天然气技术CNG压缩机的能耗与节能分析朱小华王龙龙（中国石油西南油气田公司销售分公司）缩过程中，CNG压缩机的冷却效果直接关系到其级间温度的控制，而级间温度对压缩机效率影响较大。为此，分析了级间温度与能耗的关系和多级压缩*佳压缩比与冷却条件的关系，得出了冷却条件的改善可以降低能耗以及在给定的冷却条件下可以确定多级压缩*佳压缩比的结论。
CNG压缩机能耗级间温度冷却*佳压缩比新津站压缩天然气（CNG）作为一种清洁环保的能源，其利用将带来良好的经济和社会效益。但是，由于我国CNG技术的起步较晚，CNG加气站工艺流程不合理及CNG压缩机整体性能不够优良，导致其系统运行能耗高、效率低，增加了CNG加气站运营成本，严重制约了CNG行业的发展。为了提高CNG加气站的技术水平和综合效益，有必要系统分析其运行能耗情况，以研究制定节能降耗的改进措施。CNG压缩机作为核心部件，其能耗是加气站能耗的主要影响因素，因此，对其能耗过程进行研究并提出节能降耗措施具有现实意义。
笔者通过对西南油气田分公司所属的CNG加气站以及遂宁、南充两市CNG加气站的调研发现：现有CNG加气站由于配用动力大、运行时间长、耗电量多、冷却用水量大以及模块化设计和建设存在原始缺陷等原因，使得压缩机组、系统流程配置、参数监控、自动调节等重要环节不合理，导致系统运行能耗高、效率低，给CNG生产与运营带来了巨大的压力。
以该公司所属的4座CNG加气站（新津站、乐山1站、乐山2站、雅安站）为例，四川省节能技术服务中心分别于2006年7月与2007年5月对这4座加气站的压缩机组进行了节能监测与复测，其检测结果如所示，表明其机组效率均偏低。
机组效率60.00%乐山1站乐山2站雅安站A机组雅安站B机组机组名称CNG加气站调研情况经预处理的天然气通过进站过滤、计量、调压后，以一定压力进人天然气深度脱水装置，使天然气水露点达到标准（GB18047 -2000车用压缩天然气），而后经洗涤罐进人天然气压缩机进行多级压缩，使其压力达到25MPa，通过优先顺序控制盘进人高、中、低压3组储气瓶暂时存储，而后经过优先顺序控制盘、加气机（或由压缩机直供气）对天然气汽车充气。当储气瓶中的气量低于压缩机的启动设置点时，压缩机重新启动，重复上述过程。
CNG压缩过程的理论循环包括以下3个假设：①气缸没有余隙而且密封良好，气阀开关及时；②气体在吸排气过程中状态不变，即吸气时状态同于气体被吸人前的状态，排气时状态同于压缩终了时的状态；③气体被压缩时是按不变的压缩过程指数值进行。
址：（610017）四川省成都市玉沙路往复式压缩机的理论循环如所示：CNG压缩机的理论循环压缩机的理论循环包括等温循环、绝热循环和多变循环3种形式。
所谓等温循环是指气体在压缩过程中温度始终保持不变，压缩过程曲线AB的方程PV为常数。对等温压缩过程，1kg理想气体所消耗的循环功在中以ABCDA表示。
在绝热循环的压缩过程中，气体同外界没有热交换。气体绝热压缩过程曲线的方程式分理想气体和实际气体两种情况。对于理想气体：为常数，k为气体绝热指数；对于实际气体：为常数，k，。为容积绝热指数。
CNG压缩理论循环为多变循环。所谓多变循环是指压缩气体与外界有热交换，在中多变压缩曲线AB'方程PF‘为常数，n为多变过程压缩指数，在压缩机中可以看成1 三、CNG压缩机能耗参数优化1.级间压缩温度与效率的关系CNG压缩理论循环为多变循环，级间压缩过程的终点温度计算如下：终点的压强，Pa；T，乃为气体压缩始点和终点的温n的选择将影响到压缩机实际排气温度和计算排气温度的偏差，以及实际所耗功率同计算功率的偏差多变压缩1kg理想气体的循环功为：多变压缩1kg实际气体的循环功为：以便求得计算公式。当已知气缸压力指示图和机器转速时，指示功率表示为：用气缸应为两侧气缸工作容积之和，m3；n为过程指数，低压级n=（0.95~0.99）k，高压级可取n=k；芦'、P2'分别为平均实际吸、排气压力，Pa；实际压缩比，从以上推导可以得出，绝热循环功耗*大，等温循环功耗*小，多变循环介于两者之间。等温过天然气技术/57程实际上是不存在的，但将其与实际压缩过程比较，可以判定实际过程的经济性。任意级的进气温度由于冷却不完善而使该级进气温度升高时，会使该级功耗也增加，第二级进气温度比**级进气温度每增加3会使第二级功耗增加约1%.因此，为了降低功耗应降低该级的进气温度，即要改善该级前的冷却效果。 现有CNG压缩机为多级冷却，冷却介质为水，并且采用列管式冷却器，以某CNG加气站为例，其级间人口、出口温度如表1所示。各级的级间出、人口温度变化较大，表明该压缩机的级间热交换器的工作效果有待调整与改变，以提高运行效率。 通过以上分析得知，级间温度对压缩机效率影响较大，级间温度的控制直接和压缩机冷却效果相表1某CNG加气站压缩机各级压缩入、出口温度表（T第i级压缩人口温度出口温度关，但是改善级间冷却时要注意：改善冷却不应增加冷却器的阻力，否则有可能得不偿失。冷却反映在后一级的收益，阻力反映在前一级的损耗。若后一级的收益大于前一级的损耗，则机器功耗有所降低，若前一级的损耗大于后一级的收益，则功耗反而会增加。 对于现场的压缩机，在运行中如果冷却水温降低或水耗量增大也能使中间冷却效果改善，但这将引起级间压力改变，对级间功耗影响较复杂。 一个两级压缩机在运行中若级间冷却改善，则级间压力降低，由此**级压力降低功耗减少，第二级压力提高功耗增加。一般情况下，压力改变功耗的增加值要小于冷却改变功耗的降低值，故机组的能耗还是会降低。 2.多级压缩*佳压缩比温度对一定结构活塞式压缩机的压缩比有较大影响，目前多级压缩*佳压缩比的分配是按中间冷却器效果完善（即冷却到第1级的吸气温度，同时不考虑中间冷却时存在的压力损失）、压缩机理论功耗为*小值时确定的，即各级压比相等时，压比分配为*佳。但实际情况并非如此，由于实际中间冷却效果不一定完善，同时有一定压力损失的存在，下面就讨论如何根据压缩机理论功耗*小来确定*佳压比。 在3级压缩过程中，假设各级多变指数相等且为n，可得：第1、2、3级的参数；e为总压比；e，分别为第1、2、3级的压比；为级间相对压力损失，即下一级吸气压力与上一级排气压力之比，为第2级吸气压力与第1级排气压力之比，心为第3级吸气压力与第2级排气压力之比；R为气体常数；I、T，2分别为中间冷却介质流人、流出温度，K；E为热容量之比，￡= C，C，分别为被压缩气体及中冷介质的定压比热，l/（kgI；m气、m冷分别为被压缩气体及中冷介质的质量流量，kg/s；a为系数，=￥%，下标1、2分别表示第1、2级的参数；B为中冷的换热率，相当于单位有效温差，从单位排气量中带走的热量；q，为单位排气量所消耗的中冷介质量。 对中间冷却进行热平衡分析，可得：（1）中间冷却温度在t2=t3且为常数的条件下求*佳压缩比由=且1=可得功耗*小的压比分ds！ds2配关系为：由此可见，3级压缩与2级压缩相反，随T升高，第1级应少压，第2、3级则应多压。从，都将较大地降低功耗。 间温度对能耗的影响，冷却条件的改善可以降低能耗，改变效率低的现状。 功*小时压缩机的各级压比分配。 卜1由于Tf/U），因此确定值可采用迭代计算法：综上所述，不同冷却条件下，多级压缩的*佳压比分配并不相同，即*佳压比的分配与冷却条件有关。压缩比与能耗的关系有：随着多变压缩指数n的增加，不同冷却条件下第1级的*佳压比变化并不相同，偏离极值点会引起功耗的增加；随n的减小或T2的降低（B增加），无论强化级间冷却（B增加）还
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