CNG加氣站能耗分析與節(jié)能研究

王年東

摘 要：壓縮天然氣是一種綠色環(huán)保的能源，簡稱CNG，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。因而目前在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，尤其是在汽車燃料上應(yīng)用更為廣泛。隨著我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，各個工業(yè)更加關(guān)注“節(jié)能降耗”的問題。雖然我國CNG技術(shù)發(fā)展比較迅速，但CNG加氣站還是在運(yùn)行過程中存在效率低，能耗高等一些問題，進(jìn)而影響了CNG行業(yè)快速發(fā)展。因此，對于CNG加氣站所產(chǎn)生的能耗現(xiàn)象，對其生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備進(jìn)行對比分析，從而對加氣站的生產(chǎn)工藝進(jìn)行完善和改進(jìn)以達(dá)到降低能耗的目的，從而確保CNG加氣站能夠高效運(yùn)行，CNG行業(yè)能夠健康、可持續(xù)發(fā)展。本文對CNG加氣站中存在的能源消耗問題進(jìn)行了分析，提出了行之有效的節(jié)能方案。對CNG行業(yè)“節(jié)能降耗”具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：CNG加氣站；能耗；節(jié)能技術(shù)

1 前言

“節(jié)能降耗”是CNG行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。但由于我國CNG技術(shù)發(fā)展不完善導(dǎo)致了現(xiàn)有的CNG加氣技術(shù)帶來的高能耗問題減緩了CNG加氣行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。解決CNG加氣站的能耗問題一方面為企業(yè)減少生產(chǎn)所需要的成本，增大企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。另一方面，可以降低煤、石油等其他化石能源的利用率，提高CNG在能源消費(fèi)中的比例，更加環(huán)保，從而能夠持續(xù)發(fā)展。

2 CNG加氣站的能耗現(xiàn)狀

根據(jù)我國當(dāng)前大部分CNG加氣站的實(shí)際運(yùn)行情況來看，存在著非常大的能源消耗問題，總體利用程度非常低，電能消耗非常高。因而，近年來我國大幅度調(diào)整能源并加大了對加氣環(huán)節(jié)的關(guān)注。同時，利用多種途徑對能耗大的加氣站進(jìn)行調(diào)整。但消耗了大量的資金和人力，產(chǎn)生的成本非常高。節(jié)能降耗是工業(yè)用能可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。低能耗、高效率是CNG行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。因此，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，需要明確我國CNG耗能的具體情況。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的CNG加氣站帶來的問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是電能消耗非常大，所需的用電成本高。二是CNG生產(chǎn)工藝技術(shù)的落后，且操作人員自身的節(jié)能環(huán)保意識不強(qiáng)，業(yè)務(wù)能力不夠，導(dǎo)致一些不必要的浪費(fèi)。三是生產(chǎn)過程中能耗控制不當(dāng)，不能有效地利用能源。四是CNG行業(yè)能耗管理經(jīng)驗(yàn)不足，缺乏科學(xué)系統(tǒng)的管理。

3 現(xiàn)有CNG加氣站生產(chǎn)過程能耗分析

3.1 壓縮系統(tǒng)

壓縮機(jī)主機(jī)是壓縮系統(tǒng)，它是CNG加氣站生產(chǎn)過程中能耗的主要部分。CNG壓縮機(jī)能耗高的主要原因是級間壓縮溫度和級間壓縮比不當(dāng)。因此，為了達(dá)到節(jié)能降耗的目的，需要優(yōu)化級間溫度，級間壓縮比等工藝參數(shù)。級間溫度的差異給壓縮機(jī)的工作效率帶來的影響是巨大的，同時級間溫度也很大程度上會對冷卻效果產(chǎn)生一定的影響。因此，改善冷卻條件，調(diào)整壓縮機(jī)級間熱交換器，可以降低能耗，改變效率低的現(xiàn)狀，提高生產(chǎn)運(yùn)行效率。

3.2 脫水系統(tǒng)

脫水系統(tǒng)是CNG加氣站能耗的組成部分。脫水裝置的能耗主要有加熱器的電耗和再生氣的用量。一般而言，分子篩脫水裝置的能耗與其工作負(fù)荷成正比。經(jīng)過長時間的發(fā)展，脫水裝置在實(shí)際生產(chǎn)中仍然存在較多的缺陷：首先，是分子篩脫水裝置的再生氣用量大、溫度不合理。其次，工作時含水量太多，工作性能達(dá)不到預(yù)設(shè)要求。最主要的是是分子篩加熱溫度太高無法達(dá)到降低能耗的使用要求。

3.3 充裝工藝系統(tǒng)

CNG加氣站的工作高峰期往往固定在幾個時段。在這種時候，如果儲氣設(shè)施不完善，加氣工藝不科學(xué)，會給用戶的使用造成很大的麻煩，同時產(chǎn)生的高能耗對電網(wǎng)的輸送能力也是一個極大的考驗(yàn)?，F(xiàn)在我國的CNG加氣站，儲氣裝置主要存在氣體利用率較小，加氣時間太長等一些問題。因此，為了達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，需要對其進(jìn)行研究，充分提高氣體利用率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，使CNG加氣站能夠可持續(xù)發(fā)展。

4 CNG加氣站節(jié)能途徑

4.1 壓縮系統(tǒng)

4.1.1 選擇變頻控制壓縮機(jī)

變頻控制壓縮機(jī)的原理是根據(jù)壓縮機(jī)出口管道中的壓力來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，再改變壓縮機(jī)能耗問題，從而達(dá)到節(jié)能的目的。選擇變頻控制壓縮機(jī)是因?yàn)樽冾l電機(jī)的功率因數(shù)較高，能減少無功對能耗的影響。同時，變頻軟啟動壓縮機(jī)還可以減小壓縮機(jī)啟動對電網(wǎng)的沖擊，可以保護(hù)變壓器和電網(wǎng)。

4.1.2 使用無油潤滑技術(shù)

通過使用無油潤滑技術(shù)提高了壓縮機(jī)運(yùn)行周期，減少了維修所需的費(fèi)用，達(dá)到了節(jié)能的目的。無油潤滑技術(shù)在我國已經(jīng)趨于成熟，廣泛用于L型和 ZW型壓縮機(jī)。使用無油潤滑技術(shù)的特點(diǎn)：一是壓縮機(jī)使用無油潤滑技術(shù)后使用壽命超過原設(shè)計使用壽命。二是采用無油潤滑后各級氣體沒有油污，不需要進(jìn)行定期的排污操作，也可以節(jié)能。三是節(jié)約了大量的潤滑油。四是氣體質(zhì)量大大提高。

4.1.3 優(yōu)化工藝流程

由于CNG加氣站的進(jìn)站管線壓力衰減嚴(yán)重，在高壓CNG壓縮機(jī)前設(shè)置增壓壓縮機(jī)能夠有效緩解這種現(xiàn)象，達(dá)到節(jié)能的目的。其中，增壓壓縮機(jī)的技術(shù)參數(shù)要求是增壓壓縮機(jī)與原有壓縮機(jī)的供氣量要匹配，增壓壓縮機(jī)的排氣壓力與原有高壓壓縮機(jī)的進(jìn)氣壓力要銜接，這樣能適應(yīng)進(jìn)氣壓力小幅度變動。增壓壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)選擇類型是往復(fù)活塞式。往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的特點(diǎn)不僅成本低、耗電量低，對進(jìn)氣壓力的適應(yīng)性也好。

4.2 高、低壓脫水工藝

4.2.1 高壓脫水工藝

高壓脫水裝置工作原理包括脫水過程和再生過程。高壓脫水也叫后置脫水，即將脫水裝置安裝在后面，對增壓后的天然氣進(jìn)行深度脫水。脫水過程是先將壓縮后的高壓天然氣進(jìn)行過濾，然后分離得到部分游離水，油和其它雜質(zhì)。再通過吸附作用得到干燥的天然氣。再生過程就是分子篩吸附一定量的壓縮天然氣后，需要對其進(jìn)行先降壓再加熱處理，逐步完成分子篩的再生。高壓脫水方式適合處理小流量的氣體。

4.2.2 低壓脫水工藝

低壓脫水裝置主要在壓縮機(jī)的進(jìn)氣口前面。低壓脫水裝置的工作原理主要是利用分子篩的強(qiáng)吸附作用。低壓脫水過程首先是原料氣進(jìn)入分子篩被加熱，加熱后再進(jìn)行冷卻，冷卻后分離，分離后再進(jìn)行再生處理。它的特點(diǎn)是再生節(jié)能效果好，但是低壓脫水處理天然氣，處理效果不好，天然氣容易受到二次污染。低壓脫水方式適合處理大流量的氣體。

4.3 儲氣井工作過程及節(jié)能分析

針對CNG加氣站高峰期不能滿足用戶用氣需求的問題，有效的處理好用氣高峰期的供應(yīng)能夠有效地提高對能耗的利用率。因此，適當(dāng)?shù)膬?yōu)化加氣站儲氣規(guī)模，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備是很有必要的。儲氣設(shè)備不僅能夠解決壓縮機(jī)排量不足的問題，還能夠減少設(shè)備的磨損以及壓縮機(jī)的停啟次數(shù)，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備和節(jié)能的目的。CNG加氣站在一般采用三級操作系統(tǒng)來進(jìn)行氣體的儲存。三級操作系統(tǒng)包括高壓儲氣裝置，中壓儲氣裝置，低壓儲氣裝置。這樣能夠提高儲氣井中氣體的利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的使用要求。

4.4 電力設(shè)備無功補(bǔ)償節(jié)能分析

由于CNG加氣站供配電系統(tǒng)包含有變壓器和電機(jī)等非線性負(fù)載，為了優(yōu)化供配電網(wǎng)的運(yùn)行，節(jié)約能源，供電系統(tǒng)低壓側(cè)設(shè)置集中無功補(bǔ)償裝置。在實(shí)際工作中因無功補(bǔ)償工作不正常或設(shè)置不合理，功率因數(shù)達(dá)不到電業(yè)規(guī)定的要求。為了減少電力無功補(bǔ)償故障和克服無功損耗，此時就要對無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行定時檢查和維護(hù)，對有需要的還要進(jìn)行改造升級。在有效降低成本的同時，使設(shè)備達(dá)到最佳無功補(bǔ)償效果，以此來降低能耗，節(jié)省用電費(fèi)用。

5 結(jié)束語

總而言之，本文對CNG加氣站的能耗現(xiàn)狀進(jìn)行了分析并提出了幾種主要的節(jié)能方案。實(shí)現(xiàn)對能耗主要因素的明確，確定了最直接的降低能量消耗措施，有利于節(jié)能運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)。

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