自适应变工况压缩天然气加气子站的系统设计原理及其优越性简介(二)
责任编辑：cnlng 浏览：25013次 时间： 2008-08-03 10:38:34
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摘要: 2 GNG加气子站的运行工况及特征 压缩机的运行工况除了有恒定工况外，还有三种可能的变工况运行方式：1)进气压力为定值，排气压力逐渐升高，并当升至规定值时即停机；2)进气压力不断下降，排气压力为定值；3)进气压力不断下降，排气压力逐渐升高。以后两种工况运..
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2 GNG加气子站的运行工况及特征 压缩机的运行工况除了有恒定工况外，还有三种可能的变工况运行方式：1)进气压力为定值，排气压力逐渐升高，并当升至规定值时即停机；2)进气压力不断下降，排气压力为定值；3)进气压力不断下降，排气压力逐渐升高。以后两种工况运行的压缩机一般以单级压缩多见。通常的CNG母站和标准站是以第一种变工况方式运行。CNG子站则以第二或第三种变工况方式运行，而且排气压力有可能也在下降，取决于压缩机输气量和加气需求量的大小。 天然气运输车气瓶的瓶装标准压力在中国为20MPa。为了提高天然气运输车气瓶的取气率，也就是说为了尽可能多地减少气瓶内剩余的残留气体，要求子站压缩系统尽可能地将拖车气瓶内的气体压力降低，如抽吸至3MPa或更低。气瓶的取气率可以根据气体状态方程，通过如下简单的计算得出： PV=ZMRT (1) 式中 P——气体压力(Pa) V——气瓶容积(m3) M——气体质量(kg) Z——压缩因子 R——气体常数(对空气R=287J／(kg．K)) T——气体温度(K) 设状态1为拖车气瓶从母站加满天然气的压力状态(P1=20MPa)，状态2为拖车气瓶在子站卸载后的压力状态(如P2=3MPa)。另外，假设在卸载过程中气瓶内的气体温度保持为环境温度(假如为15℃)。卸载后，气瓶内剩余气体质量与其在母站冲满气后的气体质量之比即为：  这样拖车内的剩余气体质量只有约12％，约88％的气体己被子站加气站利用。经系统分析比较，我们认为这样的取气率从系统优化角度来讲，是合理的，同时也是可以被用户所接受的。为简单明了起见，以下的分析论述，以拖车气瓶内压力被抽吸至3MPa为例。 要求子站压缩系统能将拖车气瓶内的气体压力从20MPa抽吸至3MPa，也即要求子站压缩机能够在20～3MPa范围的进气压力下正常运行。如此宽的进气压力范围，而且排气压力又为25MPa的高压，对压缩系统的设计，可以说是一个很大的挑战。 首先，任何气体经压缩系统从低压压缩到高压，是要消耗一定能量的。子站供气是由拖车上的高压气瓶来供气，因此已经被压缩到20MPa的高压气体如被节流降压到低压(如1～3MPa)以满足某些压缩机的承载能力，然后再压缩至25MPa，肯定会造成能量的浪费，不能被认为是一种合理的系统设计。合理的系统设计应该是拖车气瓶内的气体，能够以其当前的压力直接进入压缩系统增压。例如，在刚开始时气瓶内的压力为20MPa，进入压缩机稍微压缩即达到25MPa，此时压力比仅为1．25。只需很小的功率消耗。这样就相当于在母站压缩系统消耗功率而提高的气体压力，在子站被充分利用，子站压缩系统接着将其压缩到最终要求的25MPa。 第二，由于进气压力的变化范围很宽(20～3MPa)，当排气压力为25MPa时，压缩系统的总压力比变化范围为1．25～8．1。由于是高压压缩机，加之天然气压缩机的排气温度由于种种原因受到一定的限制，不能超过180℃，因此8．1的压力比要求需要两级压缩来完成。这样就要求一台两级(而不是单级)压缩的活塞式压缩机才能在如此宽的压力比(1．25～8．1)范围内正常运行。这确实对各级气缸直径的选择和压力比的分配带来一定的难度。在实际的压缩机系统设计时，还要考虑到在整个卸载过程中合理的压力比分配，从而省功，同时还要考虑压缩机各列活塞杆的受力等因素。 第三，由于特殊的变工况运行，压缩机功率消耗的计算有别于一般恒定工况下压缩机的功率消耗计算。图2为一简单的示意图，其清楚地说明了对一台排气压力不变，而进气压力下降的压缩机，其最大的功率消耗并不一定发生在最高进气压力，或最低的进气压力(最大的压力比)工况，而是有可能发生在某一中间的进气压力。这就要求在设计计算压缩机功率消耗的时候，必须找出最大的功率消耗工况，从而选择合适的驱动机。 第四，对于CNG母站和标准站，不论其压缩系统是几级压缩，其操作控制系统都大同小异。对制造厂家或CNG加气站设备的用户，都希望CNG加气子站也能象母站和标准站一样，有相同或类似的操作控制系统。因此子站系统的运行也被要求尽可能地与CNG母站或标准站相同或类似。  |
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