集氣站壓縮機(jī)節(jié)能改造技術(shù)探討

楊帥

摘 要：近年來，隨著對(duì)空氣質(zhì)量要求的提高，國家的環(huán)保政策越來越嚴(yán)，政府相關(guān)部門治理環(huán)境污染的力度也進(jìn)一步加大，天然氣加氣車輛日益增多，一座座加氣站如雨后春筍般建立起來。但隨著燃料車、充電車等的普及，如何使加氣站降本增效變得尤為重要。本文通過將某能源公司集氣站壓縮機(jī)主電機(jī)改造為永磁同步電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而分析其節(jié)能效益。結(jié)合集氣站天然氣壓縮機(jī)組使用情況， 分析了采用不同氣量調(diào)節(jié)方式進(jìn)行節(jié)能改造的可行性， 經(jīng)對(duì)比分析， 推薦采用液壓可變余隙氣量調(diào)節(jié)裝置。

關(guān)鍵詞：集氣站;壓縮機(jī);節(jié)能改造;氣量調(diào)節(jié)方式

油氣田進(jìn)入開發(fā)后期， 產(chǎn)氣量受輸氣壓力和用戶用氣情況的影響而隨時(shí)發(fā)生變化， 按照原來生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計(jì)的天然氣壓縮機(jī)組， 需要通過旁通打回流運(yùn)行才能解決輸氣量的變化問題， 存在很大的能量浪費(fèi)， 因而需要節(jié)能改造。結(jié)合集氣站天然氣壓縮機(jī)組出現(xiàn)的運(yùn)行問題， 分析了采用不同氣量調(diào)節(jié)方式進(jìn)行節(jié)能改造的可行性， 提出和確定了液壓可變余隙調(diào)節(jié)法作為節(jié)能改造的方案， 并對(duì)改造內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)介紹。對(duì)比改造前后壓縮機(jī)組的運(yùn)行功率發(fā)現(xiàn)， 改造后壓縮機(jī)組節(jié)能效果明顯。

1概況

母站為用戶提供槽車氣源，站內(nèi)壓縮機(jī)多采用三相異步電動(dòng)機(jī)且功率較大，耗電量大，電費(fèi)支出在運(yùn)行成本中占有很大比例。因此，對(duì)壓縮機(jī)電機(jī)節(jié)能改造進(jìn)行研究就變得很有意義，考慮到站內(nèi)槽車充裝的過程使壓縮機(jī)有很長一段時(shí)間處于輕載工作狀態(tài)，且異步電機(jī)在輕載狀態(tài)效率極低，電能損耗極大，但使用同步電機(jī)能很好地解決這一問題，文中主要就CNG母站壓縮機(jī)異步電機(jī)改造為同步電機(jī)實(shí)現(xiàn)的節(jié)能效益進(jìn)行分析。集氣站是將進(jìn)氣壓力約2.0MPa的天然氣通過壓縮機(jī)增壓后充裝至槽車，并將槽車拖至子站，為子站加氣車輛供氣。該站壓縮機(jī)主電機(jī)型號(hào)YB2400L-6-355KW380V，為三相異步電機(jī)，額定功率355kW，出口壓力25MPa，槽車充裝時(shí)起始?jí)毫s1MPa，充裝完成壓力為20MPa，因此，在充裝槽車過程中，壓縮機(jī)有很長一段時(shí)間處于輕載工作狀態(tài)。根據(jù)同步電機(jī)和異步電機(jī)的工作特性，永磁同步電機(jī)可以在25%～120%額定功率的范圍內(nèi)保持高功率因數(shù)和高效率狀態(tài)運(yùn)行，而一般三相異步電機(jī)通常只能在70%～100%額定功率保持。因此，壓縮機(jī)如果采用異步電機(jī)，槽車充裝過程會(huì)使電機(jī)工作效率及功率因數(shù)會(huì)很低，造成很大的能源浪費(fèi)效應(yīng)。

根據(jù)該站的實(shí)際工況，現(xiàn)分析4個(gè)階段，對(duì)電機(jī)改造前后運(yùn)行情況及能耗情況做以下分析。

2異步電動(dòng)機(jī)效率隨負(fù)載浮動(dòng)情況

（1）工作壓力在1～5MPa，電機(jī)在約20%負(fù)載運(yùn)行，電機(jī)效率約50%，電機(jī)損耗約355KW×20%×50%=35.50kW。

（2）工作壓力在5～10MPa，電機(jī)在約50%負(fù)載運(yùn)行，電機(jī)效率約75%，電機(jī)損耗約355kW×50%×25%=44.38kW。

（3）工作壓力在10～15MPa，電機(jī)在約70%負(fù)載運(yùn)行，電機(jī)效率約85%，電機(jī)損耗約355kW×70%×15%=37.28kW。

（4）工作壓力在15-20MPa，電機(jī)在約90%負(fù)載運(yùn)行，電機(jī)效率約93%，電機(jī)損耗約355kW×90%×7%=22.37kW。

異步電動(dòng)機(jī)平均損耗：（35.50kW/h+44.38kW/h+37.28kW/h+22.37kW/h）÷4=34.88kW/h，也就是說異步電動(dòng)機(jī)每小時(shí)損耗電量34.88kW·h。

3主電機(jī)改造為同步電動(dòng)機(jī)后的損耗情況

壓氣站主要負(fù)責(zé)周圍天然氣加工處理及升壓外輸任務(wù)， 進(jìn)站氣體有低壓進(jìn)站的伴生氣、高壓進(jìn)站的氣井氣及海上來氣。其中低壓天然氣需要進(jìn)天然氣壓縮機(jī)增壓后方可進(jìn)凝液回收裝置進(jìn)行處理。伴隨油氣田的生產(chǎn)開發(fā)， 產(chǎn)氣量因受輸氣壓力和用戶用氣情況的影響而隨時(shí)發(fā)生變化， 夏季氣量為壓縮機(jī)組設(shè)計(jì)排氣量的65%～90%， 冬季氣量?jī)H為壓縮機(jī)組設(shè)計(jì)排氣量的15%～50%， 壓縮機(jī)組需要通過旁通打回流運(yùn)行， 存在巨大的能量浪費(fèi)。為了最大限度節(jié)約能源， 需要進(jìn)行節(jié)能改造。

（1）工作壓力在1～5MPa，電機(jī)在約20%負(fù)載運(yùn)行，電機(jī)效率約94%，電機(jī)損耗約355kW×20%×6%=4.26kW。

（2）工作壓力在5～10MPa，電機(jī)在約50%負(fù)載運(yùn)行，電機(jī)效率約94%，電機(jī)損耗約355kW×50%×6%=10.65kW。

（3）工作壓力在10～15MPa，電機(jī)在約70%負(fù)載運(yùn)行，電機(jī)效率約94%，電機(jī)損耗約355kW×70%×6%=14.91kW。

（4）工作壓力在15-20MPa，電機(jī)在約90%負(fù)載運(yùn)行，電機(jī)效率約94%，電機(jī)損耗約355kW×90%×6%=19.17kW。

同步電動(dòng)機(jī)平均損耗：（4.26KW/h+10.65KW/h+14.91kW/h+19.17kW/h）÷4=12.25KW/h，也就是說同步電動(dòng)機(jī)每小時(shí)損耗電量12.25kW·h。

由此可見，異步電動(dòng)機(jī)改造為同步電動(dòng)機(jī)后可減少損耗：34.88kW/h-12.25kW/h=22.63kW/h，即每小時(shí)可省電22.63kW·h。按照355kW異步電機(jī)改造為同步電機(jī)的市場(chǎng)價(jià)80000元，工業(yè)平均電價(jià)0.7元/（kW·h），每日槽車充裝時(shí)間15h計(jì)算，收回改造成本的時(shí)間為：80000/（22.63*15*0.7）≈337天，即一年之內(nèi)可以回收改造成本。

從經(jīng)濟(jì)效益分析：永磁同步電動(dòng)機(jī)特別適合電機(jī)長期處于輕載使用的場(chǎng)合，推廣使用永磁同步電動(dòng)機(jī)具有積極的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)節(jié)能減排意義重大。在可靠性和穩(wěn)定性方面，永磁同步電動(dòng)機(jī)也具有可貴的優(yōu)勢(shì)。選用高效永磁同步電動(dòng)機(jī)是一項(xiàng)一次性投資長期受益的過程，尤其在CNG行業(yè)不景氣環(huán)境下，在CNG母站推廣使用具有很好的節(jié)能效益，進(jìn)而能降低其運(yùn)營成本，有助于盤活CNG資產(chǎn)。

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