集氣站壓縮機節能改造技術探討

楊帥

摘 要：近年來，隨著對空氣質量要求的提高，國家的環保政策越來越嚴，政府相關部門治理環境污染的力度也進一步加大，天然氣加氣車輛日益增多，一座座加氣站如雨后春筍般建立起來。但隨著燃料車、充電車等的普及，如何使加氣站降本增效變得尤為重要。本文通過將某能源公司集氣站壓縮機主電機改造為永磁同步電動機，進而分析其節能效益。結合集氣站天然氣壓縮機組使用情況， 分析了采用不同氣量調節方式進行節能改造的可行性， 經對比分析， 推薦采用液壓可變余隙氣量調節裝置。

關鍵詞：集氣站;壓縮機;節能改造;氣量調節方式

油氣田進入開發后期， 產氣量受輸氣壓力和用戶用氣情況的影響而隨時發生變化， 按照原來生產規模設計的天然氣壓縮機組， 需要通過旁通打回流運行才能解決輸氣量的變化問題， 存在很大的能量浪費， 因而需要節能改造。結合集氣站天然氣壓縮機組出現的運行問題， 分析了采用不同氣量調節方式進行節能改造的可行性， 提出和確定了液壓可變余隙調節法作為節能改造的方案， 并對改造內容進行了詳細介紹。對比改造前后壓縮機組的運行功率發現， 改造后壓縮機組節能效果明顯。

1概況

母站為用戶提供槽車氣源，站內壓縮機多采用三相異步電動機且功率較大，耗電量大，電費支出在運行成本中占有很大比例。因此，對壓縮機電機節能改造進行研究就變得很有意義，考慮到站內槽車充裝的過程使壓縮機有很長一段時間處于輕載工作狀態，且異步電機在輕載狀態效率極低，電能損耗極大，但使用同步電機能很好地解決這一問題，文中主要就CNG母站壓縮機異步電機改造為同步電機實現的節能效益進行分析。集氣站是將進氣壓力約2.0MPa的天然氣通過壓縮機增壓后充裝至槽車，并將槽車拖至子站，為子站加氣車輛供氣。該站壓縮機主電機型號YB2400L-6-355KW380V，為三相異步電機，額定功率355kW，出口壓力25MPa，槽車充裝時起始壓力約1MPa，充裝完成壓力為20MPa，因此，在充裝槽車過程中，壓縮機有很長一段時間處于輕載工作狀態。根據同步電機和異步電機的工作特性，永磁同步電機可以在25%～120%額定功率的范圍內保持高功率因數和高效率狀態運行，而一般三相異步電機通常只能在70%～100%額定功率保持。因此，壓縮機如果采用異步電機，槽車充裝過程會使電機工作效率及功率因數會很低，造成很大的能源浪費效應。

根據該站的實際工況，現分析4個階段，對電機改造前后運行情況及能耗情況做以下分析。

2異步電動機效率隨負載浮動情況

（1）工作壓力在1～5MPa，電機在約20%負載運行，電機效率約50%，電機損耗約355KW×20%×50%=35.50kW。

（2）工作壓力在5～10MPa，電機在約50%負載運行，電機效率約75%，電機損耗約355kW×50%×25%=44.38kW。

（3）工作壓力在10～15MPa，電機在約70%負載運行，電機效率約85%，電機損耗約355kW×70%×15%=37.28kW。

（4）工作壓力在15-20MPa，電機在約90%負載運行，電機效率約93%，電機損耗約355kW×90%×7%=22.37kW。

異步電動機平均損耗：（35.50kW/h+44.38kW/h+37.28kW/h+22.37kW/h）÷4=34.88kW/h，也就是說異步電動機每小時損耗電量34.88kW·h。

3主電機改造為同步電動機后的損耗情況

壓氣站主要負責周圍天然氣加工處理及升壓外輸任務， 進站氣體有低壓進站的伴生氣、高壓進站的氣井氣及海上來氣。其中低壓天然氣需要進天然氣壓縮機增壓后方可進凝液回收裝置進行處理。伴隨油氣田的生產開發， 產氣量因受輸氣壓力和用戶用氣情況的影響而隨時發生變化， 夏季氣量為壓縮機組設計排氣量的65%～90%， 冬季氣量僅為壓縮機組設計排氣量的15%～50%， 壓縮機組需要通過旁通打回流運行， 存在巨大的能量浪費。為了最大限度節約能源， 需要進行節能改造。

（1）工作壓力在1～5MPa，電機在約20%負載運行，電機效率約94%，電機損耗約355kW×20%×6%=4.26kW。

（2）工作壓力在5～10MPa，電機在約50%負載運行，電機效率約94%，電機損耗約355kW×50%×6%=10.65kW。

（3）工作壓力在10～15MPa，電機在約70%負載運行，電機效率約94%，電機損耗約355kW×70%×6%=14.91kW。

（4）工作壓力在15-20MPa，電機在約90%負載運行，電機效率約94%，電機損耗約355kW×90%×6%=19.17kW。

同步電動機平均損耗：（4.26KW/h+10.65KW/h+14.91kW/h+19.17kW/h）÷4=12.25KW/h，也就是說同步電動機每小時損耗電量12.25kW·h。

由此可見，異步電動機改造為同步電動機后可減少損耗：34.88kW/h-12.25kW/h=22.63kW/h，即每小時可省電22.63kW·h。按照355kW異步電機改造為同步電機的市場價80000元，工業平均電價0.7元/（kW·h），每日槽車充裝時間15h計算，收回改造成本的時間為：80000/（22.63*15*0.7）≈337天，即一年之內可以回收改造成本。

從經濟效益分析：永磁同步電動機特別適合電機長期處于輕載使用的場合，推廣使用永磁同步電動機具有積極的經濟效益和社會效益，對節能減排意義重大。在可靠性和穩定性方面，永磁同步電動機也具有可貴的優勢。選用高效永磁同步電動機是一項一次性投資長期受益的過程，尤其在CNG行業不景氣環境下，在CNG母站推廣使用具有很好的節能效益，進而能降低其運營成本，有助于盤活CNG資產。

參考文獻：

[1]江寧.天然氣加氣站運行與管理[M].北京.中國石化出版社，2017.

[2]張江濤.永磁同步電機在水泥廠中的應用[J].水泥技術，2018（3）：73-76.

[3]李霞.三相異步電動機輕載運行的電能損失及預防[J].黃金，2000（2）：32-33.