸气温度TC2、压力PC2和排气压力PS3的测量值查水蒸气的焓熵图得到。
6.1.4透平内部功率
6.1.4.1背压式透平内部功率
背压式透平内部功率应按下式计算：
Na=GS（ha1-ha2）/3600（6）
式中：
Na—透平内部功率，kW。
6.1.4.2凝汽式透平内部功率
凝汽式透平内部功率应按下式计算：
Na=GS[ha1-hVC-
CCW（TW2-TW1）]/3600（7）
6.1.4.3抽汽凝汽式透平内部功率
抽汽凝汽式透平内部功率应按下式计算：
Na={GS（ha1-ha2）+（GS-GC）[ha2-hVC-
CCW（TW2-TW1）]}/3600（8）
6.1.5透平输出功率
透平输出功率按下式计算：
Ne=Naηtm（9）
式中：
Ne—透平输出功率等于压缩机输入功率，kW；
ηtm—透平机械效率，统一按经验值取0.98。
6.2压缩机
压缩机分单段和多段，每段由多级叶轮组成，实际压缩过程为多变压缩过程。
6.2.1压缩比和多变指数
6.2.1.1压缩比
压缩比按下式计算：
εi=
（10）
式中：
εi—压缩机第i段压缩比，i=1，2，3…；
Pi1、Pi2—压缩机第i段入口、出口压力，MPa。
6.2.1.2多变指数
多变指数按下式计算：
mi=㏑εi/（㏑εi—㏑
）（11）
式中：
εi—压缩机第i段压缩比；
mi—压缩机第i段多变指数；
Ti1、Ti2—压缩机第i段入、出口开氏温度，K。
6.2.2各段有效功率
各段有效功率按下式计算：
Nui=16.67Pi1Vi1
[εi（
）—1]（12）
式中：
Nui—压缩机第i段有效功率，kw；
Vi—压缩机第i段入口流量，m3/min。
6.2.3压缩机总有效功率
压缩机总有效功率等于各段有效功率之和,其算式如下:
Nu=
（13）
式中：
Nu—压缩机总有效功率，kW。
6.2.4压缩机效率
压缩机效率按下式计算:
ηy=
（14）
式中：
ηy—压缩机效率。
7监测合格指标
7.1透平相对内效率的合格指标
透平相对内效率的监测合格指标见表2。
表2透平相对内效率合格指标
额定功率/kW
相对内效率指标
＜750
≥0.65
≥750-6000
≥0.65-0.72
6000-12000
≥0.72-0.75
12000-25000
≥0.75-0.80
25000-50000
≥0.80
7.2压缩机效率的合格指标
压缩机效率监测合格指标见表3。
表3压缩机效率合格指标
额定功率/kW
压缩机效率指标
往复式
离心式
轴流式
＜750
≥0.60
≥0.65
≥0.70
≥750-6000
≥0.60-0.67
≥0.65-0.72
≥0.70-0.77
6000-12000
≥0.67-0.72
≥0.72-0.77
≥0.77-0.82
12000-25000
≥0.72-0.75
≥0.77-0.80
≥0.82-0.85
25000-50000
≥0.75
≥0.80
≥0.85
8监测结果的综合评价
8.1本标准规定的检查项目合格指标和测试项目合格指标是监测合格的最低标准，监测单位应以此进行合格与不合格的评价。
全部监测指标同时合格方可视为监测合格的透平式压缩机组。
8.2对监测不合格者，监测单位应作出能源浪费程度的评价报告和提出改进意见。
9附录
测试记录表格式、计算表格式分别见附录Ⅰ和Ⅱ。
附录Ⅰ
表1透平节能测试记录表
被测单位：
被测装置：
设备位号：
测试日期：
被测部位
测试参数
单位
测试结果
1
2
3
平均
入口
蒸汽温度
℃
蒸汽压力
MPa
蒸汽流量
kg/h
背压
蒸汽温度
℃
蒸汽压力
MPa
抽出
蒸汽温度
℃
蒸汽压力
MPa
出口
排汽压力
MPa
凝汽器
凝结水温度
℃
冷却水
入口温度
℃
出口温度
℃
流量
kg/h
1透平设计参数
透平类型：
透平型号：
额定功率/kW：
蒸汽流量/kg/h：
蒸汽温度/℃：
蒸汽压力/MPa：
2检查项目
（1）计量及工艺指示仪表配备：
（2）系统保温状况：
（3）设备技术档案：
测试方：
（签字）被测方：
（签字）
附录Ⅰ
表2压缩机节能测试记录表
被测单位：
被测装置：
设备位号：
测试日期：
被测部位
测试参数
单位
测试结果
1
2
3
平均
（）段
入口温度
℃
入口压力
MPa
入口流量
kg/h
出口温度
℃
出口压力
MPa
（）段
入口温度
℃
入口压力
MPa
入口流量
kg/h
出口温度
℃
出口压力
MPa
1压缩机设计参数
类型：
型号：
额定功率/kW：
气体流量/kg/h：
气体温度/℃：
气体压力/MPa：
2检查项目
（1）计量及工艺指示仪表配备：
（2）设备技术档案：
（3）主机运行状况：
测试方：
（签字）被测方：
（签字）
附表Ⅱ
表1背压式透平效率测试计算表
被测装置：
设备位号：
项目
测试参数
符号
单位
数据来源/
计算公式
结果
入口蒸汽
流量
Gs
kg/h
现场实测
温度
Ts1
℃
现场实测
压力
Ps1
MPa
现场实测
实际比焓
ha1
kJ/kg
查焓熵图
背压蒸汽
温度
Ts2
℃
现场实测
压力
Ps2
MPa
现场实测
理想比焓
ht2
kJ/kg
查焓熵图
实际比焓
ha2
kJ/kg
查焓熵图
透平
机械效率
ηtm
%
经验值
内部功率
Na
kw
算式（6）
输出功率
Ne
kw
算式（9）
相对内效率
ηt
%
算式
（1）
附表Ⅱ
表2凝汽式透平效率测试计算表
被测装置：
设备位号：
项目
测试参数
符号
单位
数据来源/
计算公式
结果
入口蒸汽
流量
Gs
kg/h
现场实测
温度
Ts1
℃
现场实测
压力
Ps1
MPa
现场实测
实际比焓
ha1
kJ/kg
查焓熵图
排出蒸汽
压力
Ps3
MPa
现场实测
理想比焓
ht2
kJ/kg
查焓熵图
实际比焓
ha2
kJ/kg
算式
（2）
凝汽器
凝结水温度
Tvc
℃
现场实测
冷却水
入口温度
Tw1
℃
现场实测
出口温度
Tw2
℃
现场实测
流量
Gcw
kg/h
现场实测
比热
Cw
kJ/kg·℃
查表
透平
机械效率
ηtm
%
经验值
0.98
内部功率
Na
kw
算式（7）
输出功率
Ne
kw
算式（9）
相对内效率
ηt
%
算式（3）
附表Ⅱ
表3抽汽凝汽式透平效率测试计算表
被测装置：
设备位号：
项目
测试参数
符号
单位
数据来源/
计算公式
结果
入口蒸汽
流量
Gs
kg/h
现场实测
温度
Ts1
℃
现场实测
压力
Ps1
MPa
现场实测
实际比焓
ha1
kJ/kg
查焓熵图
抽出蒸汽
流量
Gc
kg/h
现场实测
温度
Tc2
℃
现场实测
压力
Pc2
MPa
现场实测
实际比焓
ha2
kJ/kg
查焓熵图
理想比焓
ht2
kJ/kg
查焓熵图
排出蒸汽
压力
Ps3
MPa
现场实测
理想比焓
ht3
kJ/kg
查焓熵图
实际比焓
ha3
kJ/kg
算式（4）
凝汽器
凝结水温度
Tvc
℃
现场实测
冷却水
入口温度
Tw1
℃
现场实测
出口温度
Tw2
℃
现场实测
流量
Gcw
kg/h
现场实测
比热
Cw
kJ/kg·℃
查表
透平
机械效率
ηtm
%
经验值
0.98
内部功率
Na
kw
算式（7）
输出功率
Ne
kw
算式（9）
相对内效率
ηt
%
算式（5）
附表Ⅱ
表4压缩机效率测试计算表
被测装置：
设备位号：
项目
测试参数
符号
单位
数据来源/
计算公式
结果
一段
入口温度
T11
K
实测
入口压力
P11
MPa
实测
出口温度
T12
K
实测
出口压力
P12
MPa
实测
入口流量
V1
m3/min
实测
压缩比
ε1
---
算式（10）
多变指数
m1
---
算式（11）
有效功率
Nu1
kW
算式（12）
二段
入口温度
T21
K
实测
入口压力
P21
MPa
实测
出口温度
T22
K
实测
出口压力
P22
MPa
实测
入口流量
V2
m3/min
实测
压缩比
ε2
---
算式（10）
多变指数
m2
---
算式（11）
有效功率
Nu2
kW
算式（12）
压缩机
总有效功率
Nu
kW
算式（13）
效率
ηy
%
算式（14）
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