集气站压缩机节能改造技术探讨

杨帅

摘 要：近年来，随着对空气质量要求的提高，国家的环保政策越来越严，政府相关部门治理环境污染的力度也进一步加大，天然气加气车辆日益增多，一座座加气站如雨后春笋般建立起来。但随着燃料车、充电车等的普及，如何使加气站降本增效变得尤为重要。本文通过将某能源公司集气站压缩机主电机改造为永磁同步电动机，进而分析其节能效益。结合集气站天然气压缩机组使用情况， 分析了采用不同气量调节方式进行节能改造的可行性， 经对比分析， 推荐采用液压可变余隙气量调节装置。

关键词：集气站;压缩机;节能改造;气量调节方式

油气田进入开发后期， 产气量受输气压力和用户用气情况的影响而随时发生变化， 按照原来生产规模设计的天然气压缩机组， 需要通过旁通打回流运行才能解决输气量的变化问题， 存在很大的能量浪费， 因而需要节能改造。结合集气站天然气压缩机组出现的运行问题， 分析了采用不同气量调节方式进行节能改造的可行性， 提出和确定了液压可变余隙调节法作为节能改造的方案， 并對改造内容进行了详细介绍。对比改造前后压缩机组的运行功率发现， 改造后压缩机组节能效果明显。

1概况

母站为用户提供槽车气源，站内压缩机多采用三相异步电动机且功率较大，耗电量大，电费支出在运行成本中占有很大比例。因此，对压缩机电机节能改造进行研究就变得很有意义，考虑到站内槽车充装的过程使压缩机有很长一段时间处于轻载工作状态，且异步电机在轻载状态效率极低，电能损耗极大，但使用同步电机能很好地解决这一问题，文中主要就CNG母站压缩机异步电机改造为同步电机实现的节能效益进行分析。集气站是将进气压力约2.0MPa的天然气通过压缩机增压后充装至槽车，并将槽车拖至子站，为子站加气车辆供气。该站压缩机主电机型号YB2400L-6-355KW380V，为三相异步电机，额定功率355kW，出口压力25MPa，槽车充装时起始压力约1MPa，充装完成压力为20MPa，因此，在充装槽车过程中，压缩机有很长一段时间处于轻载工作状态。根据同步电机和异步电机的工作特性，永磁同步电机可以在25%～120%额定功率的范围内保持高功率因数和高效率状态运行，而一般三相异步电机通常只能在70%～100%额定功率保持。因此，压缩机如果采用异步电机，槽车充装过程会使电机工作效率及功率因数会很低，造成很大的能源浪费效应。

根据该站的实际工况，现分析4个阶段，对电机改造前后运行情况及能耗情况做以下分析。

2异步电动机效率随负载浮动情况

（1）工作压力在1～5MPa，电机在约20%负载运行，电机效率约50%，电机损耗约355KW×20%×50%=35.50kW。

（2）工作压力在5～10MPa，电机在约50%负载运行，电机效率约75%，电机损耗约355kW×50%×25%=44.38kW。

（3）工作压力在10～15MPa，电机在约70%负载运行，电机效率约85%，电机损耗约355kW×70%×15%=37.28kW。

（4）工作压力在15-20MPa，电机在约90%负载运行，电机效率约93%，电机损耗约355kW×90%×7%=22.37kW。

异步电动机平均损耗：（35.50kW/h+44.38kW/h+37.28kW/h+22.37kW/h）÷4=34.88kW/h，也就是说异步电动机每小时损耗电量34.88kW·h。

3主电机改造为同步电动机后的损耗情况

压气站主要负责周围天然气加工处理及升压外输任务， 进站气体有低压进站的伴生气、高压进站的气井气及海上来气。其中低压天然气需要进天然气压缩机增压后方可进凝液回收装置进行处理。伴随油气田的生产开发， 产气量因受输气压力和用户用气情况的影响而随时发生变化， 夏季气量为压缩机组设计排气量的65%～90%， 冬季气量仅为压缩机组设计排气量的15%～50%， 压缩机组需要通过旁通打回流运行， 存在巨大的能量浪费。为了最大限度节约能源， 需要进行节能改造。

（1）工作压力在1～5MPa，电机在约20%负载运行，电机效率约94%，电机损耗约355kW×20%×6%=4.26kW。

（2）工作压力在5～10MPa，电机在约50%负载运行，电机效率约94%，电机损耗约355kW×50%×6%=10.65kW。

（3）工作压力在10～15MPa，电机在约70%负载运行，电机效率约94%，电机损耗约355kW×70%×6%=14.91kW。

（4）工作压力在15-20MPa，电机在约90%负载运行，电机效率约94%，电机损耗约355kW×90%×6%=19.17kW。

同步电动机平均损耗：（4.26KW/h+10.65KW/h+14.91kW/h+19.17kW/h）÷4=12.25KW/h，也就是说同步电动机每小时损耗电量12.25kW·h。

由此可见，异步电动机改造为同步电动机后可减少损耗：34.88kW/h-12.25kW/h=22.63kW/h，即每小时可省电22.63kW·h。按照355kW异步电机改造为同步电机的市场价80000元，工业平均电价0.7元/（kW·h），每日槽车充装时间15h计算，收回改造成本的时间为：80000/（22.63*15*0.7）≈337天，即一年之内可以回收改造成本。

从经济效益分析：永磁同步电动机特别适合电机长期处于轻载使用的场合，推广使用永磁同步电动机具有积极的经济效益和社会效益，对节能减排意义重大。在可靠性和稳定性方面，永磁同步电动机也具有可贵的优势。选用高效永磁同步电动机是一项一次性投资长期受益的过程，尤其在CNG行业不景气环境下，在CNG母站推广使用具有很好的节能效益，进而能降低其运营成本，有助于盘活CNG资产。

参考文献：

[1]江宁.天然气加气站运行与管理[M].北京.中国石化出版社，2017.

[2]张江涛.永磁同步电机在水泥厂中的应用[J].水泥技术，2018（3）：73-76.

[3]李霞.三相异步电动机轻载运行的电能损失及预防[J].黄金，2000（2）：32-33.