节能基础知识

节能基础知识

什么是节能

节能：节能是指在满足相等需要或达到相同目的的条件下，通过加强用能管理,

采取技术上可行，经济上合理以及环境和社会可以接受的措施，减少从能源生

产到消费各个环节中的损失和浪费，提高能源利用的经济效果。

节能并不是简单的限制能源消费，以至于影响正常的生产和生活水平的提高，

其根本目的一是节约资源，杜绝浪费；二是保护环境，改善条件。

目前，国际上普遍用"能源效率"(Energyeffciency)这一词语，来替代上

世纪70年代能源危机后提出的“节能”(Energy

coservation)一词。

能源效率：减少提供同等能源服务的能源的投入。

之所以用“能源效率”来代替“节能”是由于观念的转变。早期节能的目的，

是为了通过节约和缩减来应付能源危机，现在则强调通过技术进步提高能源效

率，以增加效益，保护环境。

能源效率(能源利用效率X)

能源效率是指在利用能源资源的各项活动(从开采到终端的利用)中，所得到

的起作用的能源量与实际消耗的能源量之比。从消费的观点看，能源效率指终

端用户使用所得到的有效能源量与消耗的能源量之比。能源效率可分为开采效

率、加工和转换效率、储运效率以及终端利用效率。通常所说的“能源效率”，

指后3个环节的总效率，4个环节的效率的乘积是“能源系统总效率”，即为

终端用户提供服务的效率。

能源的分类

能源是自然界中能够直接或通过转换提供某种形式能量的物质资源，它包含在

一定条件下能够提供某种形式的能的物质或物质运动，也指可以从其获得热、

光或动力等形式的能的资源，如燃料、流水、阳光和风等。为了了解能源的特

点和相互关系，便于研究和有效的开发利用，通常将能源按不同的方式分类。

常见的能源分类方式有以下7种。

（-）

按能源的形态、特性或转换和利用的层次进行分类（世界能源委员会推荐的能

源方式）

1、

化石燃料

化石燃料又称矿物燃料，包括固体、液体和气体燃料

如泥碳、褐煤、无烟煤、油页岩等，液体如石油，天然沥青；气体燃料统称天

然气；

2、

水能

水能也称水力，是天然水流能量的总称，通常专指陆地上江合湖泊中的水流能

量。据估计，全世界水力资源蕴藏量为350000X108kwh/a（989780万吨原油，

179个大庆油田），技术可开发量为150000X108kwh/a（424192万吨原油，77

个大庆油田）,经济可开发量为93500X108kwh/a（264412万吨原油,48个大

庆油田），目前，已经开发利用的水力资源约为技术可开发量的14%。中国水资

源十分丰富，理论蕴藏量为59200X108kwh/a（167414.万吨原油，30个大庆油

田），技术可开发量为19200X108kwh/a（54296万吨原油,9个大庆油田）,经

济可开发量为12600X108kwh/a（35632万吨原油，6个大庆油田），居世界第

一位，但目前利用程度不高，已经开发利用的水力资源约为技术可开发量的14%o

随着国民经济高速发展，我国能源和电力的供需矛盾越来越突出，从我国能源

资源状况来看，应确立优先开发水电的战略思想，扭转水电发展长期落后的局

面，使我国丰富的水力资源真正成为发展经济的动力。

3、

核能

核能包括重核的裂变和轻核的聚变能。轻核聚变是一种非常理想的可供人类长

期使用的潜在能源，受控热核聚变是当前科学界正积极研究的一项重大课题，

它的成功将为人类找到一条有效的长期稳定的能源供应途径。

原**:1968,氢弹1968。

4、

电能

电能，又称电力，由电磁感应转换而成，也可由燃料电池由氢、煤气、天然气、

甲醇等燃料的化学能直接转化而成，或利用光生伏打效应由太阳能直接转换而

成。

燃料电池发展速度比人们原先估计快得多，将在10T5年后成为人类能源的主

宰。燃料电池利用氢和氧化学反应产生电子和热的原理，由于没有转动机件，

本身不消耗能量，没有噪音，没有排放污染，质子交换膜燃料电池发电效率达

至IJ40%,热电联产效率80%（含制氢余热回收），固体氧化物燃料电池的发电率

就可以接近70%。不仅转换效率高，供热的一部分热水是其化学反应所得，而

且既无噪音又无震动，一个30KW机组只有120KG重。燃料电池另一个优势是将

用电变成用水一样简单，由于是化学反应发电，所以可以实现“用它就有，不

用它就停”，这是其它能源设施根本无法比拟的。燃料电池不仅可以应用于热

电联产，还可以应用于汽车等各种交通工具，以及手机、航天、武器等各个领

域。人类的下一个目标是解决水制氢的问题，一旦问题得到解决，人类将会进

入氢能时代，燃料电池无疑将成为主要能源转换工具。

由于电能来源广泛，可以方便的由各种一次能源转化而来，又可方便的转换成

机械能、热能、光能、磁能和化学能，还可方便、经济高效地大规模、远距离

的传输和分配，且在生产、传送、使用过程中易于调控，在使用中没有污染，

已经成为人类社会迄今应用最广泛，使用最方便、最清洁的一种二次能源。

5、

太阳能

太阳能是一种清洁的，可持久供应的自然能源，资源量非常巨大，被大气层吸

收和地球表面截获的太阳能大约为目前全世界能源消费总量的20000倍。

太阳能具有以下两大特点：一是聚集性差；二是不稳定性（如受天气季节影响）

例采油二厂，

目前，太阳能的利用在许多国家还处于起步阶段，开发与利用技术有待于进一

步研究，随着科学技术的不断发展，太阳能将会被列入常规能源。

硅太阳电池的原理是科学的，技术是成熟的，关键是市场价格居高不下，太阳

光发电是21世纪科学技术的前沿阵地，世界各国的政府都支持“太阳光发电事

业。欧盟可再生能源白皮书和“起飞运动”是欧洲太阳光发电的里程碑。德国

政府的“十万个光伏屋顶计划”和德国的新的“可再生能源法”，保证私人的

太阳光发电系统用不完的电，可以上网卖给国家电力公司。美国政府的“克林

顿总统百万户太阳光发电屋顶计划”，艮旺2010年前将要为100万个美国家庭

的每一户安装3-5KW太阳光发电屋顶。日本政府在“阳光规划”执行后，2000

年又推出《新阳光规划》，对光伏屋顶系统实行强有力的补贴政策，使光伏屋顶

系统最近5年增长率为96.7%。成为目前世界光伏发电的最大市场。中国政府

以把太阳光发电列入《中国21世纪议程》，中国国家科技部也已经制定《清洁

能源规划》。

6、

生物质能

动物、植物，动物以植物为食，植物来源于太阳能，所以一切生物质能来源于

太阳能。

农村烧的柴薪（如桔杆），动物粪便。

1978年，美国科学家卡尔文培育出好儿种能提取液体燃料的植物，并因此获得

诺贝尔奖，这类被人们称作“石油草”的植物，割开表皮就会源源流出一种可

直接用作汽车燃料的白色含烧乳状液。可直接生产“燃料油的植物也被大量发

现，如巴西科学家在亚马逊河热带丛林里发现的一种名为“苦配巴”的石油树,

其汁液不需加工即可用来发动柴油机机，6个月后还可再次采油。

7、

风能

风能由太阳能辐射造成地球各部分受热不均引起，尤其应在边远、偏僻地区以

及海岛、草原上加快开展风能的利用工作。

8、

海洋能

海洋能是指蕴藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、潮流能（海流

能）、海洋温差能和海水盐度差能等。虽然早在10世纪以前人们就开始利用海

洋能，如潮汐能磨房和潮汐提水，但除潮汐能发电和小型波浪能发电外，多数

海洋能利用技术尚处于研究试验阶段，科学的开发海洋能是现代技术所要解决

的重要课题

9、

地热能

地热能是赋存于地球内部的岩石和流体中的热能。

实际上，我们现在就在利用地热能，

（二）

按形成条件分

1、

一次能源

一次能源指从自然界取得的未经任何改变或转换的能源。

按来源分按再生性分

再生能源非再生能源

太阳能原煤

水能石油

来自地球以外风能天然气

波浪能油页岩

洋流动能等油砂等

来自地球内部地热能核燃料

来自地球和其它天潮汐能

体的作用

2、

二次能源也称“次级能源”或“人工能源”，是由一次能源经过加工或转化得

到的其他种类和形式的能源。

（三）

按使用性能分类

燃料能源，非燃料能源。

（四）

按利用状况分

常规（传统）能源，是指在现有经济和技术条件下，已经大规模生产和广泛使

用的能源，如煤炭、石油、天然气、水和核裂变能

新能源：是指在新技术基础上系统开发利用的能源，新能源大多都是天然的和

可在生的。

（五）

按资源形态分

载体能源，过程能源

（六）

按对环境的影响程度分

清洁能源，非清洁能源

用太阳能直接分解水制氢和核聚变能利用的研究如果成功，则太阳上的能量和

水都会成为人类取之不尽用之不竭的清洁能源。

（七）

按流通状况分

商品能源，非商品能源

按使用状况按形成条件分

按性质分

分一次能源二次能源

原煤汽油

原油柴油

燃料能源天然气液化石油汽

生物质能酒精

常规能源火药

电

蒸汽

非燃料能源水能

热水

余热

燃料能源核燃料沼气、氢

太阳能

风能

新能源

非燃料能源地热能激光

潮汐能

海水热能

海流能

波浪能

二月份

能源的计量及其换算

按照能源的计量方式，能源计量单位可以有3种表示方法:一是用能源的实物

量来表示，例如煤的吨数，天然气的立方米数，（如报表上,原汕、天然气、原

煤、汽油、柴油）二是用热功单位来表示，例如焦耳（J）、千瓦时等；三是用

能源的当量表示，常见的如煤当量和油当量。

1、

能源的实物量单位：国际上有用桶、第等，1桶=163.654L。

2、

能量单位：

a>

焦耳(J),KJ,MJ,GJ,TJ

b、

千瓦小时(KWH)lkwh=3.6X106J,我们通常用万KWH,

c>

卡，国际蒸气表卡，1卡=4.1868焦耳

100万大卡/小时加热炉怎样折算为以国际单位表示的加热炉：

大卡二千卡

3、

当量单位

不同的能源的实物量是不能直接进行比较的。由于各种能源都有一种共同的属

性，即含有能量，且在一定条件下都可以转化为热。为了便于对各种能源进行

计算、对比和分析，我们可以首先选定某种统一的标准燃料作为计算依据，然

后用各种能源实际含热值与标准燃料热值相比，即能源折算系数，计算出各种

能源折算成标准燃料的数量。所选标准燃料的计量单位即为当量单位。

a、

低位热值与高位热值

燃料燃烧会释放出一定数量的热量,单位质量(指固体或液体)或单位体积(指气

体)的燃料完全燃烧,燃烧产物冷却到燃烧前的温度是所释放出的热量

燃料热值有高位热值和低位热值两种高位热值是指燃料完全燃烧，且燃烧产物

中的水蒸气凝结成水的发热量，其数值由测量获得。低位热值是指燃料完全燃

烧，燃烧产物中水蒸气仍然以气态存在时的发热量

由于燃料大都用于燃烧，各种炉窑的排烟温度均超过水蒸汽的凝结温度，不可

能使水蒸汽中的凝结热释放出来，所以在能源利用中都以燃料的应用基低位热

值作为计算依据。

b、

当量热值与等价热值

当量热值是指某种能源本身所含的热量。具有一定品位的某种能源，当热值是

固定不变的，如汽的当量热值是42054KJ/KG,电的当量热值即是电本身热功当

量3600KJ/(KWH)o

c>

等价热值是指为了获得一个度量单位的某种二次能源或耗能工质(压缩空气、

氧气、各种水)所消耗的，以热值表示的一次能源。

d、

耗能工质是指生产过程中所消耗的，不做原料使用，也不进入产品，制取时又

需要消耗能源的工作物质。只有作为能量使用的耗能工质才具有等价热值和当

量热值。

e^

由于当量热值，实质上是除当量热值外，加上了能源转换过程中的能量损失，

因此等价热值是一个变动值,，它与能源加工转换技术有关。随着技术水平的提

高，等价热值会不断降低，而趋向于二次能源具有的能量。例如，电的等价热

值是不断变化的。我国1978年发电煤耗(标准煤)为0.429kg/(kwh),每千克

标准煤为29308kj,这时电等价热值为12573kj/(kwh),随着发电效率的不断

提高，1983年的发电煤耗(标准煤)下降为0.404kg/(kwh),表明电的等价热

值已下降为11840kj/kwho由于电的当量热值3600kj/(kwh),相当于标准煤

0.1229kg/(kwh),可见，目前我国电力的当量值与等价值相差约3倍。

f、

标准煤

标准煤（又称煤当量）是指按照标准煤的热当量值计算各种能源量时所用的综

合换算指标。标准煤迄今还没有国际公认的统一标准。1kg标准煤的热当量值,

联合国、中国、日本、西欧和前独联体诸国等大陆国家按29.3町（kcal）计算。

平均低位发热

能源名称折算标煤系数

J里^L.

原煤20934kj/kg0.7143

原油41868kj/kg1.4286

汽油43124kj/kg1.4571

柴油42705kj/kg1.5714

天然气38979kj/m31.33

3600kj/kwh,

电力0.1229,0.404

11840kj/kwh

综合能耗：规定的能耗体系在一段时间内实际消耗的各种能源实物量按规定的

计算方法和单位分别折算为一次能源后的综合

原油（气）生产综合能耗：油气田企业生产综合能耗与产液量（原油、天然气、

水之和）的比值。

万元产值（增加值）综合能耗：企业生产综合能耗与每1万元工业总产值（增

加值）的比值。

平均设备（系统）效率：被测的某种耗能设备（系统）效率的加权平均值，用

百分数表示。

节能能力：通过技术进步和科学管理在一定时间内可节约的能源消耗量。

能源是国民经济发展的和社会的重要支柱，当今人类利用的一次能源90%是不

可再生的化石矿物资源（集中性），可再生的、洁净的和潜力巨大的太阳能以及

未来的核聚变能离大规模的实用化还有一段历程。资源的有限性和供应的过分

集中，使能源问题成为世界各国经济发展所面临的世界性问题。1973年的中东

战争，实际上就是由石油供应危机引起的，它触发了世界性的能源危机，引起

了国际社会对节约能源的高度重视，许多国家积极强化节能技术储备，并从政

策上采取鼓励措施，大力推动节能。能源资源匮乏的日本就是最早提倡全民节

能活动的国家。（四次中东战争——1967（6O5）第三次美国取代英国法国与前

苏联展开海湾争夺战——埃及（OPEC）——提高油价国家垄断——美（欧日）

遭受重大打击——凭票供应——美欧日解体）

我国未来能源的发展，主要面临两个问题：一是能源利用效率低加剧资源短缺;

二是环境问题日益突出。节能工作既节约了资源又保护了环境，还能促进经济

发展，是实现可持续发展战略目标最经济、最有效的途径。

众所周知，我国地大物博、资源丰富，能源资源总量居世界第三位。但因人口

众多，能源资源相对匮乏，人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半，特

别是石油，仅为1/10。随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，我国

能源消费必将迅速增长，能源的供需矛盾日益突出。1993年，我国开始成为石

油净进口国，专家预测，如果不考虑节能因素，到2000年，一次能源缺口将达

4.6X108—5.4X108t（标准煤）即使考虑节能因素，仍将有5X108—7义1081

（标准煤）的缺口需要靠进口能源来解决。在采用先进技术，推进节能，加速

可再生资源开发利用以及依靠市场力量优化资源配置条件下，2010年约缺能

8%,2050年将缺能24%左右，其中石油缺口可能多达4.4X108t（标准煤），届

时，能源安全问题也将提到议事日程。可见，节约能源是缓解能源供需矛盾，

保护能源资源的必然选择。

我国的人均石油资源非常匮乏，不到世界平均水平的一半，因此我国不得不从

中东和北非大量进口原油，国家最基本的能源安全难以保障，所以美国军方资

助的兰德公司称：中国的能源安全是由美国保卫的。这严重制肘了中国的持续

发展，也增加了与发达国家和其他发展中国家的利益摩擦。

从另一方面看，我国能源消费强度高，能源利用水平参差不齐，节能潜力巨大。

中国能源利用效率只有32%,比先进国家低10多个百分点；主要耗能产品单位

耗能比发达国家高25%—90%。单位产值耗能不但远高于发达国家，而且高于发

展中国家的平均水平。与此同时、国内企业的主要耗能产品的单耗，落后的与

先进的相差1一4倍。经测算，近期技术措施节能潜力约108t（标准煤），若加

上间接节能潜力，近期节能潜力约为4X108t（标准煤）。随着节能技术的发展

和我国能源总量的增加，节能潜力将逐年增加。据专家测算，2010年节能潜力

约为8X108t（标准煤），2050年节能潜力约为17X108t（标准煤）。节能工作

的实践表明：很多节能项目的投资回收期都在一年左右，而且按寿命周期成本

计算的节能投资成本仅为开发投资的1/3,效益很好，是企业降低生产成本，

提高竞争力的有效途径。

从环境保护的角度看，我国能源开发利用引起的环境污染非常严重。首先以煤

为主的能源结构，是大气污染的主要根源，也是温室气体的主要排放源，而我

国是世界环境与发展大会《气候变化框架公约》的签字国，对温室气体排放承

担着国际义务；其次，能源利用效率低，大量燃料仍然不能合理和有效的利用，

增加了污染物的排放，加重了对环境的压力；再次，农村居民的生活燃料仍然

依靠柴薪和秸杆，过度消耗生物质能造成生态环境恶化。由于环境污染主要来

源于能源的开发利用，节约能源既是解决环境问题最现实、最经济的途径。

我国政府十分重视节能工作，1980年确定了“发与节约并重，近期把节约放在优

先地位”的能源方针，1986年发布了《〈节约能源管理暂行条例＞＞。党的十五大

提出“源开发和节约并举，把节约发在首位，提高资源利用效率"。八界**四

次会议批准的“九五”计划和2010年远景目标纲要中指出：能源工业要“坚持

节约与开发并举，把节约放在首位”。1997年11月1号，〈〈中华人民共和国

节约能源法〉〉的公布表明，我国的节能工作已纳入法制化轨道。随着我国经济

体制从传统的计划经济体制向社会主义市场经济体制转变，经济增长方式从粗

放型向节约型转变，节能已成为国家发展经济的一项长远战略方针。

节约能源是石油企业挖潜增效的重要措施

首先，石油企业既是能源生产企业，又是能源消耗大大户，能源消费在企业成

本中占有相当比重，如油气生产能源消耗费用占油气生产成本的20%左右，原

油加工能源消耗费用占加工成本的30%左右，输油生产能源消耗费用约占生产

成本的50%o由于能源利用状况与企业的生产组织方式、管理水平、能耗结构

等密切相关，管理水平的提高、科学技术的进步都能有效地降低企业的能源消

耗。可见，能源费用是企业生产成本中重要的可控部分，降低单位产品的能源

消耗是企业能否有效控制生产成本的重要因素。近机年来，随着改革开放的不

断深入，我国能源价格正以每年15%--20%的上涨速度逐步向国际市场靠拢，用

能企业的低价优势正在消失，成本压力明显增大。在今后相当长的时间里，供

需矛盾的发展决定着能源价格上调是经济发展的必然，企业的能源消耗在企业

产品成本中的重要位置将明显得更加突出。其次，国家对环境保护管理力度正

在不断加大，石油企业用于环保的投资将逐步增多。降低能耗不仅可以减少工

业污染，具有明显社会效益，而且可以降低企业治理工业污染的费用，对企业

自身也有着直接经济效益。再次，随着国内市场的不断规范以及同国际市场的

逐步接轨，石油企业在激烈的市场竞争中通过国家政策和地区保护而获得较好

经济效益的机会越来越少，只有在搞好企业市场营销管理的同时强化企业的内

部管理，按照市场的要求优化企业产品的生产成本，优化企业的成本结构，从

而提高企业在市场经济中的竞争能力。

近几年来的统计资料和节能调研表明，石油企业采用的大部分节能措施投资少,

见效快，投资回收期短，投入产出比高。如1997年，原石油天然气总公司建成

每吨标准煤所需投资为465元，投资回收期不到11个月，投入产出比超过L

7o而且，按现有节能措施预计的节能潜力大，据测算“九五”后三年潜力为

200X108T（标准煤），节约能源上企业降低成本经济有效的措施。

三月份

石油工业节能涉及的基本概念

节能量

节能量是指一定时期内节约和少用的能源数量，包括由于提高管理水平和技术

水平，使单位产品(或产值)能源消耗量下降直接节约的能源数量，以及由于

调整产业结构、产品结构等，使单位产值能源消耗量下降，而少用的间接节约

能源数量。节能量是评价和考核节能工作好坏的重要指标。计算公式为

△E=(EJ-EB)GB

(1—1)

△E-—节能量

EJ一基期单位产品(或产值)能耗：

EB一报告期单位产品(或产值)能耗：

GB一报告期单位产品(或产值)。

计算结果，正值为节约，负值为超耗。

节能量可根据形成节能量的各种因素分别进行计算，如直接节能量、间接节能

量，也可计算结构节能量及某项技术措施的节能量等。石油企业技术措施的节

能量是石汕企业节能工作成果的直接反映，根据技术措施的不同特点及计算依

据的不同采集方式，采用3种方法计算。

以单耗降低为依据计算节能量：

△E=(eq-eh)GH

(1—2)

式中—节电量；

eq-技术措施前单耗；

eh

-技术措施后单耗；

GH一

技术措施后的产量、工作量。

以效率提高后依据计算节能量：

△E=Eh(nh/nq-1)

能源弹性

1)能源需求弹性

影响能源需求弹性因素主要表现在以下4个方面：

能源价格的变化。

能源有效利用程度的变化。

经济结构和产品结构的变化。

可替代能源的开发利用。

2)能源消费弹性系数

能源消费弹性系数是指某个计算时期内能源消费量年均增长率与国民经济年均

增长率之比。它反映能源与经济增长的相互关系，其计算公式为

能源消费量年均增长率

能源消费弹性系数=

国民经济年均增长率

式中，国民经济年均增长率通常采用国民生产总值、国内生产总值、国民收入、

社会总产值或工农业总产值的年均增长率来表示。

节能管理包括节能（能源）的计量、统计、台帐、监测（测试）、定额、标准、

审计、经济运行（优化运行）、经济评价等等。

节能技术政策

1、节能技术政策是在特定区域和时期内节能技术应达到的目标、水平和途径的

政策规定。

2、《中国节能技术政策大纲》主要内容包括：能源资源优化配置和利用，工业

窑炉、锅炉及其他用能设备更新改造，提高供热系统效率，工业炉窑余热利用,

回收工业生产中放散可燃气体，能源替代技术，开发推广节能新材料加强计量、

控制和科学管理，主要耗能行业工艺节能。

石油工业技术节能途径

1）、用能工艺设备，采用节能的生产方法、工艺流程和装备。

2）、改进操作，提高技术水平

技术操作水平的高低是影响能源的一个重要因素，工业锅炉的热工操作尤其如

此，改进操作，进行技术攻关，使热工设备在最佳工况下运行，便可取得明显

节能效果。

3）、大力回收利用放空可燃气体

近儿年来，炼化企业回收利用火炬气取得显著成效。但在新油田开发过程中，

还有相当数量的天然气在放空，老油田开采也存在同样问题，如何利用好放散

天然气是节能降耗的重大课题。

4）能量梯级利用

能量梯级利用包括两个方面的内容：一是合理用能，即符合“按质用能”的原

则，在保证经济性的前提下，尽量缩小该供需能级差，包括采取必要的先进技

术，以获得能量的最佳工程效用。能量梯级利用一般遵循先动力利用后工艺利

用，先高温热机作功后低温热机作功，先工业利用高、中温余热，后生活利用

低温余热。

按照能量系统优化利用的原则，对能耗高的装置、企业进行整体改造，实现梯

级用能、合理用能，是老企业实现新的经济增长的一条重要途径。

5）、回收利用余能资源

能量利用过程中会有一部分能量要损失掉，在损失的能量中，可以回I收利用，

甚至多次重复利用的部分称为余能资源。

余能回收利用应遵循三条原则，一是减少余能的产出；二是要优先考虑在本工

序和本设备上的利用；三是要综合考虑、全面考虑、全面规划，以选择最佳余

能利用方案

6）、加强绝热保温，减少热量散失

加强用热设备及传输系统的绝热保温是节能的有效办法。近年来推广的钻井电

热保温技术，热力管道、输油管道、油罐等采用岩棉等等新型高效保温材料，

较好地减少了热量损失。

四月份

石油企业节能技术发展

石汕企业的节能工作也是从无到有、从点到面、由浅入深，逐步发展起来的。

从20世纪70年代末、80年代初到现在，石油企业节能技术的发展主要经历了

四个发展阶段：

“六五”期间的初步开展阶段，主要是对单体设备、单项工艺进行节能技术改

造，并研制出一些高效的专用耗能设备。

“七五”期间的系统提高阶段，不仅注意提高单体设备的运行效率，而且注重

提高整体系统的经济运行水平。如原石油天然气总公司组织了“油气集输低耗

节能配套技术”等多个课题的攻关研究，开展了提高注水、输汕、机械采油、

供用热等主要生产系统能源利用效率的技术改造。

“八五”期间的配套发展阶段，综合考虑各耗

能系统及节能技术之间的相互关系，大面积推广先进成熟的节能工艺和节能技

术装备，引入分析技术，实行能量梯阶利用，大力回收利用余热余压。

“九五”期间的重点攻关阶段，针对节能中的重点问题和关键技术，开展科研

攻关。如原石油天然气总公司进行的“油田开发后期系统改造及节能降耗技术

研究”，就是要攻克高效抽油机技术，高效油水分离技术，高压大容量电机调

速技术，以及节油代油、高效换热及清洁燃烧技术。

石油企业节能技术现状

机械采油系统节能技术

异型游梁式、异相曲柄平衡式、翻转驴头式、偏转游梁式、矮式及链条直线往

复式抽油机等多种形式的新型抽油机被优选推广应用于不同生产条件，平均节

能率达20%左右。超高转差电机、电磁调速电机、枷铁硼永磁电机、1140V和

660V电压等级、多功能节电箱、空载启动冲次可调装置、窄V联组皮带、石墨

调心盘根盒以及玻璃钢抽油杆、电热抽油杆、滚轮接箍和高效抽油泵等技术针

对抽油机特殊工况，具有良好的配套推广前景。经过多年努力，抽汕机井系统

的平均运行效率已从“六五”的18%上升到26%。

供水、注水、输油系统节能技术

应用三元流动理论研制的注水泵、输汕泵比原来的高效泵提高效率2%—5%；为

了解决泵管不匹配造成的阀门严重节流问题，输油、供水系统应用了大量的调

速技术，其中，串级调速装置、液力耦合器、滑差离合器等主要应用在长输管

道输油泵上；电压为380V的油水泵上几乎全部采用变频调速，并实施闭环控制;

往复式注水泵采用变频调速装置取得了消除回流的效果；高压变频技术只在少

数油水泵上试用，高压大容量离心式注水泵的调速技术正在研究和试验，是节

能正待开发的一个领域。另外，注水系统的优化启动方案软件，运行参数的微

机巡控；集输系统中的油气水三相分离，加降粘剂不加热集输；长输管道上的

先炉后泵、清管除蜡、降粘减阻等配套技术的开发利用，提高了整个系统的经

济运行水平。

供热、用热系统节能技术

石油工业专用的加热炉及井口小型炉经过不断改进，并采用高效传热元件和高

效保温材料，设计炉分别达到85%和80%以上；引进消化国外技术研制的热媒炉

应用于长输管道，效率达90%左右。在燃油、燃气炉上，高效燃烧器和燃油掺

水乳化燃烧技术得到了推广应用；在燃煤锅炉上开发应用了分层燃烧、煤粉燃

烧、水媒浆和燃煤添加剂等高效洁净燃烧技术；辐射采暖器为高大空间采暖提

供了新的节能技术；区域集中供热优化技术为供用热系统的整体优化设计提供

了技术手段；以气代油、以煤代油、以渣油和超稠油代替原油作为燃料的技术

改造，改进了燃料经济结构。目前，如何保持加热炉长期高效运行是需要研究

的重点。

供电、用电系统节能技术

“汕田电网优化运行计算机辅助管理系统”、“油田电网微机监测系统”，与

节能变压器、高低压无功自补偿装置等硬件设备共同形成了一套优化运行技术;

1000KW.6KV自动跟踪补偿同步电机为油田6KV线路的优化补偿提供了新的技

术；部分油田和炼油厂实施的热电联产，实现了能量梯级利用；电力资源综合

规划和需求侧管理技术在油田的应用，提高了油田电力资源综合利用效益。

油气降耗回收利用技术

油气密闭集输、天然气回收处理技术的发展和推广应用减少了油气集输过程中

的损耗；大罐收气术和

小型撬装式轻烧回收装置已研制成功并开始推广；天然气发动机实现系列化，

为利用放散天然气发电和直接拖动抽油机提供了各种产品；压缩天然气和液化

石油气卡车技术通过引进和消化，逐步实现了国产化；火炬自动点火装置及配

套技术的开发应用为天然气处理厂熄灭火炬创造条件。

余能向收利用技术和新能源的开发利用

主要包括应用热管技术，回收炼厂加热炉、油田锅炉和钻井柴油机烟气余热取

得好效果；利用天然气余压发电的透平发电机已开发出系列产品；热泵技术应

用于油田污水余热的研究取得阶段性成果；地热能和太阳能的开发利用不仅取

得了很好的经济效益，而且社会效益明显。

五月份

锅炉、加热炉节能技术

(-)

锅炉、加热炉基本知识

1、

加热炉表示形式

按基本结构分为两大类，既火筒加热炉和管式加热炉。

火筒加热炉分为：

1)

火筒直接加热炉

2)

火筒间接加热炉

管式加热炉分为：

1)

立式圆筒管式加热炉

2)

卧式圆筒管式加热炉

3)

卧式异型管式加热炉

按加热介质种类分：

1)原油加热炉；

2)

井产物加热炉

3)

生产用水加热炉

4)

天然气加热炉

按燃料种类分：

1)

燃气加热炉

2)

燃油加热炉

3)

燃汕燃气加热炉

加热炉产品型号由三部分组成。各部门之间用短横线相连。型号的第一部分表

示加热炉基本结构型式和额定热负荷，共分两段；第一段用汉语拼音字母代表

加热炉的基本结构型式，见表1,第二段用阿拉伯数字表示加热炉额定热负荷

为若干千瓦。两段连续书写互相连接。

表1

加热炉的基本结构型式代号

型号第二部分分为两段，其间以斜线相隔。第一段用汉语拼音字母代表被加热

介质种类，见表2；第二段用阿拉伯数字表示盘管或炉管设计压力为若干兆帕;

火筒直接加热炉第二段不表示。

表2

被加热介质代号

型号第三部分由两段组成：第一段用汉语拼音字母代表被加热介质种类，见表

3；第二段用阿拉伯数字表示设计次序，第一次设计不表示。两段连续书写，互

相衔接。

表3

燃料

例如：额定热负荷为1000KW,被加热介质为原汕，炉管设计压力为2.5兆帕,

燃料为天然气的火筒间接加热炉标记为:HJ1000-Y/2.5-Q。又如：额定负荷为

2500KW,被加热介质为含水原油，炉管设计压力为4.OMpa,燃料为油气两用的

卧式圆筒形管式加热炉标记为：GW2500-SY/4.O-YQ加热炉。

2、锅炉、加热炉热损失

1)、排烟损失

一般情况下，排烟温度每提高产量12—15℃,将使排烟损失提高1%。

过剩空气系数对锅炉燃烧和热效率影响很大。系数过低使不完全燃烧热损失加

大，过高使烟气量和排烟热损失加大，并使炉膛温度降低，燃烧条件恶化，从

而使不完全燃烧热损失加大。国家规定燃气锅炉过剩空气系数为1.05-1.15,

燃油锅炉为1.1-1.2o

2)、气体不完全燃烧热损失

由于部分一氧化碳、氢、甲烷等可燃气体未完全燃烧放热随烟气排出所造成的

损失。

引起气体不完全燃烧热损失的主要因素有：

(1).

燃烧过程中的过剩空气不足

(2).

空气与可燃气体混合不充分。

(3).

炉膛温度过低。

(4).

炉膛容积不合适。

3)、散热损失

2、

锅炉、加热炉节能技术

1）、改善炉子燃烧节能技术

2）、加强保温节能技术

3）减少排烟损失节能技术

高效节能燃烧器

进口燃烧器（意大力百得、奥林匹亚等），等都是自动控制，段火燃烧器，在设

计控制系统时采用PLC控制技术，把火量分段控制，将各种安全与调节控制信

号都输入到PLC中，使PLC能准确判断各种状态，当PLC接到运行命令后，控

制各元件自动完成点火、升温、调节及保护、等各项功能。

变频燃烧器：被控炉窑温度（压力）与燃气量和进风量的调节呈连续控制系统,

当被控参数发生微小变化时，整套系统都会在自动状态下做同步的微量调整，

使空气过剩系数能稳定的控制在1.1-L2之间，从而确保炉窑呈稳定经济的运

行状态，即：炉窑的燃烧状态不受外界因素干扰,始终保持在用户要求的最佳点.

燃料添加剂节能技术

乳化剂主要作用机理

1）、分散焦炭状物质、沥青及油渣

2）、二次雾化的微爆效果

3）、水分子热辐射作用、水煤气反映的化学作用、水蒸气催化剂作用。

膜法富氧助燃节能技术

概述

膜法富氧助燃技术是当今世界竞相发展的新技术，被国家列为重点公关项目。

中科院大连化学物理研究所研发的“LTV—PS富膜”，于1988年通过了由中科

院和北京市人民政府联合组织的技术鉴定，并被确定为国家新技术推广项目。

目前，已广泛用于石油、化工、电子、冶金、医疗、玻璃仪器制造和环境保护

等领域，该技术被认为是一种先进、经济、高效、节能、低资源消耗的洁净技

术。

技术原理

膜法富氧助燃节能技术是一个技术体系，主要包括膜法富氧气体分离技术、富

氧发生器以及用于生产实践的富氧助燃装置等。膜法富氧气体分离技术，是把

一种气体通过采取相应的措施，使之分离、富集、浓缩、纯化和净化，来满足

生产需要的一种高新技术。一般来讲，一切气体对所有高分子膜，在一定压力

下都具有渗透通过能力，其过程是：气体分子首先被吸附并溶解于膜的高压侧

表面，然后向膜的低压侧表面渗透、扩散再分离解吸出来，即所谓的“溶解一

扩散一解吸”机理。依据上述原理，借助空气中各元素在膜中渗透能力（从大

到小依次为H2、He、C02、0、Ar、CO、CH4、N2）不同这一特性,根据需要选

择适当的膜，制成专一富集“某”种气体的发生器。富氧发生器只是其中的一

种应用，它是专为提高空气中氧气浓度而设计的装置。首先把“富氧膜”制成

膜组件，再根据不同富氧空气需要量，选用适当数量膜组件，组装成富氧空气

量大小不一的膜法富氧发生器。而富氧助燃装置：是把膜法富氧发生器与加热

炉（或锅炉、炉窑）燃烧器结合在一起，给炉膛进行局部有效增氧助燃等多项

技术的综合，它包括膜法富氧发生器、富氧空气喷嘴、工艺管汇等。

技术特点

提高火焰温度，增加热量利用率

由于富氧空气的参与，氮气含量相对减少，相应减少废气吸热量。据有关资料

介绍，火焰温度随空气中氧气含量的增加而显著提高，当使用一般空气炉膛加

热温度为1300℃时，可以利用的热量仅为42%,而用28%最佳经济浓度的富氧

空气进行助燃时，可利用的热量高达56%,热量利用率提高了33%0给炉膛局部

增加富氧空气，目的就是集中提高该燃烧区空气中氧气浓度百分比，达到提高

炉膛火焰温度和热量利用率的目的。

改进燃烧，减少污染

燃料在一般空气与在纯氧中燃烧速度相差很大，如天然气在纯氧中比在空气中

的燃烧速度高达10.7倍，因此富氧助燃，不仅提高燃烧强度，还能加快燃烧速

度，更有利于燃烧反应完全，可以改善排烟质量，减少未燃物质对环境的污染。

降低燃料点燃温度、增加热量释放

燃料的燃点温度在一定条件下不是常数。如C0在空气中为609℃,而在纯氧中

仅为388℃。富氧助燃就是利用这一现象，将少量的富氧空气，集中地供给火

嘴燃料刚刚雾化（或气体燃料刚刚气化）喷出点燃部位，使该区氧气量骤然增

加，可以起到降低燃料点燃温度，提前点燃，相对延长燃料在炉膛中燃烧时间，

增加燃料释放热量的作用。

降低空气过剩系数，增加热量利用率

炉膛燃烧完全，降低了空气过剩系数。据有关资料介绍：日本节能中心在工业

炉窑节能措施中，着重于降低空气过剩系数研究，他们在一台热处理炉中经多

次试验，将空气过剩系数从1.7降到1.2,降低29.4%,平均节能达13.3%o

汕田应用膜法富氧助燃技术的范例

大港油田分公司从1999年开始在大港油田孔大站、羊大站、外输站和港骅公司

使用膜法富氧助燃技术，该技术通过膜法富氧发生器，利用水循环真空泵形成

负压，经过一级分离可以把氧气浓度提高到30%以上（做助燃用的最佳经济浓

度为28%）,单套装置富氧发生量可达10000Nm3/ho在含氧量由21%增加到28%

后，加热炉供热温度比安装富氧装置前平均提高了2.5%；空气过剩系数平均降

低了12.5%；炉效平均提高了3.5%,燃料节约率平均为IL93%O

减少排烟热损失：

加大加热炉的受热面：（CWN加热炉）

1、

变径炉胆。通常加热炉和锅壳式锅炉的炉胆为平炉胆或波型炉胆，且直径一般

为800—900mm左右，炉胆的直径是不变的，炉胆可分为单炉胆或双炉胆，双炉

胆是两个直径相同的炉胆并联布置。该加热炉为大、小两个炉胆.，大炉胆再前,

小炉胆在后，成偏心串联布置。大炉胆具有足够空间可供燃料完全燃烧，炉膛

容热强度和炉膛堂表面热负荷较低，这对消除炉胆壁面过热变形极为有利。小

炉胆为粗烟管。这种变径炉胆是该加热炉结构独到新颖之处。

2、

热工上的设计使受热均匀，排烟不受阻力。

3、

集中膨胀。轴向，横向上均能吸收膨胀。

真空加热炉

该炉工作原理为：利用燃烧产生的热烟气经过火筒和烟管，热量被浸泡火筒的

吸收而沸腾，产生蒸汽，蒸气经过介质盘管把热量传递给介质后冷凝成水，水

又落下，再次被加热成蒸汽，如此往复形成热平衡状态；由于蒸气的冷凝，使

炉体内形成真空状态，产生负压（相变传热）

远红外线涂料在加热炉上的应用

根据实际运行测试结果证明，远红外线节能涂料是吸热，高传导的节能产品，

它集中吸热能力强，对物体起着辐射热传导的作用，通过应用剖析远红外线节

能剂涂料，将有效热能集中吸收传导利用，可在较短的时间内提高需要升温的

介质温度，降低加热炉的排烟温度和散热损失，减少燃料用量，有效地提高了

炉效，经测试证明，节能率在5%以上，我们认为远红外线涂料，是根据黑子吸

热的基本原理研制而成的。

回收烟气余热(一种比较先进的余热回收技术无机传热技术)

(-)

无机热传导热管工作原理及技术特点：

六十年代，在密闭真空腔内以液体为工质进行热传导的“热管”元件的发明，

使热能进行远距离传导并实现高效率转换成为可能。八十年代末我国科学家发

明了以无机元素作为导热工质来实现热传导的新型传热元件——无机热传导元

件，它克服了常规热管元件存在的高温爆管及载体材料与其内部工质材料不相

容产生不凝气的弊病，使元件的传热速度与热交换能力在原基础上有明显提高,

同时实现了传热元件的儿何形状的多样化及微型化，使传热元件的应用领域得

到进一步拓展。

无机热传导技术是以无机元素为介质，将其注入到金属管内，经密封后成型。

无机热传导元件将热量由一端向另一端快速传递，在整个传热过程中，元件的

表面呈现出热阻趋于零的特性。无机热传导元件，通过其传热媒介——无机导

热介质受热后利用分子震荡、摩擦将热能成波状进行激发并快速传递。

无机热传导元件启动迅速，传热速度快，自元件一端加热数秒钟就可将热量传

递到另一端；均温性好，沿传热元件轴向温差趋于零；热阻小，当量导热系数

为3.2X10W/m℃,是白银的7000余倍；传热能力大，轴向热流密度

8.6X106W/m2,径向热流密度45X103W/m2；适应温度范围广，在-60—1000℃

之间；相容性好；操作压力低等。

（二）

无机热传导热管余热回收装置的技术特点

1、

流动阻力小。无机热传导热管设备的介质均走管外，无需多程往返，且流程短

降低了流动阻力。

2、

不易积灰，不易堵塞。设计时介质流速调整到自清灰流速以上。

3、

应用范围广，可适用于气一气（汽）、气一液或液一液多种介质换热，对气一气

（汽）、气一液换热具有明显优势。

4、

机构紧凑，由于冷热流体均在传热元件外部换热，两侧均可设置密集的扩展换

热面，设备体积小，重量轻，特别适于安装空间有限的设备改造工程。

5、

不易腐蚀。由于露点腐蚀都发生在烟气侧温度低于露点温度处，热管式换热装

置不易发生露点腐蚀的原因一方面是由于烟气集中在热端，冷端无烟气；另一

方面由于热管内的工质温度高，两方面决定了热管换热器不易发生低温露点腐

蚀。

6、

维修方便。导热元件之间彼此独立工作，而该换热器可设计为侧面可开式，侧

面打开后可将导热元件抽出O

7、

传热系数高。当量传热系数K比列管式换热器提高5-10倍。

（三）

石汕企业应用范例：

2000年1月石油管道分公司在加热炉上应用无机热传导空气预热器，烟气温度

由250℃降到了215℃,热效率提高了5%,年节约原油130吨。

胜利油田滨南采油厂6台150X104大卡水套式原油加热炉燃用重油，采用蒸汽

雾化。燃料加热和雾化用蒸汽及加热站冬季取暖均采用外来蒸汽。加热炉在额

定负荷运行时，排烟温度为260—280℃,具有一定的可利用余热。采用无机传

热余热锅炉回收烟气余热，产生0.4Mpa低压蒸气，用于燃料油加热和站区取暖,

配合燃烧器改用机械雾化方式，取消由外部供应的蒸汽。每台加热炉的余热锅

炉可产生蒸汽120kg/h,节省燃料油H.5kg/ho

锅炉、加热炉自动化控制-

锅炉、加热炉自动化控制的重要性

在油气田及长输管道的生产中，为保证生产的正常运行，要求生产物流必须达

到一定的工艺温度。目前加热炉燃料的输入量由人工调节阀给定。由于生产过

程中存在着随机因素以及人力操作管理条件的局限性，影响加热炉运行的稳定。

为保证生产过程的正常运行，允许加热炉输出物流的实际温度超出工艺温度的

范围比较大，一般为5-8度。如果将加热炉输出物流的实际温度超出工艺温度

的差值所含的热能定义为无功热能。那么加热炉输出的无功热能不是必需的，

因此是一种能量损失。无功热能在加热炉的能耗中占很大比例，管理不善的加

热炉可能达到40%以上。

另外，过剩空气系数a对锅炉燃烧和热效率影响很大。a过低，使不完全燃

烧热损失增大。a过高，则使烟气量和排烟热损失加大，并使炉膛温度降低，

燃烧条件恶化，从而使不完全燃烧热损失加大。过剩空气系数a在最佳值时，

上述的热损失为最小。可以采用氧化错氧量计等烟气分析仪表，与送风部分组

成闭环控制系统，实现运行测控，及时调整送风量，使锅炉燃烧工况达到理想

状态。

在运行中由于结垢的影响高效炉的效率也会逐年下降。另外，为保证正常生产

加热炉提供的热量一般大于工艺要求温度所提供热量，高出部分实际是无功损

耗，造成很多能源浪费。

目前全公司应用锅炉全自动控制技术的只有乾安采油厂联合站、二厂联合站。

其中二厂联合站2000年应用此技术后年节汕315吨，节电21338KWh取得了很

好的效果。

防止锅炉结垢水垢的导热系数约为钢板的l/50-l/30o经测定锅炉受热面上结

垢厚1mm,锅炉燃料消耗要增加2%-3%；结垢厚度2mm,燃料消耗要增加5%-6%。

过厚的水垢还会使火焰接触的钢板温度局部过高，许用应力下降。

六月份

离心泵节能技术

第一节

离心泵的能量损失

1、

水力损失

离心泵的水力损失是指液体流经叶轮、导叶等水力部件所产生的冲击损失、旋

涡损失、摩擦损失及其他能量损失的总和。

1）、阻力损失

阻力损失指液体在道部分的沿程阻力损失及局部阻力损失。它主要与泵内流道

部分的表面粗糙度、流道形状和液体的粘度有关。

2）、冲击损失

冲击损失是指液体进入叶轮和导叶时，与叶片发生冲击而引起的能量损失。它

主要与叶片进入流道时的方向和流量有关。

3）、摩擦损失

由于液体粘性，在贴近流道壁的地方，流速最小；而在中间的主流中，流速最

大，这样就可以将液流分成许多层，而层和层之间速度各不相同，于是产生了

磨擦效应，造成摩擦损失。

4）、尾迹损失

由于叶片尾缘总有一定厚度，当液体从流道中流出时，流通面积突然扩大，因

而在叶片尾部形成了充满旋涡的液流，它被成为尾迹或尾流。尾迹区内液流的

速度和压力与主流区内的速度和压力相差很大。它们之间互相影响、混合，造

成能量损失。

2、

容积损失

离心泵的容积损失主要是由于高压液体在泵内窜流和向泵外漏失引起的。一部

分高压液体经过叶轮与泵壳密封环之间的间隙，窜向进口低压区；还有一部分

液体经轴与泵壳的轴封装置外漏，从而使实际流量降低。通常泵内窜流造成的

容积损失较大，是主要的，而轴封装置处的漏失量较小，一般可略去不计

3、

机械损失

离心泵的机械损失是指液轮盖板两侧面与液体之间的摩擦损失，以及泵轴在密

封环装置、轴承等机件间旋转时的摩擦损失。圆盘损失往往是主要的。

第二节

离心泵的调速运行

离心泵调速原理：液力偶合器

(-)

液力偶合器工作原理是：

偶合器腔内冲入一定量的工作液，工作轮泵轮从电动机上获得机械能，并转化

为液体能推动涡轮旋转，涡轮把液体能转化为机械能。通过轴输出带动泵工作,

周而复始，实现了从电机到注水泵的能量传递。

液力偶合器配备自动调节器，外界负荷的变化使调节器带动液力偶合器的电动

执行机构控制液力偶合器内导管开度，从而改变工作腔中工作液的充满度，在

电动机转速不变的情况下，实现对工作机的无机调速，变化输出功率的大小，

从而改变给水泵的输出流量。这样一来就实现了泵的流量的自我调节。

（二）

液力偶合器特点：

由于液力偶合器的能量传输过程是非机械式柔性传输的，所以具备以下优点：

1、

结构简单、可靠，无机械磨损；拆装方便。

2、

可以空载启动电机，故可选用经济的电动机及电控设备，减少了启动电流和启

动时间；

3、

隔离扭振，减缓冲击，放置动力过载。异常情况下电机不停，可以将泵转速降

为零，从而保护电机和泵不会因为过载而损坏。

4、

由于实现了流量的自我调节，增加了注水系统压力稳定性，同时也避免了不必

要的功率损失，即安全又经济。

5、

工作平稳。可以平稳的启动、加速、减速、停止。

6、

无机械磨损。因为泵轮和涡轮间无直接的机械接触，故工作可靠，能长期无检

修运行，寿命长。

7、

便于控制。液力偶合器是无级调速，故便于实现自动控制，适用于各伺服系统。

8、

节能。与阀门节流调节相比较，节能效果显著。

由于液力偶合器具有以上优点，所以目前已被国内大型水泵厂广泛采用，而且

为满足用户节能需求，液力偶合器已被作为大型水泵的标准配置。另外需要指

出的是相对于高压变频器高昂的价格，在投资回报率上液力偶合器有着绝对优

势

缺点：

1）、不适于原动机转速较低场合否则造价增加，并且调速延迟时间增加，不适

应处理紧急事故要求。

2）、大功率液力偶合器设备复杂

3）、液力偶合器一旦发生故障，泵也不能继续工作。

1、

液力调速离合器

主要性能：

1）、恒转矩传递

2）、调速范围宽

3）、调节效率等于传动比

4）、传动时的转差损失功率随传动比变化

5）、冷却散热方式较好

6）、工作寿命长

2、

电磁转差离合器

3、

变频调速优缺点：

1)

调速效率高、

2)

调速范围宽

3)

机械特性较硬

4)

发生故障可退出运行

5)

能兼作启动设备

缺点：

1)

高压变频初期投资较高

2)

变频器输出的电流或电压的波形为非正弦波而产生的高次谐波，会对电动机及

电源产生种种不良影响。

七月份

机采系统节能

1、

游梁式抽油机应用普通异步电机的运行工况

游梁式抽油机通常主要由游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、电动机和辅助装置等

四大部分组成。工作时.，电动机的高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴,

带动曲柄作低速旋转。曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动，游梁上的悬

点带动抽油杆做上下往复运动。由于悬点载荷和平衡的周期性变化，造成曲柄

轴上扭矩作周期性变化（见图1）。

悬点载荷和平衡在曲柄轴上造成的扭矩与电动机输给曲柄轴的扭矩相平衡，电

动机功率与传到减速箱从动轴(曲柄轴)上的扭矩关系为：

M=9549Nn/n

-------(1)

M——传至曲柄轴上的扭矩，牛•米；

N——电动机功率，千瓦；

n---曲柄轴转数(冲数)，转/分；

H——传动效率

由式(1)就可得到根据曲柄轴的扭矩确定所

需要的电机功率的计算公式；

N=Mn/9549n

--------(2)

当转数n和传动效率n衡定时

N=aM

--------(3)

a---常数(a=n/9549H)

由于电机输出功率和曲柄轴扭矩呈线性关系，那末，可以认为电机输出功率曲

线与曲柄轴扭矩曲线形状相同，由式(3)：

Nw=aMw

Nw―电机正常运转时最大输出功率，千瓦

正常运转时，电机输出功率在。到Nw之间波动。

但是考虑到起动、作业、调参、碰泵、调防冲距等操作、以及不平衡等因素影

响，电机选用功率要留有很大裕量，由式(3)：

Nr=aMax(Ml,M2)

Nr——电机额定功率，千瓦

其结果势必导致电机经常工作在特性曲线的轻载区域(见图2),从该图可以看

出普通异步电机在轻载时效率和功率因数较低，电机运行的经济性较差。流过

线路的无功电流相对较大，网损较大。

2、

扶余油田抽油机井驱动电机运行状况及配电线路现状

整个扶余油田平均泵径为39.2cm,平均冲程1.48m,平均冲数6.6次。平均液

体密度0.96千克/米3,平均动液面深度345m,平均泵效39%

由下面经验公式：

Nr=0.0409nD2snPIL(0.355+n)KX10-3

--------(4)

Nr

--------电机额定功率，千瓦；

D

泵径，米；

s

------光杆冲程，米；

n

------冲数，次/分；

P1

油汲液体密度，千克/米3

L

动液面深度，米

n

------泵效；

K

------形状系数，与平衡状况有关，为1.2〜3.4,平衡时取1.2,严重不平衡时

取3.4,本文取3.4；

电机平均功率：

Nra=O.0409XnX0.03922X1.48X6.6X0.96X345X(0.355+0.39)KX10-3=1

.6KW

平均负荷率为：

1.6/5.5=29%

以采油三厂22-23和22-26变压器平台为例，22-23变压器平台共有抽油机井

37□,22-26变压器平台共有抽油机井油口,配用电机全部为5.5千瓦Y系列

和J02系列电机，实测有功功率机-23平台为67.61KW,22-26平台为68.51KW,

那末实际平均负荷率为：

(67.61+68.51)/[(41+37)X5.5]=31.73%

无功损耗大，占用变压器容量大，22-23变压器平台占用容量为：

(68,512+47.152)1/2=83.20kva

22-26变压器平台占用容量为：

(67.612+96.542)1/2=117.86kva

在油水井小修作业时，由于作业机起停频繁，对电网冲击非常大，经常有停井

现象发生影响产量。

3、

稀土永磁同步电机性能特点及应用效果

所谓稀土电机就是在转子体内应用了稀土钻铁硼磁钢（NdFeB）,以磁钢的固有

磁场作为励磁源，转子本身不再需要励磁，减少了电动机的励磁损耗，所以稀

土电机空载损耗小，经测试空载电流10<5%（异步电机的10=20—35%）。稀上

电机是异步启动同步运行，因而没有异步电动机的转差功率损耗，功率因数

C0S6和电机效率H较高，比Y系列电机相应规格高20%左右。其中额定效率

提高5—10%,COS<1）提高15—20%,COS4）有时可以为1甚至超前。稀土电机具

有十分良好的轻载特性，其COS0和n曲线在轻载区仍然十分平直（见图2）。

另外稀土电机过载能力也比较强，普通电机的起动转矩倍数通常在1.8-2.0之

间，而稀土电机的起动转矩倍数在2.8—3.8之间。

第二代抽油机用永磁电机在总结了第一代永磁电机的综合情况后，通过优化效

率和功率因数曲线及起动转矩倍数，完全具备了游梁式抽油机所要求的特性，

在电机轻载时节能效果更为明显。

2001年5月，将22-23、22-26变压器平台所带78口井全部更换为稀土永磁同

步电机，由节能监测部门对安装前后两个变压器平台进行测试，并对抽油机进

行了抽样检测，测试结果见表1、表2。

运行一年后为进一步检测稀土电机的性能稳定性，2002年8月，又对22-23变

压器平台进行了测试，并抽检了一口抽油机，见表3、表4。

实验证明应用前后，单井节电率最低为9.55%,最高可达24.06%,变压器平台

上节电效果更为明显，综合节电率达21.55%以上，同时变压器平台负荷降低，

22-23和22-26平台负荷分别由原来的52%和74%降低到36虬

效益分析：

每千瓦时电单价0.42元：

22-26平台每年节约费用：

(67.61-52.06)X24X300X0.42=47020元

同样算法22-23平台月节电效益为：47530元。

少影响产量：

年平均作业天数40天，每次作业影响井数2口，单井平均产量0.5吨，每吨油

单价1138

年效益40X2X0.511X38=45520元

4、

对稀土电机的儿点认识及进一步推广的价值

1、起动方式简单、效率高

由于永磁同步电机的工作特性曲线在轻载区域也较高，既高效区得到了展宽，

因而大大提高了整个冲程内的平均运行效率，而异步电动机轻载时的效率远低

于其额定值。因此应用稀土电机对经常处于轻载的抽油机节电效果较佳。

2、起动力矩大，过载能力强、装机功率可以降低。

稀土同步电机起动转矩倍数为2.8-3.8倍，而普通电机的起动转矩倍数为

1.8-2.0倍，稀土同步电机的起动力矩和过载能力同普通电机相比可以提高一

个功率等级，因而装机功率可以降低一个功率等级。

3、功率因数高

稀土电机的额定功率因数可达到0.98左右，轻载时还高于此值。在一定范围内

还可以起到补偿电容器的作用，进而减少补偿设备的投资和维护费用。从而保

证在整个冲程内的自然平均运行功率因数在0.9以上，由于异步电动机的平均

运行功率因数在0.4左右，因此无功节电