CNG站脱水装置节能监测方法探讨

张健 李克强 徐潘 龙啸（川庆钻探工程公司安全环保质量监督检测研究院）

CNG站脱水装置节能监测方法探讨

张健 李克强 徐潘 龙啸（川庆钻探工程公司安全环保质量监督检测研究院）

针对 CNG加气站脱水装置无法满足节能监测标准相关测试条件，通过对脱水装置工作原理、电加热器能量转换过程的分析，找到了一种新的加热器电能利用率测试途径，并给出了相关参数的测试方法，有效地解决了标准测试方法无法操作的难题。通过现场试验，该方法应用效果良好，对今后CNG加气站的节能监测工作有着重要的指导意义。

CNG加气站 脱水装置 电能利用率

在CNG加气站中，由于汽车发动机对所用天然气的质量要求很高，尤其是水露点指标，按照GB 18047—2000 《车用 压缩 天然 气》 进行严 格控 制。因此，在CNG加气站生产出来的天然气需通过深度脱水装置，脱去天然气中水分，使其达到国家标准，从而保证汽车发动机的正常运行。CNG加气站脱水装置的主要设备包括：过滤器、干燥器、再生气加热器、冷却器及分离器等，其中主要耗能设备为再生气加热器，因此，对CNG站脱水装置的节能监测，实际上就是对再生气加热器的电能利用率测试，测试方法主要依据 GB/T15911—1995 《工业电热设备节能监测方法》的相关规定执行。该方法需要对被加热介质的质量进行测定，对于CNG站的脱水装置，需要测定单位时间内进入脱水装置的再生气质量，而现场的脱水装置再生气管道普遍存在管径小、直管段长度短、靠近震动源 （CNG压缩机）等特点，无法满足便携式气体流量计现场测试条件，经过多次现场试验，均无法取得有效数据，说明 GB/T15911—1995中所采用的正平衡测试方法并不适用于该装置的节能监测。因此，寻找一种科学有效的CNG站脱水装置节能监测方法，对CNG站的能耗分析意义重大。

1 测试原理

再生气加热器主要由一个金属壳体和内置的数根电加热棒组成，其工作原理是将电能转换为电加热棒的热能，使电加热棒温度升高，与通入金属壳体内的流动气体介质（即再生气）进行热交换，从而达到加热气体介质的目的。因此，如将再生气加热器从脱水装置中单独拿出来作为一个整体进行研究，在热稳定状态下，其能量转换过程如图1。

图1 再生气加热器能量转换示意图

因此，其能量平衡关系式为：

式中：

Ed——单位时间内输入加热器的电能；

Edr——单 位 时 间 内 低 温 天 然 气 带 入 加 热 器 的热能；

Egr——单位时间内高温 天 然 气 带 出 加 热 器 的热能；

Es——单位时间内加热器壳体散出的热能。

转换式：

电能利用率指的是电热设备在加热产品过程中 ， 供 给 电 能 利 用 的 有 效 程 度 ， 由 （2） 式 可 知 ，(Egr-Edr) 即 为 电 能 的 有 效 利 用 部 分 ， 因 此 ， 可 以 利用反平衡原理，通过测试单位时间内电加热器的输入电能 Ed和壳体散热量 Es来计算电加热炉的电能利用率：

式中：

ηd——设备电能利用率， % 。

2 计算方法

2.1散热量的计算

1）格拉晓夫准则

式中：

Gr——格拉晓夫准则 （系数）；

ρ——根据周围空气温度查空气物性参数表所得的空气密度， kg/m3；

l——特征长度，此处取电加热器高度， m ；

μ——根据周围空气温度查空气物性参数表所得的空气动力黏度， kg/(m·s)；

△t——电加热器壳体定性温度与周围空气温度的差值， °C。

式中：

td——电加热器壳体定性温度，此处取壳体表面平均温度， °C；

tk——电 加 热 器 壳 体周围空 气 温 度 ， °C 。

2）怒谢尔特准则

式中：

Nu——怒谢尔特准则（系数）；

Pr——根据周围空气温度查空气物性参数表所得的普朗特准则（系数）；

C——常数，电加热器壳体表面空气处于紊流状 态，对 于 圆 柱 体 取 0.1；

n——常数，电加热器壳体表面空气处于紊流状态，对于圆柱体取13。

3）自然对流换热系数

式中：

α ——自然 对 流 换 热 系数， W/(m2·°C)；

λ——根据周围空气温度查空气物性参数表所得的导热系数， W/(m·°C)。

4）散热量

式中：

Es——电加热器壳体散热量， W ；

π——圆周率；

d——电加热器壳体直径，m。

3 测试方法

电加热炉电能利用率的主要测试项目包括：电加热器的输入电能、壳体表面温度、周围空气温度、主体尺寸等。

1） 输入电能的测量。采用合适的电功仪表，可以在加热器的电能输入端方便地测量出其输入电能。

2）壳体表面温度的测量。对壳体进行合理布点，采用红外测温仪对各点进行测温，计算壳体表面平均温度。

3） 周围空气温度的测量：采用一般温度计，可以方便地测量出周围空气温度。

4）主体尺寸的测量：采用合适的钢卷尺，可以方便地测量出壳体的高度和直径。

4 应用实例

根据 GB/T15911—1995 《工业电热设备节能监测方法》的相关规定，电加热器电能利用率的考核指标：间隙生产大于或等于 30%，连续生产大于或等于 40%。

对某CNG公司下属部分加气站的8台脱水装置电加热器的电能利用率测评结果如表1所示。

表1 电加热器电能利用率考核结果

以上结果显示，本次测试的8台电加热器的电能利用率均符合国家标准的考核指标，表明这些电加热器的散热损失较小，保温措施良好。

该测试方法主要针对CNG加气站脱水装置电加热器的电能利用率测试，测试项目简单易操作，数据可靠性高，有效地解决了标准中正平衡测试方法无法操作的难题。

[1]全国能源基础与管理标准化技术委员会.GB/T15911—1995 工业电热设备节能监测方法[S]．北京：中国标准出版社，1995.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.009.001

2013-04-16）

张健，工程师，2009 年 7月毕业于西南石油大学 （化工过程机械 专业），硕 士研究 生，从 事油田 节能减 排工作 ，E-mail：wy2002709@163.com，地址：四川省广汉市绍兴路三段 11 号，618300。