天然氣增壓機在CNG系統中的應用

用與測試文章編號:1006-2971(2013)04-0072-04天然氣增壓機在CNG系統中的應用胥晉自貢東方通用壓縮機有限公司,四川自貢64300摘要:介紹了CNG壓縮機依據供氣條件的不同,要在其前再串聯(lián)一臺天然氣增壓機,閘述了串聯(lián)方案及根據實(shí)際情況應用幾種方法進(jìn)行匹配。關(guān)鍵詞:CNG壓縮機;增壓機;串聯(lián);匹配中圖分類(lèi)號:TH457文獻標志碼:BApplication of Natural Gas Booster on CNG SystemXU Jin(Zigong Dongfang Tongyong Gas Compressor Co, Ltd, Zigong 643000, China)Abstract: According to the different conditions of gas supplied for compressor, a natural gas booster can be installed in series infront of the compressor. This paper has specified the series program and several methods for match according to actual situation.Key words: CNG compressor; booster; series matchingCNG壓縮機前串聯(lián)增壓機的客觀(guān)要求另有一些加氣站的供氣壓力在01MPa以下隨著(zhù)天然氣汽車(chē)的推廣應用,我國的CNG加(如孟加拉和巴基斯坦的供氣壓力多為氣站用設備的生產(chǎn)廠(chǎng)家也在不斷增多,尤其是0056-01MPa)。這就使得國內普遍生產(chǎn)的4級壓CNG壓縮機的生產(chǎn)廠(chǎng)家由原來(lái)的兩三家迅速發(fā)展縮的機器,大多因壓比過(guò)大,導致排氣溫度上升,到了十幾家。雖然生產(chǎn)廠(chǎng)家增加了,但幾乎所有可靠性能下降,且普遍排氣量偏小不能很好的滿(mǎn)廠(chǎng)家都按標準站:3、4級壓縮(母站三級壓縮,足客戶(hù)的要求,雖然有些廠(chǎng)家針對情況專(zhuān)門(mén)設計子站兩級壓縮)模式來(lái)進(jìn)行。生產(chǎn)了5級壓縮的機器,但其成本和可靠性均不由于每個(gè)CNG加氣站的供氣條件各不相同,盡人意。且同一個(gè)加氣站每季、每月、甚至每天的供氣壓為了應對上述的不同情況,廠(chǎng)家不得不生產(chǎn)力(即CNG系統的進(jìn)氣壓力)均會(huì )出現大幅度的適應各種進(jìn)氣壓力以及各種排氣量的壓縮機,有變化,如:白天壓力低,晚上壓力高,一些供氣的廠(chǎng)家甚至采取了一站一套設計的方法。這就使管線(xiàn)與民用氣管線(xiàn)合用的站甚至會(huì )出現早、中、得CNG壓縮機主要零部件的通用化、標準化程度晚3餐做飯時(shí)間供氣壓力極低的現象。而一些加很低,從而使其生產(chǎn)加工的難度增大,成本增高。氣站在設計時(shí)只考慮了供氣管線(xiàn)的靜態(tài)壓力,當即使如此,我們仍然不能適應各加氣站供氣壓力壓縮機開(kāi)始工作后,其進(jìn)氣壓力下降幅度遠遠偏的變化。由于CNG壓縮機長(cháng)期偏離設計工況運離設計工況。有的站建成時(shí)供氣壓力正常,但隨行,使得其工作效率及使用壽命降低,運行成本增著(zhù)同管網(wǎng)用氣客戶(hù)的增多,其供氣壓力逐年下降,加。以某CNG加氣站為例:該站設計進(jìn)氣壓力為無(wú)法達到設計要求,有的CNG站幾乎從運行開(kāi)始06MPa,配排氣量為60Nmh及1020Nm沿h的的那天起,就沒(méi)有達到設計要求。壓縮機各一臺。在試運行期間每天銷(xiāo)售6000Nm3天然氣。這樣,按設計工況,該站只需開(kāi)600Nmh收稿日期:2013-07-05的壓縮機10h左右,或開(kāi)1020Nm3/h的壓縮機72|c們團2013年04期(總第240期)口應用與測g6h左右即可滿(mǎn)足售氣需求。然而,該站試運后,可將天然氣增壓機直接串聯(lián)在CNG壓縮機前面其進(jìn)氣壓力只能達到025MPa左右,這就使該壓將天然氣壓力提高到設計進(jìn)氣壓力,并經(jīng)冷卻后縮機的排氣量只能達到其設計要求的一半,從而使送至CNG壓縮機,如圖2。該站的CNG壓縮機及相關(guān)系統的運行成本大幅度采用本方案的優(yōu)點(diǎn)是上升,使其壽命幾乎縮短一倍,經(jīng)初步測算,該站(1)由于天然氣增壓機的電機功率較小,用本的毛利約40%被上述因素消耗掉了。(據筆者所知,方案運行的能耗將遠遠小于用CNG壓縮機直接壓上述情況在建成的CNG加氣站中較為普遍,筆者縮(進(jìn)氣壓力偏離設計值越遠,節能效果越顯著(zhù));所在城市的10個(gè)站中,大多設計進(jìn)氣壓力為04~(2)減少CNG系統及輔助系統的運行時(shí)間06MPa,而實(shí)際進(jìn)氣壓力在03MPa以下)。并確保其在最佳工況下運行,以提高該系統的可綜上所述,筆者將上述問(wèn)題歸納為以下3類(lèi):靠性,延長(cháng)其使用壽命;(1)進(jìn)氣壓力波動(dòng)幅度大,使壓縮機工況變(3)減少了相關(guān)人員的實(shí)質(zhì)工作時(shí)間?；?(2)實(shí)際進(jìn)氣壓力遠遠低于設計壓力;對于一些進(jìn)氣壓力低,排氣量要求較大,交(3)進(jìn)氣壓力過(guò)低,4級壓縮難以達到要求,而生貨周期較短的場(chǎng)合,用天然氣增壓機與CNG壓縮產(chǎn)5級壓縮的機器有困難或不合算機串聯(lián)應不失為一種即經(jīng)濟實(shí)惠,又安全可靠的針對上述問(wèn)題,筆者認為最簡(jiǎn)單易行,經(jīng)濟好辦法。性及可靠性均較好的方式是在上述CNG壓縮機前由于可用改變天然氣增壓機的壓比及排氣量再串聯(lián)一臺天然氣增壓機。來(lái)達到改變整個(gè)CNG系統的排氣量。故這種方法的適應性極為廣泛,甚至可以在進(jìn)氣壓力為負壓2天然氣增壓機的串聯(lián)方案時(shí)正常工作。例如一位用戶(hù)要求提供一套進(jìn)氣壓對于進(jìn)氣壓力波動(dòng)幅度大的場(chǎng)合,建議在壓力為0.056MPa,排氣量不小于600Nmh的CNG縮機進(jìn)口管道上安裝一截止閥,天然氣增壓機的壓縮機,交貨期為2個(gè)月,筆者認為按上述條件,進(jìn)氣口接在截止閥前,排氣口接在截止閥后。如如果沒(méi)有正好對應該工況的成熟機型,要在這么圖1所示。短的周期內新開(kāi)發(fā)一臺適應該工況的CNG壓縮機,難度較大,并且也不經(jīng)濟,其可靠性也難以臥如上m四啊保證。而用一臺排氣量大于600Nm沿h,進(jìn)氣壓力為0056MPa,排氣壓力為05MPa的單級增壓機態(tài)4與一臺進(jìn)氣壓力為05MPa,排氣壓力為25MPa排氣量為610Nmh的CNG壓縮機串聯(lián)。由于該田1CNG壓縮機系成熟機型,已經(jīng)過(guò)長(cháng)期運轉的考驗。當進(jìn)氣壓力達到或接近設計壓力時(shí),打開(kāi)截而一臺壓比為3.5的單級增壓機其結構簡(jiǎn)單,技止閥讓天然氣直接進(jìn)人CNG壓縮機;當供氣壓力術(shù)成熟,制造容易,造價(jià)低廉,將其與全壓縮系低于最低進(jìn)氣壓力設定時(shí),開(kāi)啟天然氣增壓機,統放在一個(gè)攔上,這樣,對用戶(hù)來(lái)說(shuō)即滿(mǎn)足了其關(guān)閉截止閥,讓天然氣經(jīng)增壓機將壓力增至設定技術(shù)要求及交貨周期,又節省了投資(該方案的的進(jìn)氣壓力,并經(jīng)冷卻后進(jìn)人CNG壓縮機。若將售價(jià)低于一臺同條件的5級壓縮的機器),圖3為截止閥選為氣動(dòng)或電動(dòng)閥門(mén),本系統可通過(guò)控制該機的布置圖。系統實(shí)現自動(dòng)切換。我們還可以利用增壓機來(lái)提高現有壓縮機的本方案可保證CNG壓縮機始終保持最佳工作排氣量(超過(guò)設計值)這是因為當壓縮機在每次運狀態(tài),確保其排氣量不變,縮短壓縮機工作時(shí)間。轉中大部分時(shí)間排氣壓力遠低于設計壓力,故其配對于實(shí)際壓力遠遠低于設計壓力的CNG站,套電動(dòng)機功率有較大富余。這時(shí)用增壓機將天燃氣進(jìn)氣管道)壓力提高到壓縮機進(jìn)口壓力標定值之上,可較大幅天然氣增壓機大事積沖器cNG壓縮機度的提高壓縮機的排氣量(在配套電機功率的許用因2值以?xún)?。我們可以利用電機電流變化的信號去控■2013年04期〔總第240期用與測試CNG壓縮機天然氣壓縮機L55/1-250天然氣壓縮機技術(shù)參數容積總量55m/min軸功率145kW(電機160kW)吸氣壓力0.IMPa排氣壓力25MPa電機轉速740rmin掃料6200k外型尺寸4000mm×1900mm×1900mm圖3制壓縮機的進(jìn)氣壓力,以獲得最佳工作工況。機,若CNG壓縮機停開(kāi)一臺或多臺,增壓機與CNG壓縮機的串聯(lián)使用則會(huì )出現嚴重的不匹配情3天然氣增壓機的結構形式?jīng)r。增壓機的排氣量會(huì )遠遠大于CNG壓縮機的吸對于增壓機的機型選擇,筆者認為仍以活塞氣量,若不采取措施,將會(huì )導致增壓機的排氣壓機為首選,雖然大排量高壓空壓機中現已多采用螺力提高,也意味著(zhù)CNG壓縮機的吸氣壓力升高。桿機增壓機與高壓活塞機相串聯(lián),而在CNG系統輕則造成兩機過(guò)載停車(chē),重則會(huì )造成壓縮機等設中,其增壓機的容積流量較小(多在26m/min左備的損壞。要解決這個(gè)問(wèn)題,可根據實(shí)際情況用右),我們知道,小排量并非螺桿機的強項,螺桿以下方法進(jìn)行匹配。機后置的油分離系統也增加了管理維護的難度。4.1回流另外,螺杄機的價(jià)格也遠遠高于活塞機,當然,即將多余的氣體從增壓機排氣口經(jīng)冷卻后回我們也不排除有條件的廠(chǎng)家采用螺桿機增壓機的沉到進(jìn)口,這種方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠,投資可能性。極少,只需一個(gè)壓力溢流閥門(mén)即可控制實(shí)現。但其缺點(diǎn)是能源浪費較大,因為回流的氣體都是經(jīng)4天然氣增壓機與CNG壓縮機的匹配過(guò)壓縮的,又讓其回到原來(lái)的進(jìn)氣狀態(tài),其壓縮功就白白浪費了,所以這種方式僅適用于短時(shí)期增壓機在CNG系統中的應用,即與CNG壓縮或少量回流的情況。機的串聯(lián)匹配使用有幾種方式,如1+1形,即一42變頻臺增壓機串聯(lián)一臺CNG壓縮機使用。這種串聯(lián)方即通過(guò)電機變頻方式改變增壓機的轉數,從式只要增壓機和CNG壓縮機的排氣量一致,它們而改變增壓機的排量。根據變頻電機的調節范圍之間的串聯(lián)就沒(méi)有匹配問(wèn)題(除非增壓機進(jìn)氣壓可使增壓機的排氣量在30%-100%之間任意變動(dòng)力有變化)。即使2臺機組的排量略有差異,也僅并可實(shí)現模糊控制,缺點(diǎn)是投資要大一些,調校困會(huì )使CNG壓縮機的吸氣壓力有輕微波動(dòng),這對往難一些,但其適應范圍廣,自動(dòng)化控制容易實(shí)現復壓縮機來(lái)講是可以自適應的。4.3停止部分氣缸工作但對于一臺增壓機配2臺以上的CNG壓縮對于多缸或雙作用增壓機可采用壓開(kāi)某缸或74|c團2013年04期(總第240期)■應用某側進(jìn)氣閥或直接拆除進(jìn)氣閥的方法來(lái)調整排氣此時(shí)管內壓力會(huì )降至02MPa左右;而當結算期一量,如一臺雙缸雙作用的單級增壓機,可用這種過(guò),則又會(huì )全開(kāi)閥門(mén),此時(shí)管內壓力則會(huì )上升并方式分別按25%,50%,75%和100%的排氣量來(lái)保持在12MPa。由于上游開(kāi)閥時(shí)并不通知該站,進(jìn)行調節。這種方式也較簡(jiǎn)單,投資低,但只能而此時(shí)額定吸氣壓力02MPa的增壓機還正在工分級調整。比較適合長(cháng)期需減少排氣量的情況。作,雖有吸氣壓力報警停機裝置,可裝置發(fā)生停也可和方法一一同使用,使其氣量調整范圍更寬。機反應也多少有個(gè)過(guò)程。雖然時(shí)間短暫,也有但在使用這種方法時(shí)要注意增壓機活塞力的平衡兩個(gè)行程,此間增壓機一級缸內壓縮過(guò)程中活塞增減給增壓機帶來(lái)的影響。力陡升,短短不到028的時(shí)間,增壓機一級活塞進(jìn)氣壓力變化對增壓機的影響,我們都若忽就已經(jīng)損壞。好在廠(chǎng)家其他運動(dòng)部件強度均富余略掉壓縮因子的影響,在一定范圍內壓縮機的進(jìn)度較大,才未造成巨大損失。氣壓力與排氣量基本成正比關(guān)系,即:針對上述情況,筆者認為對于進(jìn)氣管道壓力實(shí)際排量=額定排量x實(shí)際進(jìn)氣壓力額定進(jìn)氣壓力波動(dòng)較大的場(chǎng)合,無(wú)論是有無(wú)增壓機,均應在壓從上式我們可以看出當實(shí)際進(jìn)氣壓力小于額縮機進(jìn)口管路上加裝自動(dòng)限壓裝置,以免類(lèi)似事定進(jìn)氣壓力時(shí),實(shí)際排量小于額定排量,增壓機故再次發(fā)生。和CNG壓縮機的排量均小于額定排量,兩機的負載也小于額定負載。反之,當實(shí)際吸氣壓力大于5結論額定吸氣壓力時(shí),增壓機的排氣量也會(huì )上升。雖綜上所述,筆者認為采用天然氣增壓機與然對于增壓機排氣量的調節可用上節所述方式調CNG壓縮機串聯(lián),可以加大CNG系統的適宜范整,但對于因進(jìn)氣壓力大幅上升對增壓機活塞力圍,調整其排氣量,降低CNG壓縮機的設計和制的影響,是一個(gè)必須予以重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題造難度,從而降低其制造成本。用此技術(shù)對現已在業(yè)內由于進(jìn)氣壓力大幅上升造成的增壓機建成,但進(jìn)氣壓力波動(dòng)幅度大,壓力低于設計進(jìn)或CNG壓縮機損壞,甚至爆炸的事故已發(fā)生多氣壓力較多的CNC站進(jìn)行改造,可以提高其經(jīng)濟例。如湖南某CNG加氣站采用一臺吸氣壓力效益,增加設備的可靠性及使用壽命,同時(shí)還可02MPa,排氣壓力為1MPa的2機壓縮增壓機,以提高CNG壓縮機的通用性和標準化程度。愿該為2臺12MPa進(jìn)氣壓力的CNG壓縮機增壓。增技術(shù)的推廣應用能為我國的CNG事業(yè)增添光彩壓機投入運行后,竟在2個(gè)月內3次將增壓機級活塞壓裂。生產(chǎn)廠(chǎng)家反復計算并不斷更換材料,作者簡(jiǎn)介:胥晉(1951-),男,本科,高級工程師。畢業(yè)于西安交通大仍然無(wú)濟于事,不得已廠(chǎng)家只好派人蹲守在該站學(xué)現任自貢東方通用壓縮機有限公司總經(jīng)理兼總工程師主要研維修。這才發(fā)現該站的進(jìn)站氣體壓力因上游供氣兜方向為天然氣壓縮機及工業(yè)氣體壓縮機等:主要研究成果:雙向潤滑CNG壓縮機專(zhuān)利;可轉換為標準站壓縮機的專(zhuān)利證書(shū);帶滑道部門(mén)對其限量供應,當量已供夠,則會(huì )關(guān)閉閥門(mén),的CNG壓縮機機身專(zhuān)利。(上接第39頁(yè))3]周云龍,粱超基于EMD能量熵的離心泵汽蝕故障診斷解,得到了一系列突出信號局部特征的基本模態(tài)研究方法化工自動(dòng)化及儀表,2010,37(5):41-46函數,并計算各IMF分量熵值。對往復壓縮機氣4 UANGNE,ca. The Empirical Mode Decomposition and閥振動(dòng)信號的分析驗證了EMD和信息熵相結合在and Non-stationary提取信號特征過(guò)程中的有效性和準確性,為確診time Series Analysis [].Proc. R Soc. Lond. A, 1998, 454:903-995往復壓縮機氣閥故障提供了依據。參考文獻作者簡(jiǎn)介:王金東(1954)男,山東諸城市人,教授博士,研究方山]周教,王慶,劉文彬,等往復壓縮機故障診斷模型技向:機被設備故障診斷、石油機械系統工程。主持和參加國家自然基術(shù)研究及應用J壓縮機技術(shù),2012,(4):13-15金、國家支撐計劃、省科技攻關(guān)等省部級以上項目15項發(fā)表學(xué)術(shù)論2]康晨輝崔玲麗胥永剛等EMD熵值譜在軸承故障信文70余篇,出版著(zhù)作3部獲得實(shí)用新型專(zhuān)利授權3項,獲省部級以上號提取中的應用門(mén)振動(dòng)與沖擊,2010,29(S):204-206.科研教學(xué)獎勵7項■2013年04期(總第240期675