【壓縮機網(wǎng)】重慶凱源 CNG分公司作為重慶市z*大的 CNG專業(yè)化公司之一，現(xiàn)有加氣站9座，天然氣壓縮機23臺，其中，L型壓縮機13臺，ZW型壓縮機6臺，D型壓縮機4臺，分別由自貢通達公司（L型）、自貢東方通用壓縮機廠（L型）、成都添益天然氣壓縮機制造有限公司（D型）、四川金星壓縮機制造有限公司（ZW型）、重慶氣體壓縮機廠（L型）5家廠家生產(chǎn)，同時，每個站使用的壓縮機基本屬同一型號和同一生產(chǎn)廠家。L型、D型、ZW型壓縮機為活塞式壓縮機，即電動機啟動后帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，通過連桿的傳動，使活塞做往復(fù)運動，氣缸內(nèi)實現(xiàn)進氣、壓縮、排氣的過程。在國內(nèi)，其技術(shù)較為成熟，在生產(chǎn)使用中積累了豐富的經(jīng)驗。

 

 

　　結(jié)構(gòu)特點的對比

 

　　L型壓縮機為角度式壓縮機，其動力平衡性比較好，結(jié)構(gòu)緊湊，機組體積小，占地面積小；曲軸結(jié)構(gòu)簡單、長度較短；各列氣缸彼此相距較遠，氣閥有充裕的安裝空間，可增加氣閥通流面積，減小流動損失；連桿安裝困難，高度大，不易操作，當壓縮機級數(shù)為四級時，其三級壓力管線較長且懸空，固定困難，震動大。

 

　　D型壓縮機為臥式壓縮機， 整機高度低，視野觀察方便，易接近性好，操作管理和維修方便；動力平衡性能特別好，使轉(zhuǎn)速相對其它兩種機型高很多；體積較大，占地面積大；活塞重支撐在氣缸上，使氣缸和填料產(chǎn)生更多的磨損和摩擦。

 

　　ZW型壓縮機為立式壓縮機，主機直立，占地面積相對較小；機器高度適中，便于操作；活塞重量不支撐在氣缸上，不會因此產(chǎn)生摩擦和磨損；管道布置困難，級間設(shè)備占地面積大。填料更換需要吊裝缸體，操作不便，較為麻煩。

 

　　主電機驅(qū)動方式的對比

 

　　L型、ZW型壓縮機的隔爆異步電動機采用彈性聯(lián)軸器直接驅(qū)動，且在聯(lián)軸器上設(shè)計有飛輪，而目前使用的D型壓縮機的隔爆異步電動機采用膜片聯(lián)軸器直接驅(qū)動，無飛輪。彈性聯(lián)軸器減震、耐磨和緩沖的性能比膜片聯(lián)軸器高得多，而聯(lián)軸器上設(shè)計的飛輪使壓縮機曲軸旋轉(zhuǎn)均勻，工作平穩(wěn)，而在飛輪外圓周上鉆有幾個孔作開車前盤車用，保證了壓縮機啟動后能正常、順利地運轉(zhuǎn)，因此，L型和ZW型壓縮機電機運轉(zhuǎn)相對更平穩(wěn)，安全性更高；膜片聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)速的精度高于彈性聯(lián)軸器，因此，D型壓縮機利用率相對更高，更節(jié)能，D型機上未裝飛輪，省掉了飛輪與電機因扭力傳遞而引起的振動，特別是當減震膠套磨損后產(chǎn)生的劇烈振動和異響。

 

　　經(jīng)濟性的對比

 

　　CNG壓縮機能耗是加氣站能耗的主要影響因素，它直接關(guān)系到加氣站的綜合效益。現(xiàn)對 L型、D型與ZW型壓縮機的能耗進行如下對比：

 

　　L型與D型壓縮機：以五里店加氣站為例(表1)，該加氣站于2011年進行大修改造。

 

 

　　由表1可知，改造前后壓縮機的進氣壓力相同，但改造后加氣站的月平均加氣量增加了1.3%，而壓縮機月平均耗電量卻降低了7.0%，單位加氣量耗電量降低了8.3%，為加氣站大大地降低了運行成本。因此，D型較L型壓縮機更節(jié)能、更經(jīng)濟。

 

　　L型與ZW型壓縮機：以紅旗河溝和兩路加氣站2012年的能耗為例（表2）。

 

 

　　表2中兩個加氣站的L型壓縮機電機功率皆為110kW，且兩路加氣站與紅旗河溝加氣站的2#、4#壓縮機的轉(zhuǎn)速相同，為490r/min，排量相當。由表2可知，當進氣壓力相同時，紅旗河溝加氣站的月平均加氣量較兩路加氣站少18.4%，壓縮機月平均耗電量少 15.7%，但單位加氣量耗電量卻多了3.3%，因此，ZW型壓縮機比 L型壓縮機更節(jié)能、更經(jīng)濟。

 

　　D型與ZW型壓縮機能耗對比：陳家坪加氣站于2013年5月完成大修改造，將原來的3臺L型壓縮機替換為ZW型。現(xiàn)以五里店和陳家坪加氣站2013年7-12月的能耗為例（表3）。

 

 

　　由表3可知：陳家坪加氣站7-12月單位加氣量耗電量比五里店加氣站多13.7%，再結(jié)合前面所述：ZW型壓縮機的能耗小于L型，因此，D型壓縮機比ZW型壓縮機更節(jié)能、更經(jīng)濟。

 

　　根據(jù)這三種形式壓縮機在實際生產(chǎn)中的使用，它們的耗能情況分別是：D型＜ZW型＜L型。而從理論上來講：以進氣壓力為0.3MPa，電機功率為160kW的壓縮機銘牌理論產(chǎn)能為例進行比較，L型壓縮機排量為750Nm3/h，ZW型壓縮機排量為 800Nm3/h，D型壓縮機排量為920Nm3/h，也可得出它們的耗能分別是：D型＜ZW型＜L型。

 

　　除能耗外，轉(zhuǎn)速也是壓縮機選型時的一個重要考慮因素之一，它不僅決定了壓縮機的幾何尺寸、重量、制造的難易、機器的成本，而且會影響驅(qū)動的經(jīng)濟性及成本。當壓縮機型式相同，容積流量一定時，轉(zhuǎn)速越高，壓縮機的重量和尺寸越小，制造越容易，成本越低[1]。在這三種壓縮機機型中，D型壓縮機轉(zhuǎn)速＞ZW型壓縮機轉(zhuǎn)速＞L 型壓縮機轉(zhuǎn)速。雖然能耗低、轉(zhuǎn)速高，經(jīng)濟效益更好，但壓縮機不平衡旋轉(zhuǎn)慣性力值和不平衡往復(fù)慣性力值都與轉(zhuǎn)速的平方成正比，所以隨著轉(zhuǎn)速的增加，壓縮機不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的不平衡慣性力就迅猛增大，由此造成的擾力使撬裝壓縮機組振動變大，噪聲增強。在實際生產(chǎn)中，經(jīng)專業(yè)檢測，D型壓縮機運行噪音達93dB，其超出其它壓縮機近10-15dB，有損機房操作員工的身體健康，對周邊居民的正常生活造成了不良影響。

 

　　冷卻系統(tǒng)對比

 

　　壓縮機組需要冷卻的部位主要有三個：一是壓縮機各級氣缸；二是壓縮機各級排出的氣體；三是壓縮機機身傳動部分的潤滑油。從 L型、D型、ZW型三種形式壓縮機的冷卻系統(tǒng)圖（圖1、圖2、圖3）可知：它們各部位的冷卻均采用水冷方式，營造了較低的壓縮機各級吸氣溫度，有利于控制各級排溫和油溫，以保證傳動機構(gòu)或填料可靠的冷卻和潤滑，但水冷系統(tǒng)存在水結(jié)垢和腐蝕問題，需定期加水，彌補水分的蒸發(fā)散失。

 

 

　　下面，結(jié)合三種機型的主要冷卻部位：氣缸和各級排氣進行逐一分析與對比（因潤滑油與各級排氣的冷卻方式相同，這里便省去對潤滑油冷卻方式的贅述）。

 

　　1.各級氣缸的冷卻

 

　　L型與ZW型壓縮機的各級氣缸外部設(shè)置有一個冷卻水套，通過向里通入冷卻水來進行氣缸冷卻，氣缸與其它一個或多個設(shè)備共用冷卻水，即：冷卻水先與其它設(shè)備進行了熱量交換，吸收了一定的熱量后，再進入氣缸的冷卻水套。但有部分 L 型壓縮機的各級氣缸設(shè)計有與冷卻器一樣的單獨水路（圖2僅代表一部分L型壓縮機），從公式4-2可知，在同等條件下，氣缸設(shè)計有單獨水路的壓縮機較未設(shè)計的，其進入冷卻水套中的冷卻水水溫（次熱介質(zhì)Δt）低于后者，換熱量更高，換熱效果更好。

 

　　D 型壓縮機氣缸不進行專門的冷卻，僅靠自然對流和輻射散發(fā)熱量，造成壓縮機工作中產(chǎn)生的熱量無法及時散去，使壓縮過程趨近于絕熱，過程指數(shù)偏大。從公式4-1可知，在同等條件下，過程指數(shù)（n）越大，排氣溫度越高。當排氣溫度超高時，潤滑油會加速分解與變質(zhì)，大大降低潤滑效果；設(shè)備內(nèi)的非金屬材料易于老化變質(zhì)或變形損壞；天然氣脫碳增加，水份氣化、雜質(zhì)分解，炭和雜質(zhì)混合后會積在缸壁、氣閥和氣道內(nèi)，造成氣閥關(guān)閉不嚴使壓縮機效率降低，或堵塞氣閥造成事故。

 

　　2.各級排氣的冷卻

 

　　L型、D型、ZW型壓縮機各級排氣均通過冷卻器進行換熱冷卻，氣與水流動方向?qū)偌兡媪鳌＝Y(jié)合公式4-2 可知，冷卻器換熱面積與導(dǎo)熱系數(shù)、冷卻水溫度、冷卻水水質(zhì)、環(huán)境溫度、天然氣進氣溫度等都是影響換熱器換熱效果的重要因素。對于三種機型的換熱器的總換熱面積：ZW型壓縮機＞D型壓縮機＞L 型壓縮機，當其他條件相同時，換熱面積越大，換熱效果越好；同時，冷卻塔的換熱效果、冷卻器材質(zhì)與軟水處理器等設(shè)備對其它影響換熱效果的因素起到了決定性作用。總之，換熱效果越好，冷卻水從高溫氣體帶走的熱量越多，氣缸的進氣溫度越低。

 

　　通過對壓縮機排氣與進氣溫度的實際測量與比較，當環(huán)境溫度與天然氣進氣溫度相當時，天然氣經(jīng)壓縮后，三種機型各級排氣溫度平均值分別是：D型壓縮機＞L 型壓縮機＞ZW型壓縮機，天然氣經(jīng)冷卻后，ZW型壓縮機各級吸氣溫度平均值較其它兩種機型z*低。

 

　　排氣溫度超高會給生產(chǎn)帶來很多的不利，以五里店加氣站的D型壓縮機為例，因其排氣溫度經(jīng)常過高，造成了閥座、閥片磨損加快，生產(chǎn)運行成本增加；自動停機次數(shù)增多，對壓縮機的壽命造成了威脅；冷卻系統(tǒng)使用化學藥劑清洗的頻次遠超其它機型，使高壓管線的腐蝕及維護成本費用增加；排氣閥蓋、O型圈頻繁漏氣或爆裂，使更換頻繁，安全隱患增大；降低了分離器的油水分離效果，使壓縮機排氣中的含油量和含水量增加，造成脫水裝置中的分子篩被氣體帶出的油分吸附，從而降低脫水效果，增加分子篩更換頻次。

 

 

　　式中：T1——進氣溫度，K；

 

　　P1/P2——壓縮比；

 

　　n——過程指數(shù)（等溫過程 n=1，絕熱過程 n=k）；

 

　　A——換熱面積，m2；

 

　　K——導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；

 

　　Tr——較熱介質(zhì)溫度，K；

 

　　Δt——次熱介質(zhì)溫度，K。

 

　　潤滑系統(tǒng)對比

 

　　壓縮機運動部件的潤滑包括機身部分傳動件和氣缸部分兩方面，機身部分傳動件采用潤滑油潤滑，而氣缸部分既可采用潤滑油潤滑，又可采用有自潤滑效果的密封材料而實現(xiàn)氣缸無油潤滑[1]。

 

　　我們結(jié)合L型、D型、ZW型壓縮機各自潤滑系統(tǒng)（表4），分別從其傳動機構(gòu)和氣缸兩部分進行對比。

 

 

　　1.傳動機構(gòu)的潤滑

 

　　D型與ZW型壓縮機油泵采用單獨電動機驅(qū)動和曲軸直接驅(qū)動相結(jié)合的方式。單獨電動機驅(qū)動可保證在壓縮機開啟前對各摩擦副實施預(yù)潤滑，潤滑油油溫過低時，則進行預(yù)熱，保證潤滑效果，當主電機啟動后，驅(qū)動預(yù)潤滑油泵的電機自動停機，而曲軸則開始驅(qū)動齒輪油泵工作。

 

　　L型壓縮機油泵的驅(qū)動采用曲軸直接驅(qū)動的方式，當主電機啟動后傳動機構(gòu)才能得到供油，而油達到油路末端并形成足夠的油壓和油量有一定的延遲，因此，可能出現(xiàn)油路末端潤滑不良并損壞的現(xiàn)象。

 

　　2.氣缸部分的潤滑

 

　　氣缸的潤滑方式有三種：一種是通過注油器強制將油注入氣缸，對缸內(nèi)相對摩擦表面進行潤滑，這稱為氣缸有油潤滑；第二種是使用無油密封材料制作密封和導(dǎo)向元件，從而可不向缸內(nèi)及填料部位注油，這稱為無油潤滑；第三種是使用無油密封元件，但也向氣缸內(nèi)注油，只是注油量較普通的注油潤滑壓縮機要少很多，這稱為少油潤滑[1]。

 

　　D型、L型、ZW型壓縮機分別采用少油潤滑、有油潤滑和無油潤滑（表4）。因D型和ZW型壓縮機潤滑油用量相對較少，所以它們級間未設(shè)置油氣分離器，而分別只在進氣端、四級和一級、四級增壓后端設(shè)置有油氣分離器；L 型壓縮機用油量較多，因此在各級級間均設(shè)置有油氣分離器。下面，分別對三種機型的氣缸潤滑部分進行對比(表 5)。

 

 

　　天然氣壓縮機選型的建議

 

　　結(jié)合上述對比與實際生產(chǎn)，下面為天然氣壓縮機選型給出如下幾點建議：

 

　　（1）考慮站場所處的地理環(huán)境和工藝參數(shù)。壓縮機的工作條件要與大氣溫度、周圍電源情況等相匹配，能適應(yīng)一定范圍的吸氣壓力區(qū)間，且符合場站所處位置的噪音控制要求。

 

　　（2）壓縮機結(jié)構(gòu)形式的選擇。在加氣站目前的供氣范圍內(nèi)，一般機型都能滿足要求，在選擇前，s*先了解廠家主打的傳統(tǒng)機型、制造條件與生產(chǎn)水平、生產(chǎn)經(jīng)驗等，再對產(chǎn)品質(zhì)量、性價比及一次性投資與運行費用總支出、操作難易等方面作綜合考量，同時，優(yōu)先選用同一型號、同一廠家的壓縮機，以利于運行管理、維修和配件的供應(yīng)。

 

　　（3）壓縮機轉(zhuǎn)速和能耗的選擇。轉(zhuǎn)速高，使壓縮機結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕，但不平衡慣性力值會迅猛增大，造成機組振動變大，噪聲增高，因此，轉(zhuǎn)速高低是相對的。壓縮機主電機的能耗是加氣站主要運行成本，選型時，在相同的排氣壓力條件下，對不同型號壓縮機的能耗進行對比是很必要的。

 

　　（4）冷卻方式的選擇。以冷卻效果作為重點考慮因素之一，根據(jù)實際使用經(jīng)驗，南方地區(qū)較宜使用水冷機組，而對于溫度較低且水資源不豐富的北方地區(qū)，較宜使用全風冷機組，但混冷機組兼顧了水冷與全風冷機組的優(yōu)點，因此，也是很好的選擇。

 

　　（5）潤滑方式的選擇。長期來看，有油和無油兩種壓縮其總體投資和運行費用基本相當，但無油壓縮機免去了油對后續(xù)設(shè)備的影響，少油壓縮機則是兩種方案的折中。

 

　　（6）氣流脈動和振動。這是用戶在選擇壓縮機時易忽視的問題之一，過大的氣流脈動會引起壓縮機振動，對整個撬體內(nèi)的元件造成損傷，采購時可要求制造商提供脈動分析報告，并明確解決方法及氣流脈動裝置效果。

 

　　（7）安全性的考慮。天然氣壓力、溫度越高，爆炸范圍越大，因此，壓縮機的每個元件均要設(shè)置安全措施來進行保障，選擇優(yōu)質(zhì)的原廠配套設(shè)備元件，可提高壓縮機壽命，減少故障，提高安全性。

 

　　結(jié)論

 

　　目前，大部分的加氣站主要建在在城市建成區(qū)，人口較為密集，而“綠色環(huán)保”是現(xiàn)代城市發(fā)展的主題之一，“以人為本”是科學發(fā)展觀的核心，因此，噪音小、能耗低、運行管理高效的壓縮機是s*選，針對現(xiàn)在使用的L型、D型、ZW型三種形式壓縮機，ZW型壓縮機較其它兩種z*優(yōu)（L型：能耗高，D型：噪音大，故障多）。

 

　　參考文獻

　　[1]郁永章 高其烈 李云等.天然氣汽車加氣站設(shè)備與運行.北京：中國石化出版社，2010.

　　[2]陳全樹.壓縮機級間冷卻對能耗及脫水效果的影響. 煤氣與熱力，2010，30：B01-B03.