CNG加气站压缩机设备选型

CNG加气站压缩机设备选型254压缩机机组的选择需要注意技术和经济性两方面的问题,尤其要注意从整站建设的角度对所选机组的经济性进行衡量。1．技术方面应注意的要点(1)选择有、油润滑还是无油润滑压缩机毋庸置疑，无油润滑压缩机对气体的油污染是最小的，合理的选择应该是采用无油润滑压缩机；但由于国内自润滑材料的制约，要实现可靠性较高的无油润滑尚不成熟，虽然十多年前就有厂家进行过尝试，终究由于国内材料基础等多方面原因又恢复到有油润滑方案。从目前来讲，建议企业以可靠性为主选择有油和少油润滑压缩机，因为即使选择了无油机，由于建站标准和规范的要求，仍然需要在加气站中配置相应的干燥、分离设备，无法节省投资；相反会由于无油压缩机本身成本更高、运行费用和维修费用均高于有油润滑压缩机，而增加建站成本，甚至出现关键体填料、活塞环过早破损的情况。(2)选择水冷、风冷还是混冷压缩机这方面的选择，不同地区的厂家和企业最为关注，也是争论最为激烈的。客观地讲，冷却方式对于压缩机而言不存在技术上的先进性差异，我们更关注的应该是哪种方式更适用。虽然风冷方式一直被多数人认为具有一定的技术难度(主要是因为CNG压缩机的排气压力高，给冷却器的设计、制造带来了一定的难度)而显得它有先进性，但国内已有中石化江汉三机厂等单位借鉴原有引进的大型天然气压缩机组技术成功制造出全风冷橇装cNG压缩机组，为广大的北方用户提供了新的选择。在参考文献中作者通过国内外多种压缩机的实际运行得出的结论是具有代表性的。作者认为，要消除水冷机组的固有弊病，最好的办法是选择全风冷机组。有的企业认为，水冷机组的冷却效果要好于风冷机组。但只要我们稍加分析就会发现，这种看法实际上是片面性的：CNG压缩机在国外发展已有70多年历史，从最初的水冷、风冷两种冷却方式并存，演化到现今的绝大多数为风冷，说明两个问题，第一，国外成熟的机组技术更倾向于采用风冷，排气温度不存在过高的问题；第二，国内因为最初没有引进压缩机设计技术，而是一些厂家依托自身的高压空气压缩机技术进行改进设计的，并未针对天然气介质专门进行优化选择，造成了一种先入为主的效果，同时某些厂家出于自身产品宣传的需要过分强调水冷机组的表面好处，却有意回避了水冷机组的许多不足：结垢、腐蚀、增加运行成本等。因而造成目前大多数企业对国内压缩机组选择上的一些观念误区。可以证明，即使在南方选择全风冷机组也是可行的，我们可以从热力学的角度简单分析一下这个问题。CNG压缩机的压缩介质为纯度较高的天然气(主要成分为甲烷CH4，占90％以上)其压缩因子一般为1．29，远小于空气的1，4。这样，在压缩机设计过程中每级压缩之后排温就远比压缩空气时小，一般厂家在设计时限定每级排气温度(不经过冷却)小于160℃，而在实际设计中往往只有140℃左右，有的压缩级甚至不到100℃。所以，从热力学的角度讲，CNG压缩机的设计是非常保守和安全的。而且，用户们也不必要关心压缩机的每一级的排温，而只需要知道最后一级的排气温度就可以了。最后一级的排温对机组排出的压缩天然气的影响又有多大呢?用户最关心的是排气量，从热力学角度分析一下排气温度对排气量的影响：一般地，全风冷压缩机组最后一级排温高于环境温度10-12℃，极端一点，假设环境温度为39℃，那么压缩机的最终排气温度将达到51℃(尽管这种工况不多见，但我们可以说明一些问题)，假设同时运行的水冷机组最终排气温度为40℃，而其他参数的影响不计(近似计算)。针对最后一级压缩而言，适用气体过程方程：pV=mRT在排气压力p均为25MPa时，可知压缩气体容积y与排气温度r成正比，则在同样气缸工作容积下，实际压缩气体容积流量与温度r成反比，即V水冷／V风冷=T风冷／T水冷=(273+51)／(273+40)=1．035即大约仅比水冷机组40℃排气温度时容积流量减小3．5％。而全风冷机组在运行、维护费用方面却较水冷机组低许多，从长远经济角度考虑，选择全风冷机组更合理。至于温度问题，一般在加气站下游均会设置高压脱水装置，该装置会完成压缩天然气大部分的终极后冷和脱水作用，与采用水冷机组时的差别实际上是十分微小的。至于混冷机组，虽然避免了水冷机组的一些弊病，但仍旧无法消除冷却水结垢、腐蚀和泄漏之后引起的一系列问题。因而也不是最合适的方式，而只是针对某些特殊情况进行的一些改进措施。所以，综合国外机组技术主流和排气温度对排气量的影响的热力学分析，我们认为，全风冷压缩机组是CNG加气站建设的首要选择，也是国际国内CNG加气站的发展趋势。加气站的建设除了应该考虑一次性设备投资，更应该注意整站的运行、维护成本。(3)压缩机排气量是否越大越好加气站压缩机的排气量应该与所建CNG站需求的加气量基本匹配，不宜过大也不宜过小。这就像CNG汽车选择20MPa压力作为气瓶储气压力一样的道理，为什么不选用更高压力呢?更高压力不是在气瓶中可以储存更多的天然气吗?这是综合考虑到车用气瓶的容积／重量比以及降低CNG加气站运行成本所确定的优化结果。目前国内所建CNG加气站主要分为常规站和子母站两类。CNG的发展尚处于一种快速、不稳定的状态，局部地区的少数加气站负荷较大，但绝大多数加气站处于加气能力相对富裕的状况。由于多方面的原因，业主在上报计划和作可行性研究直到方案设计时所考虑的加气站加气能力大多被高估。这也是造成大多数业主盲目选择大排量压缩机的重要原因。其实，国际上对于加气站压缩机的排气量的选取并非随意而为，早期的300m3／h是根据客观分析得来的：一座高效率运行的加气站，气量过小无法满足加气车辆需求，气量过大则会造成机组频繁停机、起动，对压缩机设备及其他相关设备造成不必要的损害，还会影响电网中的其他用户。按5-10min为一辆汽车加气，以出租车为例，60L水容积的车载气瓶在压力20MPa状态下储气量为13．8m3(考虑到天然气的压缩因子)，采用加气量为300m3／h的压缩机直接加气需时13．8／300×60min=2．76min，所以，一台300m3／h的压缩机的加气站至少可以同时为两辆出租车加气。当然，实际加气时并非简单的直接加气，而应该考虑加气站气库容量以及为提高气库利用效率选择的优先顺序控制系统的良好等因素。但一台300m3／h的压缩机即可满足2辆小车加气却是基本事实，过大的压缩机排量将会导致加气站压缩机的频繁起动停机，不利于机组正常工作。所以我们认为，在目前局部少数地区可以选择排量600-650m3／h的压缩机，已经足够满足4辆汽车(亦即4部加气机)同时加气(这种极限状态相信在任何地区都不多见)，而更多的情况下小于600～650m3／h的压缩机也足以满足加气需求，不必盲目追求压缩机大排量。所以，常规站选择600～650m3／h的压缩机是最佳方案，有一些进气压力较低的地区选择同样功率的压缩机组也能达到500m3／h以上的排气量，足够满足加气需求。对于子母站也适用同样的道理，考虑到加气站实际处理气量和车辆、转运车等综合因素，目前比较合理的母站压缩机排气量选择应该为2500～4500m3／h，配置两台压缩机为宜。如某地油气混合站的日处理气量8000m3左右，日工作时间8h左右，单台1250m3／h的压缩机已经足够完成天然气的压缩(另一台作为备机)。所以，片面追求加气站排气量将会带来投资的巨大浪费，业主们在投资建站之前一定要仔细分析站的容量，大排量压缩机在运行成本上无疑会超出小排量机组，导致浪费。在电力增容、电费、易损易耗件等方面的成本也会大大增加。2．经济性方面应注意的要点我们对国内比较典型的压缩机组结合加气站常规站整站进行以下对比分析。数据的采集依据的是一定时期的样本数据，仅供参考。从对比可以看出，排除与机组无关的电力增容等因素，选用三种不同冷却方式配置的机组在总体费用方面相差不多，全风冷机组甚至还略低。而全风冷机组在集成度方面无疑要好于另外两种非橇装机组。在智能化控制方面也大大优于其他机组。另外，采用集成度很高的PLc控制系统能大大减轻操作人员工作量和工作强度，降低运行控制成本，提高安全性。除了以上一次性固定投资的对比之外，机组的后期费用也是业主们必须注意的。在后期运行中，坚持选择高可靠性易损件理念使得全风冷机组的阀件、活塞环的更换周期分别达到8000h和4000h以上，同时免除了全水冷机组对于冷却水系统的经常维护，消除了结垢和腐蚀带来的更多事故隐患。全风冷橇装机组占地面积小，安装简单，免除了在寸土寸金的城市建设专用厂房的费用。只需要搭设简易遮阳棚即可满足建站要求，同时提高了加气站机组安全性能。所以，从整站建设的经济性考虑，全风冷机组也是最佳选择。