双燃料发动机与普通柴油机的技术经济对比分析

双燃料发动机与普通柴油机的技术经济对比分析

王虎林陈仲

【摘要】：本文件简要介绍2000型柴油/天然气双燃料发动机的技术特点，以及双燃料发动机与普通柴油机的区别，并以配备DJ40钻机动力为例，从经济效益方面对双燃料发动机与普通柴油机进行对比分析，最终为优选双燃料发动机提供依据。

【关键词】：双燃料发动机柴油机以气代油降耗减排替代率

随着世界能源需求的迅速增长，石油钻井对于新型钻井动力，特别是利用廉价、清洁、丰富的天然

气资源作为钻井动力提出迫切要求，同时随着国家对环保愈来愈重视，对节能、减排提出了更高的要

求。

“以气代油”双燃料发动机项目已经列入国家“十五”重大技术装备研制项目，经过3年攻关、研

发，已经取得长足进步，目前已经开始装备我国石油工业。双燃料发动机既能在柴油与天然气双燃料状态下工作，又能在纯柴油状态下正常工作，还能实现柴

油和双燃料之间的方便转换。运行过程中，发动机以燃烧天然气为主，柴油作为引燃燃料仅占原机柴油

量的10%－15%，运行工况下能实时控制引燃柴油量、天然气喷射量和喷射缸数，使发动机在全部运行

工况下都可达到最低的燃料消耗，并大幅度降低了有害气体排放。

以济南柴油机股份有限公司研发成功的2000系列双燃料发动机为例，该发动机不但具有普通柴油机

的优点性能，而且技术先进、工作可靠，不仅可以完全满足钻井生产频繁起下钻、冲击载荷大的特殊工

况，还可以充分利用钻井现场丰富的天然气资源。主要区别双燃料发动机是在普通柴油机的基础上，对控制系统、进气系统等主要系统部件进行选型和优化设计。既保证发动机在正常负荷下以天然气为主要燃料，还能在纯柴油状态下正常运行，由于采用了先进的多执行器智能化控制，

以双燃料发动机在具有气机的静态平稳性的同时，还具有柴油机的动态快速响应性。它的动力性能好，尤其抗冲击载荷能力强。双燃料状态时，柴油的消耗量基本保持不变，综合替代率可达60%以上，负荷增加所需的能量全部由天然气提供。运转时，纯柴油和双燃料之间切换非常方便。双燃料控制系统包括：ESD5335调速器、RSC671转速斜坡器、DFM100双燃料控制器、分流控制器以及燃油、燃气执行器等部件。整个系统的工作原理是：ESD5335调速器通过监测发动机转速以及接受转速斜坡器输出的转速控制信号，给DFM100输出速度控制信号，DFM100同时还接收分流控制器提供的控制信号来控制燃油、燃气执行器的开度，达到控制转速、功率的目的。经济性分析以双燃料发动机和普通柴油机配备ZJ40钻机做动力，对采购成本和运行成本进行比较分析。

在采购成本方面，由于双燃料发动机比普通柴油机多了一套智能化的双燃料控制系统和一套燃料供应系统。配备一套ZJ40钻机动力时需用3台柴油机，而单台双燃料发动机的成本比普通柴油机要高出28万左右，3台就是84万。另外井队还要配备有一台天然气供气撬（气化/降压/调压/过滤/稳压等）大约32万元。从一次性采购成本来看，配备一套ZJ40钻机动力用双燃料发动机比普柴油机要高

出113万。在运行成本方面，请看新机出厂时的性能试验

新机的性能试验表一试验可知：双燃料发动机运行时，柴油的消耗量基本保持不变，可见负荷增加所需的能量由天然气提供，90%负荷运行时替代率可达85%。下面以西部钻探吐哈钻井公司40673队，对井位号温西5-42钻井作业的跟踪记录来说明现场应用情况。从开钻到完井周期为21天，打井深度为2680米，期间1号车运转362小时，2号车运转349小时，3号车运转287小时，总计运行998小时。运行记录见（表2）0673队（温西5-42）

原来使用普通柴油机同样工况下需要用90吨柴油，而现在使用双燃料柴油机，由表2可见，运行在双燃料下只用2.24吨，节约柴油57.76吨。共用CNC天然气55710m3。则燃油替代率可达64.18%。如果按2008年6月油料价格，0#柴油为5.05元/kg（不含税），CNG供应价1.391元/m3计算如下：原来用普通柴油机打这口井的燃油费用为：90000kg×5.05元/kg=45.54万元，折旧2.31万元。用双燃料发动机打这口井的燃油费用为：32400kg×5.05元/kg=16.36万元；燃气费用为：55710m3x1.391元/m3=7.75万元；吐哈特车公司运费7.5万元；折旧3.81万元。应用双燃料可节省：45.54万元-16.36万元-7.75万元-7.5万元-3.81万元+2.31万元=12.43万元。如果每年按打10口钻井计算，年节约柴油578吨；

约需要天然气50万立方米；一年可节约124.3万元。

结论随着双燃料发动机技术的不断成熟

和产品销量的逐步加大，双燃料发动机具有的独特优势将充分显示出来和得到用户的认可。应用在钻井工程中，可以充分利用现场充足的天然气能源，同时它还有普通柴油机的动态反映能力；扭矩储备大；柴油和双燃料之间转换方便；使用双燃料发动机替代普通柴油机已经成为必然趋势，这符合石油钻井工程的要求和国家能源发展政策要求。

从经济上看，双燃料发动机一次性采购成本要比普通柴油机高约113万元，但使用中燃料的节约费用，一年就可回来，钻井用柴油机使用年限一般为10年，从长远看，选择双燃料发动机比选择普通柴油机济效益会更好，更为合理。因此，在今后采购钻井用动力时，建议应首选双燃料柴油机。