1 原有活塞往复式压缩机压缩工艺
活塞往复式压缩机常用的一种驱动方式是电动机驱动,设计时,电动机的额定输出功率要大于活塞往复式压缩机10%,再按电机输出功率标准规格.取上限值来确定电动机。而活塞往复式压缩机在运行时通常是根据用户要求,在不同的工况f入口压力,出口压力,气体流量等)下,设计成不同的压缩级数.压缩机将气体从一个较低的入口压力逐级压缩后升到一个较高的出口压力。压缩级从第一级到末级连续式消耗运行,而此时电动机输出功率基本上是一个定值。
举例如下:
工况是海拔0m,大气压力0.1MPa.环境温度37.8℃,人口压力1MPa,出口压力25MPa.气体流量2 754Nm3/h.
所设计的压缩机是卧式4级4列对称平衡型.见图1所示.
具体参数如表l、表2。
所选电动机的额定输出功率为316.6×1.1:348kW.取标准规格370kw。
由表3中的参数我们可以看出.活塞往复式压缩机在天然气入口压力是1MPa,经活塞往复式压缩机压缩后出口压力是20MPa.气体流量2 754m‰时运行,如果按压缩级从第一级到第四级连续工作.将在出口压力达到20MPa时的气体直接充人用户的储气容器中,所消耗的电功率是每小时370kw.此时排1Nm3气体、所消耗的功率是3j0/2 754:0.134kW。
冲程长度
(cm) |
连杆长度
(ct) |
额定活塞杆气体盘荷
(kg) |
额定活塞杆净负荷
(kg) |
7.62 |
2L 59 |
5 897 |
4 990 |
表1
2改进的活塞往复式压缩机压缩工艺
将活塞往复式压缩机由各级连续式消耗电功率改成阶梯式消耗电功率。由于活塞往复式压缩机在压缩气体时各级消耗的电功率不同,并按压缩级的升高而逐级叠加,而用户的储气容器在达到所要求的储气容积时,在不同的充气压力点.所需要的时间不同,所消耗的电功率也不同。因此我们设计了一种新的控制方法将活塞往复式压缩机由各级连续式消耗电功率改成阶梯式消耗电功率。
仍以上面的例子来说明:
为便于计算和说明问题,我们假设拖车内压力O.2MPa,水容积2 754/200=13.77m3,车内有天然气2×13.77=27.54 Nm3.
当活塞往复式压缩机第一级将天然气从lMPa压缩到2.4x0.9=2.16MPa=21.6kg/em2,在用户的储气容器达到21.6kg/cm时.再转换到两级压缩.我们把这个时间段定义为状态一.
状态一完成时,压缩机向车内充人天然气21.6×13.77=297.4—27.54=270 Nm’.完成状态一所用的时间为270/2 754=0.098h。活塞往复式压缩机第一级轴功率经计算为94.86X0 9=85.37kW.完成状态一所做的功为85.37X0.098=8.37kw.h.
当活塞往复式压缩机第二级将天然气从2.16MPa压缩到5.29x0.9=4.76MPa,=47.6 kg,cm2在用户的储气容器达到47.6 kc/era~时.再转换到三级压缩,我们把这个时间段定义为状态二。
表2
排气流量
(mJ/h) |
标准大气压
(MPa) |
常温
(℃) |
消耗功率
rm |
转速
|
单捧量功率
tVO |
2754
|
0101
|
15.6
|
备级功率总和
316,6 |
1 485
|
排1Nm’气所消
耗的功率0115kW |
状态二完成时,压缩机向车内充入天然气47.6x13.77=655.45-297.4=358Nm3.完成状态二所用的时间为358/2 754=0.13h。活塞往复式压缩机第二级轴功率经计算为181x0.9=162.77kW,完成状态二所做的功为162.77x0.13=21.16 KW.h。
当活塞往复式压缩机第三级将天然气从4.76MPa压缩到13.35x0.9=12MPa=120 kg&mj在用户的储气容器达到120 k加m。时,再转换到四级压缩.我们把这个时间段定义为状态三。
状态三完成时,压缩机向车内充人天然气120x13.77=1652.4-655.45=997Nm3,完成状态三所用的时间为997/2 754=0.36h,活塞往复式压缩机第三级轴功率经计算为277.2x0.9=249.5kW,完成状态三所做的功为249.5x0.36=90k.h。
当活塞往复式压缩机第四级将天然气从12MPa压缩到20MPa=200 kg/cm2,在用户的储气容器达到200kg/cm2时,我们把这个时间段定义为状态四。
状态四完成时。压缩机向车内充人天然气200x13.77=2 754-1 652.4=1101.6 N一.完成状态四所用的时间为1 101.6/2 752=0.4h,活塞往复式压缩机第四级轴功率经计算为316.6 kW,完成状态四所做的功为316.6x0.4=126.64kW.h。
我们将活塞往复式压缩机各级压缩所消耗功叠加
(8.37+21.16+90+126.641×1.1=270.8kW-h
即(O.098+0.13+0.36+0.4)=1小时所消耗的功率是270.8kW。
由此我们可以算出阶梯式比连续式活塞往复式压缩机运行1h可节约(1-270.8/370)=27%的能耗。
注:
f11乘0.9的系数是为了使压缩机级间实现平稳的转换。
f21由于我们采用的是变频控制电机驱动,使电机的输出功率与压缩机的轴功率相匹配。
f31考虑到各阶梯段单独工作时压缩机实际输出的轴功率比连续式算出的功率高3%和因加气时间延长约7%所消耗的功率,所以用理论值乘1.1的系数。
压缩级数 |
1 |
2 |
3 |
4 |
总进口压力(mpa) |
1 |
进气压力船(mpa) |
0.956 |
2.40l |
5 29 |
13 5 |
气缸排气压力(mpa) |
2.48 |
5 46 |
13 77 |
2n 62 |
级(冷却后)排气压力
(mpa) |
2 4
|
5.29
|
13.35 |
20
|
比例(压缩比) |
2 44 |
2 23 |
2.37 |
1 54 |
工艺气进气K值 |
l 26 |
1.249 |
1.249 |
l_24g |
进气温度(℃) |
26 667 |
48.889 |
48.889 |
48.889 |
气缸排气温度(C) |
95 37 |
110.34 |
121.4 |
80.7 |
总排气口(冷却后)
温度(℃) |
48.889 |
进气压缩系数 |
0.974 |
0 g53 |
O 905 |
0,823 |
气缸摊气压缩系数 |
0.97 |
O.95 |
O.93 |
|
排气冷却后压缩系数 |
0,954 |
0.905 |
0.8'93 |
0.833 |
堆小容积效率(%) |
79.55 |
80 51 |
76 9 |
91.5 |
平均容积效率% |
8n 07 |
80.83 |
86.1 |
91.5 |
压缩效率% |
85.3l |
87.56 |
90 |
89 3 |
功率(kw) |
94 86 |
86 |
96.5 |
39 4 |
卸荷功率(KW) |
0 |
总排气量(m3/h) |
2 754 |
3经济效益
国外有公司提出,天然气进销价差0.08美元/N一是CNG加气站经营的临界值,我国CNG加气站目前仅接近或低于这个值,为此提高经济效益是当前的紧迫问题。
仍以上例来分析:
用原有活塞往复式压缩机压缩工艺,气体流量2 754Nm‰.电动机的额定输出功率370kW,排1N一气体、所消耗的功率0.134kW。如果压缩机1天工作20h,排气量2 754x20=54 800 Nm3/d,所消耗的电功率为54 800xO.134=7 343kW/d。用新的活塞往复式压缩机压缩工艺:可节省7 343x0.27=l 983kW/d的电功率,按1度电0.8元计算.可节省1 983x0.8=0.16万元/d,以1年350天计算.可节省0.16~350=56万元,年。既1年1个CNG加气母站成撬设备盈利可增加56万元。
要提高经济效益,选用节能型压缩机,运行中充分发挥其能力是减少运营费用的****方案。
4结论
将活塞往复式压缩机由各级连续式消耗电功率改成阶梯式消耗电功率,这是一种新的控制CNG加气母站功率消耗的方法,该方法是通过压缩机分级压缩时.按压缩级从第一级到末级连续式消耗运行所需要的功率,改成阶梯式消耗活塞往复式压缩机在运行时所需要的功率,即根据活塞往复式压缩机在压缩到不同的充气压力点时,所消耗的功率也不同这一特点.采用第一级将气体从某一压力压缩到第一级压缩比设定的90%压力,消耗的是第一级运行所需要的电动机输出功率,在到达第一级压缩比设定的压力点时,转换成第二级压缩,……,以此类推.直至完成末级压缩。这种阶梯式消耗功率比连续式减少约27%的电能消耗,此技术不仅应用于CNG加气母站.还可以应用于石油、化工等领域.总之对于
应用活塞往复式压缩机的所有用户减少运营费用,节能降耗具有重大意义。