CNG站压缩机的节能

杨再葆

摘 要：

CNG是一种理想的车用替代燃料,具有成本低、效益高、无污染、使用安全便捷等特点。由于我国CNG技术起步较晚、研究不够深入,导致CNG加气站工艺流程不尽合理、CNG压缩机整体性能不够优良,系统运行能耗高、效率低。基于此,本文对CNG站压缩機的节能进行研究。

关键词： CNG站    压缩机    节能

引言：

CNG（Compressed Natural Gas）在近年来被广泛应用与能源工程中,是一种绿色清洁型能源,在我国很多工业发展中应用较多,尤其是在汽车行业中,燃料大量应用。

一、 CNG的含义

CNG即压缩天然气,是天然气加压（超过3,600磅/平方英寸zhi）并以气态储存在容器中。是一种理想的车用替代燃料,其具有低成本、高效益、无污染、使用安全便捷等特点。

二、 CNG加气站的能耗现状

从我国当前CNG加气站实际运行情况来看,存在着能耗大的情况,整体利用效果低,对于电能消耗来说,非常高,国家近年来对于能源进行调整,对加气环节关注度非常高,通过各种方案和方式,对一些能耗大的加气站进行调整,但是所产生成本是非常大的。节能降耗是石油天然气行业一直追求的目标。为了实现CNG加气站的节能降耗,分析我国CNG生产过程的能耗现状,面临的主要问题有：耗电量非常大,同时所产生消耗成本非常高,同时CNG加气站生产工艺技术水平不高,相关人员对于其节能意识比较薄弱,因此从这一方面来讲首先从工艺上就需要进行提升,将工艺与节能相互结合,将能耗低的方案进行选择,为之后进行项目改造奠定基础,最后就是从生产过程来看,利用效率比较低,缺乏科学管理。

三 、产生能耗原因分析

(一)压缩系统

在加气站中压缩系统处于核心环节,同时也是最容易产生能耗问题的部分,相关指标达不到标准和规范,同时设备中面积以及流量等设计上存在很大问题,不科学应用无法符合CNG加气站实际运行情况,需要相关人员去深入研究和改善,下面从几个方向去考虑,首先就是压缩机一旦出现启动频繁情况,会产生大量能耗,另外负荷程度不同导致差异增大,产生能耗,导致能源浪费和损耗。

(二)脱水系统

对于脱水系统中产生的能量消耗情况,如果负荷大所形成能耗也会很高,如今CNG站脱水装置中,对于其所形成能耗情况没有更多关注,相关人员也没有深入进行研究和调查,当前存在一些问题主要从加热温度以及加热时间等情况去考虑,分子筛加热温度,加热时间等不符合现场要求,不能达到节能降耗效果。

(三)充装工艺系统

CNG加气站一般会存在一个施工高峰情况,集中在某几个时间段会产生大量气体消耗情况,如果储气设施出现问题,压缩机会需要重新启动多次情况,如果压缩运行时间过长,会产生非常大电量消耗,导致成本增加,同时对于电网形成的影响也会很大,如今的CNG加气站通过储气装置运行,但是利用效率比较低,时间也会非常长,因此对其进行节能分析和研究,才能够更好实现经济性。

四 、CNG压缩机节能工艺技术分析

(一)CNG压缩机工艺分析

天然气预处理、压缩、储存、控制以及CNG售气这5个CNG核心系统,在CNG压缩机工艺体系中占据重要地位。CNG压缩机是压缩系统的核心部分,在一般情况下,基本上都是采用中间冷却与分离的方式,进行有效降温、脱液。例如,某加气站采用2 台L-12/5-250型号的压缩机,为2 列四级压缩（一、在竖直列,二、四级在水平列）,这类型号的压缩机具有中间冷却、有润滑油、气缸和中间冷却器为水冷结构,具备运行平稳、排气量大、使用范围广、维护费用低等优点。该型号的压缩机的工艺流程为：原料气经过提前处理,除去气体中含有的硫和游离水,再经过CNG压缩机逐级压缩后,级间压缩气体经过中间冷却器冷却和油水分离器分离出凝液和润滑油,最终将天然气压缩到国家规定标准25MPa。由于L型号四级压缩机的机构间的关系,为了有效回收平衡腔内的残留天然气,通过四级压缩缸的第二、第四级级间回气,返回到第一级压缩缸,再次进行压缩处理。

(二)CNG压缩机节能技术分析

根据压缩机热力学,多级压缩中各级每一理论工作循环的多变压缩功率为：方程式中的W为单位质量天然气的理论压缩功率,kj/kg;Z1、Z2为进、排气压力下的气体压缩性系数;Rg为气体常数,kJ/（kg·K）;T1为压缩缸近期温度,K;n为压缩过程多变指数;P1、P2为压缩缸进、排气压力,MPa。

由上式,压缩机的理论压缩功率正比于压缩缸进气温度T1和气体常数Rg,由此可以得知进气温度越低的情况下,进气的质量越好,而压缩功率消耗越低。目前国内在降低压缩机能耗方面的主要措施是：提高各级冷却器的冷却效果,从而有效降低压缩机各级进气的温度、提高各级分离器的分离效果,从而有效降低各级压缩缸近期的含液率。针对压缩机压缩工艺,在不改变其系统其他配置的先决条件下,对第二、第四级级间回气进行冷却、分离的节能技术。该项节能技术具有有效降低以及压缩缸进气温度和改善压缩缸的工况、有效降低压缩机进气的含液量、提高原料气的吸入量、提高压缩缸的工作效率、提高压缩系统的效率并降低压缩机组的能耗问题的优点。

  目前国内在CNG压缩机节能指标方面规定为：压缩机压缩单位体积的天然气所需的能耗,即单耗。依据以上具有针对性型号的CNG压缩机节能技术原理进行有效分析,由于现场实际的工作条件所限制,因此,在对CNG压缩机进行改造方面,仅仅在;-12/5-250型压缩机第二、第四级级间回气管线上加装一套冷却器,为了便于系统对CNG压缩机进行节能改造的数据分析,在不改变压缩机冷却系统和压缩机系统其它的设备数据的情况下,再利用系统原有的压力、温度、气量、电耗等记录仪表,对原料气进行高效、高精确度的测试,其测试值分别为：0.35、038、0.40MPa。

通过以上能耗数据对比分析得出：关闭和开启冷却器时压缩机组在不同进气压力下的单耗数值也不尽相同。

结束语

节能降耗一直是国家石油天然气行业一直追求的目标。通过现有的CNG压缩机工艺理论基础,有效降低压缩机级间温度与含液量,从而进一步提高压缩机工作效率,达成节能降耗的初衷,是国家能源发展的必然趋势。国家能源管理部门必须加强对CNG压缩机技术的管理,结合现场条件,来验证节能技术的可行性。从而进一步推动国家经济稳定、持续的发展。

参考文献：

（1）王文龙  加气母站压缩机主电机改造节能分析

（2）贾绪平  某CNG加气母站往复压缩机节能技术分析

（3）席治国  集气站压缩机节能改造分析

（4）邢少郡,刘丽妍,宿敬群  CNG加气子站与储配站合建压力能的高效利用