CNG站壓縮機(jī)的節(jié)能研究

季世生

摘要：CNG是一種理想的車用替代燃料，具有成本低、效益高、無污染、使用安全便捷等特點(diǎn)。由于我國(guó)CNG技術(shù)起步較晚、研究不夠深入，導(dǎo)致CNG加氣站工藝流程不盡合理、CNG壓縮機(jī)整體性能不夠優(yōu)良，系統(tǒng)運(yùn)行能耗高、效率低。基于此，本文對(duì)CNG站壓縮機(jī)的節(jié)能進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：CNG站;壓縮機(jī);節(jié)能

引言

NG（Compressed Natural Gas）在近年來被廣泛應(yīng)用與能源工程中，是一種綠色清潔型能源，在我國(guó)很多工業(yè)發(fā)展中應(yīng)用較多，尤其是在汽車行業(yè)中，燃料大量應(yīng)用。

一、CNG的含義

CNG即壓縮天然氣，是天然氣加壓（超過3，600磅/平方英寸zhi）并以氣態(tài)儲(chǔ)存在容器中。是一種理想的車用替代燃料，其具有低成本、高效益、無污染、使用安全便捷等特點(diǎn)。

二、CNG加氣站的能耗現(xiàn)狀

從我國(guó)當(dāng)前CNG加氣站實(shí)際運(yùn)行情況來看，存在著能耗大的情況，整體利用效果低，對(duì)于電能消耗來說，非常高，國(guó)家近年來對(duì)于能源進(jìn)行調(diào)整，對(duì)加氣環(huán)節(jié)關(guān)注度非常高，通過各種方案和方式，對(duì)一些能耗大的加氣站進(jìn)行調(diào)整，但是所產(chǎn)生成本是非常大的。節(jié)能降耗是石油天然氣行業(yè)一直追求的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)CNG加氣站的節(jié)能降耗，分析我國(guó)CNG生產(chǎn)過程的能耗現(xiàn)狀，面臨的主要問題有：耗電量非常大，同時(shí)所產(chǎn)生消耗成本非常高，同時(shí)CNG加氣站生產(chǎn)工藝技術(shù)水平不高，相關(guān)人員對(duì)于其節(jié)能意識(shí)比較薄弱，因此從這一方面來講首先從工藝上就需要進(jìn)行提升，將工藝與節(jié)能相互結(jié)合，將能耗低的方案進(jìn)行選擇，為之后進(jìn)行項(xiàng)目改造奠定基礎(chǔ)，最后就是從生產(chǎn)過程來看，利用效率比較低，缺乏科學(xué)管理。

三、產(chǎn)生能耗原因分析

（一）壓縮系統(tǒng)

在加氣站中壓縮系統(tǒng)處于核心環(huán)節(jié)，同時(shí)也是最容易產(chǎn)生能耗問題的部分，相關(guān)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，同時(shí)設(shè)備中面積以及流量等設(shè)計(jì)上存在很大問題，不科學(xué)應(yīng)用無法符合CNG加氣站實(shí)際運(yùn)行情況，需要相關(guān)人員去深入研究和改善，下面從幾個(gè)方向去考慮，首先就是壓縮機(jī)一旦出現(xiàn)啟動(dòng)頻繁情況，會(huì)產(chǎn)生大量能耗，另外負(fù)荷程度不同導(dǎo)致差異增大，產(chǎn)生能耗，導(dǎo)致能源浪費(fèi)和損耗。

（二）脫水系統(tǒng)

對(duì)于脫水系統(tǒng)中產(chǎn)生的能量消耗情況，如果負(fù)荷大所形成能耗也會(huì)很高，如今CNG站脫水裝置中，對(duì)于其所形成能耗情況沒有更多關(guān)注，相關(guān)人員也沒有深入進(jìn)行研究和調(diào)查，當(dāng)前存在一些問題主要從加熱溫度以及加熱時(shí)間等情況去考慮，分子篩加熱溫度，加熱時(shí)間等不符合現(xiàn)場(chǎng)要求，不能達(dá)到節(jié)能降耗效果。

（三）充裝工藝系統(tǒng)

CNG加氣站一般會(huì)存在一個(gè)施工高峰情況，集中在某幾個(gè)時(shí)間段會(huì)產(chǎn)生大量氣體消耗情況，如果儲(chǔ)氣設(shè)施出現(xiàn)問題，壓縮機(jī)會(huì)需要重新啟動(dòng)多次情況，如果壓縮運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生非常大電量消耗，導(dǎo)致成本增加，同時(shí)對(duì)于電網(wǎng)形成的影響也會(huì)很大，如今的CNG加氣站通過儲(chǔ)氣裝置運(yùn)行，但是利用效率比較低，時(shí)間也會(huì)非常長(zhǎng)，因此對(duì)其進(jìn)行節(jié)能分析和研究，才能夠更好實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。

四、CNG壓縮機(jī)節(jié)能工藝技術(shù)分析

（一）CNG壓縮機(jī)工藝分析

天然氣預(yù)處理、壓縮、儲(chǔ)存、控制以及CNG售氣這5個(gè)CNG核心系統(tǒng)，在CNG壓縮機(jī)工藝體系中占據(jù)重要地位。CNG壓縮機(jī)是壓縮系統(tǒng)的核心部分，在一般情況下，基本上都是采用中間冷卻與分離的方式，進(jìn)行有效降溫、脫液。例如，某加氣站采用2 臺(tái)L-12/5-250型號(hào)的壓縮機(jī)，為2 列四級(jí)壓縮（一、三級(jí)在豎直列，二、四級(jí)在水平列），這類型號(hào)的壓縮機(jī)具有中間冷卻、有潤(rùn)滑油、氣缸和中間冷卻器為水冷結(jié)構(gòu)，具備運(yùn)行平穩(wěn)、排氣量大、使用范圍廣、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。該型號(hào)的壓縮機(jī)的工藝流程為：原料氣經(jīng)過提前處理，除去氣體中含有的硫和游離水，再經(jīng)過CNG壓縮機(jī)逐級(jí)壓縮后，級(jí)間壓縮氣體經(jīng)過中間冷卻器冷卻和油水分離器分離出凝液和潤(rùn)滑油，最終將天然氣壓縮到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)25MPa。由于L型號(hào)四級(jí)壓縮機(jī)的機(jī)構(gòu)間的關(guān)系，為了有效回收平衡腔內(nèi)的殘留天然氣，通過四級(jí)壓縮缸的第二、第四級(jí)級(jí)間回氣，返回到第一級(jí)壓縮缸，再次進(jìn)行壓縮處理。

（二）CNG壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)分析

根據(jù)壓縮機(jī)熱力學(xué)，多級(jí)壓縮中各級(jí)每一理論工作循環(huán)的多變壓縮功率為：

方程式中的W為單位質(zhì)量天然氣的理論壓縮功率，kj/kg;Z1、Z2為進(jìn)、排氣壓力下的氣體壓縮性系數(shù);Rg為氣體常數(shù)，kJ/（kg·K）;T1為壓縮缸近期溫度，K;n為壓縮過程多變指數(shù);P1、P2為壓縮缸進(jìn)、排氣壓力，MPa。

由上式，壓縮機(jī)的理論壓縮功率正比于壓縮缸進(jìn)氣溫度T1和氣體常數(shù)Rg，由此可以得知進(jìn)氣溫度越低的情況下，進(jìn)氣的質(zhì)量越好，而壓縮功率消耗越低。目前國(guó)內(nèi)在降低壓縮機(jī)能耗方面的主要措施是：提高各級(jí)冷卻器的冷卻效果，從而有效降低壓縮機(jī)各級(jí)進(jìn)氣的溫度、提高各級(jí)分離器的分離效果，從而有效降低各級(jí)壓縮缸近期的含液率。

針對(duì)壓縮機(jī)壓縮工藝，在不改變其系統(tǒng)其他配置的先決條件下，對(duì)第二、第四級(jí)級(jí)間回氣進(jìn)行冷卻、分離的節(jié)能技術(shù)。該項(xiàng)節(jié)能技術(shù)具有有效降低以及壓縮缸進(jìn)氣溫度和改善壓縮缸的工況、有效降低壓縮機(jī)進(jìn)氣的含液量、提高原料氣的吸入量、提高壓縮缸的工作效率、提高壓縮系統(tǒng)的效率并降低壓縮機(jī)組的能耗問題的優(yōu)點(diǎn)。

目前國(guó)內(nèi)在CNG壓縮機(jī)節(jié)能指標(biāo)方面規(guī)定為：壓縮機(jī)壓縮單位體積的天然氣所需的能耗，即單耗。依據(jù)以上具有針對(duì)性型號(hào)的CNG壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)原理進(jìn)行有效分析，由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的工作條件所限制，因此，在對(duì)CNG壓縮機(jī)進(jìn)行改造方面，僅僅在;-12/5-250型壓縮機(jī)第二、第四級(jí)級(jí)間回氣管線上加裝一套冷卻器，為了便于系統(tǒng)對(duì)CNG壓縮機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造的數(shù)據(jù)分析，在不改變壓縮機(jī)冷卻系統(tǒng)和壓縮機(jī)系統(tǒng)其它的設(shè)備數(shù)據(jù)的情況下，再利用系統(tǒng)原有的壓力、溫度、氣量、電耗等記錄儀表，對(duì)原料氣進(jìn)行高效、高精確度的測(cè)試，其測(cè)試值分別為：0.35、038、0.40MPa。

通過以上能耗數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出：關(guān)閉和開啟冷卻器時(shí)壓縮機(jī)組在不同進(jìn)氣壓力下的單耗數(shù)值也不盡相同。

五、結(jié)束語(yǔ)

節(jié)能降耗一直是國(guó)家石油天然氣行業(yè)一直追求的目標(biāo)。通過現(xiàn)有的CNG壓縮機(jī)工藝?yán)碚摶A(chǔ)，有效降低壓縮機(jī)級(jí)間溫度與含液量，從而進(jìn)一步提高壓縮機(jī)工作效率，達(dá)成節(jié)能降耗的初衷，是國(guó)家能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。國(guó)家能源管理部門必須加強(qiáng)對(duì)CNG壓縮機(jī)技術(shù)的管理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，來驗(yàn)證節(jié)能技術(shù)的可行性。從而進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、持續(xù)的發(fā)展。

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