天然气增压机在CNG系统中的应用

用与测试文章编号:1006-2971(2013)04-0072-04天然气增压机在CNG系统中的应用胥晋自贡东方通用压缩机有限公司,四川自贡64300摘要:介绍了CNG压缩机依据供气条件的不同,要在其前再串联一台天然气增压机,闸述了串联方案及根据实际情况应用几种方法进行匹配。关键词:CNG压缩机;增压机;串联;匹配中图分类号:TH457文献标志码: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压缩机前串联增压机的客观要求另有一些加气站的供气压力在01MPa以下随着天然气汽车的推广应用,我国的CNG加(如孟加拉和巴基斯坦的供气压力多为气站用设备的生产厂家也在不断增多,尤其是0056-01MPa)。这就使得国内普遍生产的4级压CNG压缩机的生产厂家由原来的两三家迅速发展缩的机器,大多因压比过大,导致排气温度上升,到了十几家。虽然生产厂家增加了,但几乎所有可靠性能下降,且普遍排气量偏小不能很好的满厂家都按标准站:3、4级压缩(母站三级压缩,足客户的要求,虽然有些厂家针对情况专门设计子站两级压缩)模式来进行。生产了5级压缩的机器,但其成本和可靠性均不由于每个CNG加气站的供气条件各不相同,尽人意。且同一个加气站每季、每月、甚至每天的供气压为了应对上述的不同情况,厂家不得不生产力(即CNG系统的进气压力)均会出现大幅度的适应各种进气压力以及各种排气量的压缩机,有变化,如:白天压力低,晚上压力高,一些供气的厂家甚至采取了一站一套设计的方法。这就使管线与民用气管线合用的站甚至会出现早、中、得CNG压缩机主要零部件的通用化、标准化程度晚3餐做饭时间供气压力极低的现象。而一些加很低,从而使其生产加工的难度增大,成本增高。气站在设计时只考虑了供气管线的静态压力,当即使如此,我们仍然不能适应各加气站供气压力压缩机开始工作后,其进气压力下降幅度远远偏的变化。由于CNG压缩机长期偏离设计工况运离设计工况。有的站建成时供气压力正常,但随行,使得其工作效率及使用寿命降低,运行成本增着同管网用气客户的增多,其供气压力逐年下降,加。以某CNG加气站为例:该站设计进气压力为无法达到设计要求,有的CNG站几乎从运行开始06MPa,配排气量为60Nmh及1020Nm沿h的的那天起,就没有达到设计要求。压缩机各一台。在试运行期间每天销售6000Nm3天然气。这样,按设计工况,该站只需开600Nmh收稿日期:2013-07-05的压缩机10h左右,或开1020Nm3/h的压缩机72|c们团2013年04期(总第240期)口应用与测g6h左右即可满足售气需求。然而,该站试运后,可将天然气增压机直接串联在CNG压缩机前面其进气压力只能达到025MPa左右,这就使该压将天然气压力提高到设计进气压力,并经冷却后缩机的排气量只能达到其设计要求的一半,从而使送至CNG压缩机,如图2。该站的CNG压缩机及相关系统的运行成本大幅度采用本方案的优点是上升,使其寿命几乎缩短一倍,经初步测算,该站(1)由于天然气增压机的电机功率较小,用本的毛利约40%被上述因素消耗掉了。(据笔者所知,方案运行的能耗将远远小于用CNG压缩机直接压上述情况在建成的CNG加气站中较为普遍,笔者缩(进气压力偏离设计值越远,节能效果越显著);所在城市的10个站中,大多设计进气压力为04~(2)减少CNG系统及辅助系统的运行时间06MPa,而实际进气压力在03MPa以下)。并确保其在最佳工况下运行,以提高该系统的可综上所述,笔者将上述问题归纳为以下3类:靠性,延长其使用寿命;(1)进气压力波动幅度大,使压缩机工况变(3)减少了相关人员的实质工作时间。化大;(2)实际进气压力远远低于设计压力;对于一些进气压力低,排气量要求较大,交(3)进气压力过低,4级压缩难以达到要求,而生货周期较短的场合,用天然气增压机与CNG压缩产5级压缩的机器有困难或不合算机串联应不失为一种即经济实惠,又安全可靠的针对上述问题,笔者认为最简单易行,经济好办法。性及可靠性均较好的方式是在上述CNG压缩机前由于可用改变天然气增压机的压比及排气量再串联一台天然气增压机。来达到改变整个CNG系统的排气量。故这种方法的适应性极为广泛,甚至可以在进气压力为负压2天然气增压机的串联方案时正常工作。例如一位用户要求提供一套进气压对于进气压力波动幅度大的场合,建议在压力为0.056MPa,排气量不小于600Nmh的CNG缩机进口管道上安装一截止阀,天然气增压机的压缩机,交货期为2个月,笔者认为按上述条件,进气口接在截止阀前,排气口接在截止阀后。如如果没有正好对应该工况的成熟机型,要在这么图1所示。短的周期内新开发一台适应该工况的CNG压缩机,难度较大,并且也不经济,其可靠性也难以卧如上m四啊保证。而用一台排气量大于600Nm沿h,进气压力为0056MPa,排气压力为05MPa的单级增压机态4与一台进气压力为05MPa,排气压力为25MPa排气量为610Nmh的CNG压缩机串联。由于该田1CNG压缩机系成熟机型,已经过长期运转的考验。当进气压力达到或接近设计压力时,打开截而一台压比为3.5的单级增压机其结构简单,技止阀让天然气直接进人CNG压缩机;当供气压力术成熟,制造容易,造价低廉,将其与全压缩系低于最低进气压力设定时,开启天然气增压机,统放在一个攔上,这样,对用户来说即满足了其关闭截止阀,让天然气经增压机将压力增至设定技术要求及交货周期,又节省了投资(该方案的的进气压力,并经冷却后进人CNG压缩机。若将售价低于一台同条件的5级压缩的机器),图3为截止阀选为气动或电动阀门,本系统可通过控制该机的布置图。系统实现自动切换。我们还可以利用增压机来提高现有压缩机的本方案可保证CNG压缩机始终保持最佳工作排气量(超过设计值)这是因为当压缩机在每次运状态,确保其排气量不变,缩短压缩机工作时间。转中大部分时间排气压力远低于设计压力,故其配对于实际压力远远低于设计压力的CNG站,套电动机功率有较大富余。这时用增压机将天燃气进气管道)压力提高到压缩机进口压力标定值之上,可较大幅天然气增压机大事积冲器cNG压缩机度的提高压缩机的排气量(在配套电机功率的许用因2值以内)。我们可以利用电机电流变化的信号去控■2013年04期〔总第240期用与测试CNG压缩机天然气压缩机L55/1-250天然气压缩机技术参数容积总量55m/min轴功率145kW(电机160kW)吸气压力0.IMPa排气压力25MPa电机转速740rmin扫料6200k外型尺寸4000mm×1900mm×1900mm图3制压缩机的进气压力,以获得最佳工作工况。机,若CNG压缩机停开一台或多台,增压机与CNG压缩机的串联使用则会出现严重的不匹配情3天然气增压机的结构形式况。增压机的排气量会远远大于CNG压缩机的吸对于增压机的机型选择,笔者认为仍以活塞气量,若不采取措施,将会导致增压机的排气压机为首选,虽然大排量高压空压机中现已多采用螺力提高,也意味着CNG压缩机的吸气压力升高。杆机增压机与高压活塞机相串联,而在CNG系统轻则造成两机过载停车,重则会造成压缩机等设中,其增压机的容积流量较小(多在26m/min左备的损坏。要解决这个问题,可根据实际情况用右),我们知道,小排量并非螺杆机的强项,螺杆以下方法进行匹配。机后置的油分离系统也增加了管理维护的难度。4.1回流另外,螺杄机的价格也远远高于活塞机,当然,即将多余的气体从增压机排气口经冷却后回我们也不排除有条件的厂家采用螺杆机增压机的沉到进口,这种方式的优点是简单、可靠,投资可能性。极少,只需一个压力溢流阀门即可控制实现。但其缺点是能源浪费较大,因为回流的气体都是经4天然气增压机与CNG压缩机的匹配过压缩的,又让其回到原来的进气状态,其压缩功就白白浪费了,所以这种方式仅适用于短时期增压机在CNG系统中的应用,即与CNG压缩或少量回流的情况。机的串联匹配使用有几种方式,如1+1形,即一42变频台增压机串联一台CNG压缩机使用。这种串联方即通过电机变频方式改变增压机的转数,从式只要增压机和CNG压缩机的排气量一致,它们而改变增压机的排量。根据变频电机的调节范围之间的串联就没有匹配问题(除非增压机进气压可使增压机的排气量在30%-100%之间任意变动力有变化)。即使2台机组的排量略有差异,也仅并可实现模糊控制,缺点是投资要大一些,调校困会使CNG压缩机的吸气压力有轻微波动,这对往难一些,但其适应范围广,自动化控制容易实现复压缩机来讲是可以自适应的。4.3停止部分气缸工作但对于一台增压机配2台以上的CNG压缩对于多缸或双作用增压机可采用压开某缸或74|c团2013年04期(总第240期)■应用某侧进气阀或直接拆除进气阀的方法来调整排气此时管内压力会降至02MPa左右;而当结算期一量,如一台双缸双作用的单级增压机,可用这种过,则又会全开阀门,此时管内压力则会上升并方式分别按25%,50%,75%和100%的排气量来保持在12MPa。由于上游开阀时并不通知该站,进行调节。这种方式也较简单,投资低,但只能而此时额定吸气压力02MPa的增压机还正在工分级调整。比较适合长期需减少排气量的情况。作,虽有吸气压力报警停机装置,可装置发生停也可和方法一一同使用,使其气量调整范围更宽。机反应也多少有个过程。虽然时间短暂,也有但在使用这种方法时要注意增压机活塞力的平衡两个行程,此间增压机一级缸内压缩过程中活塞增减给增压机带来的影响。力陡升,短短不到028的时间,增压机一级活塞进气压力变化对增压机的影响,我们都若忽就已经损坏。好在厂家其他运动部件强度均富余略掉压缩因子的影响,在一定范围内压缩机的进度较大,才未造成巨大损失。气压力与排气量基本成正比关系,即:针对上述情况,笔者认为对于进气管道压力实际排量=额定排量x实际进气压力额定进气压力波动较大的场合,无论是有无增压机,均应在压从上式我们可以看出当实际进气压力小于额缩机进口管路上加装自动限压装置,以免类似事定进气压力时,实际排量小于额定排量,增压机故再次发生。和CNG压缩机的排量均小于额定排量,两机的负载也小于额定负载。反之,当实际吸气压力大于5结论额定吸气压力时,增压机的排气量也会上升。虽综上所述,笔者认为采用天然气增压机与然对于增压机排气量的调节可用上节所述方式调CNG压缩机串联,可以加大CNG系统的适宜范整,但对于因进气压力大幅上升对增压机活塞力围,调整其排气量,降低CNG压缩机的设计和制的影响,是一个必须予以重点关注的问题造难度,从而降低其制造成本。用此技术对现已在业内由于进气压力大幅上升造成的增压机建成,但进气压力波动幅度大,压力低于设计进或CNG压缩机损坏,甚至爆炸的事故已发生多气压力较多的CNC站进行改造,可以提高其经济例。如湖南某CNG加气站采用一台吸气压力效益,增加设备的可靠性及使用寿命,同时还可02MPa,排气压力为1MPa的2机压缩增压机,以提高CNG压缩机的通用性和标准化程度。愿该为2台12MPa进气压力的CNG压缩机增压。增技术的推广应用能为我国的CNG事业增添光彩压机投入运行后,竟在2个月内3次将增压机级活塞压裂。生产厂家反复计算并不断更换材料,作者简介:胥晋(1951-),男,本科,高级工程师。毕业于西安交通大仍然无济于事,不得已厂家只好派人蹲守在该站学现任自贡东方通用压缩机有限公司总经理兼总工程师主要研维修。这才发现该站的进站气体压力因上游供气兜方向为天然气压缩机及工业气体压缩机等:主要研究成果:双向润滑CNG压缩机专利;可转换为标准站压缩机的专利证书;带滑道部门对其限量供应,当量已供够,则会关闭阀门,的CNG压缩机机身专利。(上接第39页)3]周云龙,粱超基于EMD能量熵的离心泵汽蚀故障诊断解,得到了一系列突出信号局部特征的基本模态研究方法化工自动化及仪表,2010,37(5):41-46函数,并计算各IMF分量熵值。对往复压缩机气4 UANGNE,ca. The Empirical Mode Decomposition and阀振动信号的分析验证了EMD和信息熵相结合在and Non-stationary提取信号特征过程中的有效性和准确性,为确诊time Series Analysis [].Proc. R Soc. Lond. A, 1998, 454:903-995往复压缩机气阀故障提供了依据。参考文献作者简介:王金东(1954)男,山东诸城市人,教授博士,研究方山]周教,王庆,刘文彬,等往复压缩机故障诊断模型技向:机被设备故障诊断、石油机械系统工程。主持和参加国家自然基术研究及应用J压缩机技术,2012,(4):13-15金、国家支撑计划、省科技攻关等省部级以上项目15项发表学术论2]康晨辉崔玲丽胥永刚等EMD熵值谱在轴承故障信文70余篇,出版著作3部获得实用新型专利授权3项,获省部级以上号提取中的应用门振动与冲击,2010,29(S):204-206.科研教学奖励7项■2013年04期(总第240期675