摘　要：壓縮機是CNG加氣站的主要耗能單元，但目前我國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(yōu)良，系統(tǒng)運行能耗高、效率低。為此，針對CNG壓縮機效率低、能耗高的問題，開展了壓縮機能耗影響關鍵參數(shù)分析和節(jié)能技術研究。結合CNG壓縮機工藝提出了對壓縮缸級間回氣進行冷卻、分離的節(jié)能技術改造方案，完成了L-l2／5-250型CNG壓縮機第二、四級級間回氣管線加裝冷卻器的節(jié)能技術改造，并進行了系統(tǒng)的現(xiàn)場能耗測試。在不改變冷卻系統(tǒng)和CNG壓縮機系統(tǒng)其他設備及參數(shù)的條件下，對比測試了原料氣進氣壓力分別為0.35、0.38、0.40MPa時關閉和開啟第二、四級級間冷卻器工況下壓縮機的運行參數(shù)和能耗數(shù)據(jù)，得到對應節(jié)能比分別為3.87％、4.04％、3.96％，節(jié)能效果良好，驗證了該節(jié)能改造技術的可行性。

關鍵詞：CNG壓縮機  能耗  節(jié)能技術改造  級間冷卻  可行性

An experimental study of technical measures for energy saving of CNG compressors

Abstract：For lack of intensive studies and advanced techniques，unreasonable flow process and poor performance of CNG compressors have resulted in high energy consumption and low working efficiency，which have restricted the development of CNG filling stations in China．In view of this，this paper aims to study how to improve the efficiency and reduce the energy consumption of a CNG compressor，which ls the most energy consumption unit of a CNG filling station．Thus，a study was made on what kev Darameters have impact on the efficiency of a compressor and what technical measures should be taken．Based on the compressing process，the transformation schemes were presented of cooling and separating the return gas between the stages of pipe loops．In a pilot test per formed on an L-12／5-250 compressor，a cooler was installed in the intersage line between the second and the fourth pipe Loops and the evaluation test was also made subsequently on the energy saving effect．Only when the intake pressure of inlet feed gas was adjusted at 0.35，0.38，0.40MPa respectively and with no any other changes ever done on the same compressor，the operating param eters and energy consumption data were recorded and compared between two working conditions when the installed cooler was on and off．As a result，the energy consumption of the compressor with the cooler on was saved by 3.87％，4.04％，3.96％accordingly which verifies the feasibility of the above transformation schemes．

Key words：CNG，compressor，energy consumption，energy savin9，interstage cooling

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^[1]。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(yōu)良，系統(tǒng)運行能耗高、效率低^[2]。根據(jù)CNG壓縮機工藝流程，分析了影響能耗的關鍵參數(shù)，提出了對壓縮缸級間回氣冷卻、分離的節(jié)能技術。同時，結合現(xiàn)場條件完成了L-12／5-250型壓縮機第二、四級級間回氣管線加裝冷卻器的節(jié)能技術改造試驗。試驗結果表明：①降低了各級壓縮缸的進出口溫度；②不同原料氣進氣壓力下，CNG壓縮機單耗都有所下降，在0.35MPa的進氣壓力下得到了3.87％的節(jié)能效果。試驗結果驗證了該節(jié)能技術的可行性，對CNG加氣站的節(jié)能降耗具有指導意義。

1　CNG壓縮機工藝分析

CNG加氣站一般由天然氣預處理、壓縮、儲存、控制以及CNG售氣等5個系統(tǒng)組成^[3]。CNG壓縮機是壓縮系統(tǒng)的核心部分，一般為多級壓縮，采用中間冷卻與分離方式降溫、脫液^[4]。某加氣站采用2臺L-1e／5—250型壓縮機，為2列四級壓縮(一、三級在豎直列，二、四級在水平列)，中間冷卻，有油潤滑，氣缸和中間冷卻器為水冷結構，具有運轉平穩(wěn)、排氣量大、適用范圍廣、維護費用低等優(yōu)勢^[5-6]。由于采用了級差式壓縮缸結構，同列壓縮缸壓力差別較大，氣體作用力差別較大，為了改善活塞桿的受力狀態(tài)和減小電機的負荷，在同列壓縮缸中間設有平衡腔來平衡活塞力^[7]。L-12／5-250型壓縮機結構如圖l所示，其額定功率為126kw，排氣量為12m³／min，進氣壓力為0.5MPa，排氣壓力為25Mpa^[8]。

L-12／5-250型壓縮機的工藝流程為：原料氣經(jīng)過預處理，除去氣體中的硫和游離水，經(jīng)CNG壓縮機逐級壓縮，級間壓縮氣體經(jīng)過中間冷卻器冷卻和油水分離器分離出凝液和潤滑油，最終將天然氣壓縮到25MPa，隨后進人下一處理環(huán)節(jié)^[9]。同時，由于L型四級壓縮機結構布局的關系，為回收平衡腔漏失的天然氣，把二、四級壓縮缸的第二、四級級間回氣(平衡腔漏失的天然氣)直接返回到第一級壓縮缸再次壓縮^[10]。

L-12／5-250型壓縮機第二、四級級間回氣未經(jīng)過冷卻和分離而直接與原料氣混合后進人一級壓縮缸壓縮，由于第二、四級級間回氣溫度高，接近壓縮缸出口溫度，與原料氣混合后必然提高一級進氣溫度，而且第二、四級級間回氣所含的凝液和潤滑油等進入一級壓縮缸，減少了原料氣的吸人量，惡化了各級壓縮缸的工況，增加了各級冷卻器、分離器的負荷，必然降低壓縮機組的效率。

2　CNG壓縮機節(jié)能技術

根據(jù)壓縮機熱力學，多級壓縮中各級每一理論工作循環(huán)的多變壓縮功為^[11]：

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

由上式可見，壓縮機的理論壓縮功正比于壓縮缸進氣溫度L和氣體常數(shù)R_g，這表明進氣溫度越低，進氣氣質(zhì)越好，壓縮功耗越低^[12]。因此，提高各級冷卻器的冷卻效果以降低壓縮機各級進氣溫度、提高各級分離器的分離效果以降低各級壓縮缸進氣的含液率，均可達到降低壓縮機能耗的目的。

針對L-12／5-250型壓縮機壓縮工藝，在不改變系統(tǒng)其他條件的前提下，提出對第二、四級級間回氣進行冷卻、分離的節(jié)能技術(圖2)。此節(jié)能技術具有以下優(yōu)點：①降低一級壓縮缸進氣溫度，改善壓縮缸的工況；②降低壓縮機進氣的含液量，提高原料氣的吸人量，提高壓縮缸的工作效率；③提高壓縮系統(tǒng)的效率，降低壓縮機組的能耗，達到壓縮機節(jié)能運行的目的。

3　節(jié)能技術效果分析

基于上述的節(jié)能技術原理，由于現(xiàn)場條件的限制，本次改造僅僅在L-12／5-250型壓縮機第二、四級級間回氣管線上加裝了一套冷卻器，冷卻器換熱面積為1.5，改造前后現(xiàn)場如圖3所示。為了系統(tǒng)分析節(jié)能改造的節(jié)能效果，在不改變冷卻系統(tǒng)和壓縮機系統(tǒng)其他設備參數(shù)的條件下，通過系統(tǒng)原有壓力、溫度、氣量、電耗等記錄儀表，分別測試了原料氣進氣壓力為0.35、0.38、0.40MPa下關閉和開啟冷卻器時壓縮機的運行參數(shù)和能耗，相關數(shù)據(jù)見表1、2。

從表2的數(shù)據(jù)可看出，當進氣壓力為0.35 MPa時開啟冷卻器后壓縮機一級進氣溫度由35℃降低到28℃，溫度下降了7℃，其他參數(shù)對比分析如圖4所示。總之，在不同進氣壓力下，開啟冷卻器后壓縮機各級進氣溫度都有所下降，對第二、四級級間回氣的冷卻取得了降低壓縮機進氣溫度的效果。

節(jié)能考核指標為壓縮機壓縮單位體積的天然氣所需的能耗，即單耗。通過以上能耗數(shù)據(jù)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，分析該節(jié)能技術的節(jié)能效果。在原料氣進氣壓力為0.35、0.38、0.40MPa時，分別取得了節(jié)能比為3.87％、4.04％、3.96％的節(jié)能效果。相關工況的節(jié)能效果分析結果見表3，改造前后壓縮機單耗對比分析如圖5所示。

4　結論

1)在分析現(xiàn)有CNG壓縮機工藝與理論的基礎上，提出了通過降低壓縮機級間溫度與含液量來提高壓縮機效率，達到了節(jié)能降耗的目的。

2)結合現(xiàn)場條件，對L-12／5-250型壓縮機第二、四級級間回氣管上加裝冷卻器后，在0.35、0.38、0.40Mpa，3種進氣壓力下取得的對應節(jié)能比分別為3.87％、4.04％、3.96％，驗證了該節(jié)能技術的可行性。

3)如果能夠通過技術改造，在不增加循環(huán)水量的前提下，進一步改善冷卻器的冷卻效果、提高各級分離器分離效率，降低壓縮機各級進氣溫度和各級氣體的含液率，對提高壓縮機效率、降低壓縮機能耗、實現(xiàn)壓縮機節(jié)能經(jīng)濟運行具有重要的意義。

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本文作者：梁政  李雙雙  田家林  朱小華  梅慶剛  張力文

作者單位：石油天然氣裝備教育部重點實驗室·西南石油大學

  中國石油西南油氣田公司銷售分公司