CNG站壓縮機的節能研究

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。由于我國CNG技術起步較晚、研究不夠深入，導致CNG加氣站工藝流程不盡合理、CNG壓縮機整體性能不夠優良，系統運行能耗高、效率低?；诖?，本文對CNG站壓縮機的節能進行研究。

關鍵詞：CNG站;壓縮機;節能

引言

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

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）并以氣態儲存在容器中。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。

二、CNG加氣站的能耗現狀

從我國當前CNG加氣站實際運行情況來看，存在著能耗大的情況，整體利用效果低，對于電能消耗來說，非常高，國家近年來對于能源進行調整，對加氣環節關注度非常高，通過各種方案和方式，對一些能耗大的加氣站進行調整，但是所產生成本是非常大的。節能降耗是石油天然氣行業一直追求的目標。為了實現CNG加氣站的節能降耗，分析我國CNG生產過程的能耗現狀，面臨的主要問題有：耗電量非常大，同時所產生消耗成本非常高，同時CNG加氣站生產工藝技術水平不高，相關人員對于其節能意識比較薄弱，因此從這一方面來講首先從工藝上就需要進行提升，將工藝與節能相互結合，將能耗低的方案進行選擇，為之后進行項目改造奠定基礎，最后就是從生產過程來看，利用效率比較低，缺乏科學管理。

三、產生能耗原因分析

（一）壓縮系統

在加氣站中壓縮系統處于核心環節，同時也是最容易產生能耗問題的部分，相關指標達不到標準和規范，同時設備中面積以及流量等設計上存在很大問題，不科學應用無法符合CNG加氣站實際運行情況，需要相關人員去深入研究和改善，下面從幾個方向去考慮，首先就是壓縮機一旦出現啟動頻繁情況，會產生大量能耗，另外負荷程度不同導致差異增大，產生能耗，導致能源浪費和損耗。

（二）脫水系統

對于脫水系統中產生的能量消耗情況，如果負荷大所形成能耗也會很高，如今CNG站脫水裝置中，對于其所形成能耗情況沒有更多關注，相關人員也沒有深入進行研究和調查，當前存在一些問題主要從加熱溫度以及加熱時間等情況去考慮，分子篩加熱溫度，加熱時間等不符合現場要求，不能達到節能降耗效果。

（三）充裝工藝系統

CNG加氣站一般會存在一個施工高峰情況，集中在某幾個時間段會產生大量氣體消耗情況，如果儲氣設施出現問題，壓縮機會需要重新啟動多次情況，如果壓縮運行時間過長，會產生非常大電量消耗，導致成本增加，同時對于電網形成的影響也會很大，如今的CNG加氣站通過儲氣裝置運行，但是利用效率比較低，時間也會非常長，因此對其進行節能分析和研究，才能夠更好實現經濟性。

四、CNG壓縮機節能工藝技術分析

（一）CNG壓縮機工藝分析

天然氣預處理、壓縮、儲存、控制以及CNG售氣這5個CNG核心系統，在CNG壓縮機工藝體系中占據重要地位。CNG壓縮機是壓縮系統的核心部分，在一般情況下，基本上都是采用中間冷卻與分離的方式，進行有效降溫、脫液。例如，某加氣站采用2 臺L-12/5-250型號的壓縮機，為2 列四級壓縮（一、三級在豎直列，二、四級在水平列），這類型號的壓縮機具有中間冷卻、有潤滑油、氣缸和中間冷卻器為水冷結構，具備運行平穩、排氣量大、使用范圍廣、維護費用低等優點。該型號的壓縮機的工藝流程為：原料氣經過提前處理，除去氣體中含有的硫和游離水，再經過CNG壓縮機逐級壓縮后，級間壓縮氣體經過中間冷卻器冷卻和油水分離器分離出凝液和潤滑油，最終將天然氣壓縮到國家規定標準25MPa。由于L型號四級壓縮機的機構間的關系，為了有效回收平衡腔內的殘留天然氣，通過四級壓縮缸的第二、第四級級間回氣，返回到第一級壓縮缸，再次進行壓縮處理。

（二）CNG壓縮機節能技術分析

根據壓縮機熱力學，多級壓縮中各級每一理論工作循環的多變壓縮功率為：

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

由上式，壓縮機的理論壓縮功率正比于壓縮缸進氣溫度T1和氣體常數Rg，由此可以得知進氣溫度越低的情況下，進氣的質量越好，而壓縮功率消耗越低。目前國內在降低壓縮機能耗方面的主要措施是：提高各級冷卻器的冷卻效果，從而有效降低壓縮機各級進氣的溫度、提高各級分離器的分離效果，從而有效降低各級壓縮缸近期的含液率。

針對壓縮機壓縮工藝，在不改變其系統其他配置的先決條件下，對第二、第四級級間回氣進行冷卻、分離的節能技術。該項節能技術具有有效降低以及壓縮缸進氣溫度和改善壓縮缸的工況、有效降低壓縮機進氣的含液量、提高原料氣的吸入量、提高壓縮缸的工作效率、提高壓縮系統的效率并降低壓縮機組的能耗問題的優點。

目前國內在CNG壓縮機節能指標方面規定為：壓縮機壓縮單位體積的天然氣所需的能耗，即單耗。依據以上具有針對性型號的CNG壓縮機節能技術原理進行有效分析，由于現場實際的工作條件所限制，因此，在對CNG壓縮機進行改造方面，僅僅在;-12/5-250型壓縮機第二、第四級級間回氣管線上加裝一套冷卻器，為了便于系統對CNG壓縮機進行節能改造的數據分析，在不改變壓縮機冷卻系統和壓縮機系統其它的設備數據的情況下，再利用系統原有的壓力、溫度、氣量、電耗等記錄儀表，對原料氣進行高效、高精確度的測試，其測試值分別為：0.35、038、0.40MPa。

通過以上能耗數據對比分析得出：關閉和開啟冷卻器時壓縮機組在不同進氣壓力下的單耗數值也不盡相同。

五、結束語

節能降耗一直是國家石油天然氣行業一直追求的目標。通過現有的CNG壓縮機工藝理論基礎，有效降低壓縮機級間溫度與含液量，從而進一步提高壓縮機工作效率，達成節能降耗的初衷，是國家能源發展的必然趨勢。國家能源管理部門必須加強對CNG壓縮機技術的管理，結合現場條件，來驗證節能技術的可行性。從而進一步推動國家經濟穩定、持續的發展。

參考文獻：

[1]?? 王文龍.加氣母站壓縮機主電機改造節能分析[J].石化技術，2019，26（11）：46+38.

[2]?? 賈緒平.某CNG加氣母站往復壓縮機節能技術分析[J].壓縮機技術，2018（03）：45-48+57.

[3]?? 席治國.集氣站壓縮機節能改造分析[J].石油工程建設，2017，43（03）：79-81.

[4]?? 邢少郡，劉麗妍，宿敬群.CNG加氣子站與儲配站合建壓力能的高效利用[J].煤氣與熱力，2015，35（05）：12-18.

[5]?? 朱作偉，紀丕毅，唐和軍.埕海聯合站壓縮機氣量無級調節技術應用的節能效果預測[J].科技風，2014（15）：89.