CN103497803A

CN103497803A - 一种cng加气站天然气压缩节能工艺

Info

Publication number: CN103497803A
Application number: CN201310459650.8A
Authority: CN
Inventors: 梁政; 李双双; 田家林; 邓雄; 张梁; 蒋发光; 张力文
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2014-01-08

Abstract

本发明涉及一种CNG加气站天然气压缩节能工艺。它能提高压缩系统的工艺水平，使得CNG压缩机经济节能运行。其技术方案：先将原料气输入换热器进行预冷却，原料气预冷却所需的冷量来自干气经J-T阀节流降压所得，然后输入分离器脱去游离水和凝液杂质；被浅脱水的原料气随后输入压缩机逐级增压至22～25MPa，各级压缩缸出气经各级冷却分离器冷却分离，最后输入精过滤器过滤掉机械杂质后输入深度脱水系统脱水以获得成品压缩天然气；压缩机采用变频电机驱动；冷却水输入电磁除垢仪进行软化处理；温控系统实时调节各级调节阀的开度以控制进入各级冷却分离器的水量。本发明避免了能量的浪费，提高了CNG压缩机系统的效率，降低了CNG加气站压缩系统的运营成本。

Description

一种CNG加气站天然气压缩节能工艺

技术领域

本发明涉及一种用于天然气处理与加工工业中的CNG加气站天然气压缩节能工艺。

背景技术

CNG加气站一般由6个系统组成，即预处理系统、压缩系统、干燥系统、控制系统、储存系统和售气系统。压缩系统作为CNG加气站的核心部分，主要包括进气缓冲、压缩机组、机组润滑系统、冷却系统、除油系统和控制系统，其中压缩机组的能耗占整个CNG加气站的80%以上。我国CNG技术起步较晚，工艺流程不尽合理以及CNG压缩机整体性能不够优良，导致系统运行能耗高、效率低、运行成本大等问题，给CNG生产与运营带来了巨大压力。

压缩天然气（CNG）增压后的水露点应符合GB18047的规定，按照脱水装置在工艺流程中的位置分为前置脱水和后置脱水两种方式。前置脱水即低压脱水，进入压缩机的气体为纯净的干气，无杂质的干气对压缩机影响小，可提高压缩机的产气效率，但是，由于气体压力的逐级增加，天然气状态发生变化，在高压条件下，有部分水汽析出，天然气水露点达不到要求。后置脱水即高压脱水，由于进入压缩机的原料气脱液深度不够，未经精处理的湿气和杂质进入压缩机会降低压缩机吸气率，造成压缩机阀件的磨损，增加压缩机的负荷，但是，由于采用后置高压脱水，其脱水深度高，能达到低水露点的苛刻要求。

冷却系统的功能是冷却各级压缩缸和级间压缩天然气。虽然冷却系统占CNG加气站能耗比例较小，但是它对压缩机系统影响很大，因为冷却系统直接决定级间压缩气的温度和分离效果，直接影响压缩缸的冷却效果。目前冷却系统有风冷和水冷两种方式，较常见的是水冷。采用水冷的冷却系统存在的问题有：（1）现有技术中来自凉水塔的循环冷却水平均分配自各级冷却器，由于各级压缩缸的压缩比和排气温度不同，导致各级冷却效果不尽相同，未实现回冷完全的冷却效果，增加了压缩机的能耗；（2）由于温度高，冷却水在运行过程中极易结垢，目前对于冷却水的处理通常采用定期加注缓蚀阻垢剂来软化冷却水，以降低Ca²⁺、Mg²⁺浓度，保证冷却水的稳定性，如果缓蚀阻垢剂添加时间或剂量不合理，反而会造成水质硬化、结垢等现象，结垢增加了冷却水的流动阻力，由于水垢是热的不良导体会大大降低了传热效率，同时水垢的沉积会引起设备和管道的局部腐蚀等危害；（3）长期使用阻垢剂会恶化冷却水的水质，需要定期清理冷却水，况且购买阻垢剂也增加了运营成本。

现有技术中CNG压缩机的驱动设备通常采用交流电机。电机在开机、停机时瞬间会产生电流冲击，对电气和机械设备造成坏的影响。由于电机空载启动时所需功率大致相当于满载运行时功率的2～3倍，这对频繁启动的压缩机来说所耗能耗较高，加之CNG加气站气源不稳定，出现供不应求，供气压力低等因素，会出现压缩机轴功率与电机功率不匹配的情况。

CNG加气站的核心部件是压缩机，影响压缩机能耗的因素很多，从压缩工艺上来讲包括有原料气气质、级间进气温度、级间压缩比、冷却效果和驱动电机等。研究天然气压缩节能工艺，提高压缩效率，对提供CNG加气站的技术水平以及综合效益有着重要的指导意义。

发明内容

本发明的目的是为了降低CNG加气站压缩系统的能耗，降低压缩系统的运行成本，提高压缩系统的工艺水平，使得CNG压缩机经济节能运行，特提供一种CNG加气站天然气压缩节能工艺。

为实现上述目的，本发明解决此技术问题采用以下技术方案：先将压力为0.2～0.6MPa的原料气输入换热器壳程进行预冷却，冷却至温度为-15℃～-5℃，被浅冷的原料气随后输入分离器除去游离水和凝液杂质，完成原料气的浅脱水；被浅脱水的原料气随后输入一级压缩缸压缩至0.9～1.5Mpa，再输入一级冷却分离器冷却到15～25℃后分离出水分和部分烃，随后输入二级压缩缸压缩至2.7～3.8MPa，再输入二级冷却分离器冷却到15～25℃后分离出水分和部分烃，随后进入三级压缩缸压缩至7.9～9.6MPa，再输入三级冷却分离器冷却到15～25℃后分离出水分和部分烃，最后输入四级压缩缸压缩至22～25MPa，再输入四级冷却分离器冷却到15～25℃后分离出水分和部分烃；被冷却分离的22～25MPa的原料气随后输入精过滤器过滤掉机械杂质，再输入深度脱水系统脱水，脱水后即获得成品压缩天然气。

压缩机采用四级压缩，由一级压缩缸、二级压缩缸、三级压缩缸、四级压缩缸组成，压缩机采用变频电机驱动。

压力为10～25MPa、流量为加气站设计产量的5%～10%的干气经J-T阀节流降压到0.3～0.8MPa后得到冷干气，随后冷干气输入换热器的管程与原料气进行热交换，最后输入深度脱水系统对吸附剂进行再生。

凉水塔中的冷却水经泵加压后流经电磁除垢仪进行软化处理，被软化的冷却水经一级、二级、三级、四级调节阀分别输入一级、二级、三级、四级冷却分离器，在完成级间压缩原料气冷却后再流回凉水塔；温控系统与一级、二级、三级、四级调节阀连接，实时调节各级调节阀的开度来控制冷却水量，保证各级压缩缸回冷完全。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：（1）原料气被浅冷后有利于脱出原料气的水分和凝液杂质，原料气气质得到较大提高，增加了压缩机的有效吸入量，提高了压缩机组的效率；（2）采用深度脱水系统中吸附剂再生的干气节流降压后得到的冷干气预冷却原料气，有效回收了冷干气的能量，避免了能量的浪费；（3）电磁除垢仪具有在线连续工作、无环境污染、运行费用低等特点，电磁除垢仪可起到很好的防垢、阻垢和除垢的效果，提升了冷却水的活性，保证了冷却水良好的水质，由于不使用化学阻垢剂，避免了化学阻垢剂对冷却水的不利影响，减少了凉水塔的清洗次数，更减少了运营和管理成本；（4）各级压缩缸的冷却水量单独分配，提高了冷却效果，保证了各级回冷完全，有助于提高压缩机效率，进一步减少压缩机的能耗；（5）采用变频电机驱动压缩机，可解决压缩机轴功率与驱动电机功率不匹配的问题，同时也节约了驱动电机的能耗。

附图说明

图1为本发明CNG加气站天然气压缩节能工艺流程示意图。

图中：1、J-T阀；2、换热器；3、分离器；4-1、一级压缩缸；4-2、二级压缩缸；4-3、三级压缩缸；4-4、四级压缩缸；5-1、一级冷却分离器；5-2、二级冷却分离器；5-3、三级冷却分离器；5-4、四级冷却分离器；6、精过滤器；7、深度脱水系统；8、凉水塔；9、泵；10、电磁除垢仪；11-1、一级调节阀；11-2、二级调节阀；11-3、三级调节阀；11-4、四级调节阀；12、温控系统。

具体实施方式

为进一步说明本发明的工艺，下面结合附图和实施例加以说明。

CNG加气站设计产量1.2×10⁴Nm³/d，原料气进站压力为0.35MPa；采用两台L型四级压缩机，单台压缩机功率为132KW，设计吸气压力为0.5MPa，进气温度为0～35℃，供气量为650Nm³/h；变频电机配备功率为132KW；凉水塔冷却水量为23.4m³/h；电磁除垢仪配置功率为8W。

先将压力为0.35MPa的原料气输入换热器2壳程进行预冷却，温度冷却至-10℃，随后输入分离器3除去游离水和凝液杂质，完成原料气的浅脱水；被浅脱水的原料气随后输入一级压缩缸4-1压缩至1.0Mpa，再输入一级冷却分离器5-1冷却到20℃后分离出水分和部分烃，随后输入二级压缩缸4-2压缩至2.9MPa，再输入二级冷却分离器5-2冷却到20℃后分离出水分和部分烃，随后进入三级压缩缸4-3压缩至8.3MPa，再输入三级冷却分离器5-3冷却到20℃后分离出水分和部分烃，最后输入四级压缩缸4-4压缩至24MPa，再进入四级冷却分离器5-4冷却到20℃后分离出水分和部分烃；被冷却分离的24MPa的原料气随后输入精过滤器6过滤掉机械杂质，再输入深度脱水系统7脱水，脱水后即获得成品压缩天然气。

压力为23MPa、流量为加气站设计产量的5%～10%的干气经J-T阀1节流降压到0.65MPa后得到冷干气，随后冷干气输入换热器2的管程与原料气进行热交换，最后输入深度脱水系统7对吸附剂进行再生。

来自凉水塔8流量为23.4m³/h的冷却水经泵9加压后流经功率为8W的电磁除垢仪10进行软化处理，被软化的冷却水经一级调节阀11-1、二级调节阀11-2、三级调节阀11-3、四级调节阀11-4分别输入一级冷却分离器5-1、二级冷却分离器5-2、三级冷却分离器5-3、四级冷却分离器5-4，在完成级间压缩原料气冷却后再流回凉水塔8；温控系统12与4个调节阀连接，实时调节各级调节阀的开度来控制冷却水量，保证级间压缩原料气冷却到20℃，保证各级压缩缸回冷完全。

Claims

1.一种CNG加气站天然气压缩节能工艺，其特征在于：先将压力为0.2～0.6MPa的原料气输入换热器（2）壳程进行预冷却，冷却至温度为-15℃～-5℃，被浅冷的原料气随后输入分离器（3）除去游离水和凝液杂质，完成原料气的浅脱水；被浅脱水的原料气随后输入一级压缩缸（4-1）压缩至0.9～1.5Mpa，再输入一级冷却分离器（5-1）冷却到15～25℃后分离出水分和部分烃，随后输入二级压缩缸（4-2）压缩至2.7～3.8MPa，再输入二级冷却分离器（5-2）冷却到15～25℃后分离出水分和部分烃，随后进入三级压缩缸（4-3）压缩至7.9～9.6MPa，再输入三级冷却分离器（5-3）冷却到15～25℃后分离出水分和部分烃，最后输入四级压缩缸（4-4）压缩至22～25MPa，再输入四级冷却分离器（5-4）冷却到15～25℃后分离出水分和部分烃；被冷却分离的22～25MPa的原料气随后输入精过滤器（6）过滤掉机械杂质，再输入深度脱水系统（7）脱水，脱水后即获得成品压缩天然气。

2.根据权利要求书1所述的CNG加气站天然气压缩节能工艺，其特征是：压缩机采用四级压缩，由一级压缩缸（4-1）、二级压缩缸（4-2）、三级压缩缸（4-3）、四级压缩缸（4-4）组成，压缩机采用变频电机驱动。

3.根据权利要求书1所述的CNG加气站天然气压缩节能工艺，其特征是：压力为10～25MPa、流量为加气站设计产量的5%～10%的干气经J-T阀（1）节流降压到0.3～0.8MPa后得到冷干气，随后冷干气输入换热器（2）的管程与原料气进行热交换，最后输入深度脱水系统（7）对吸附剂进行再生。

4.根据权利要求书1所述的CNG加气站天然气压缩节能工艺，其特征是：凉水塔（8）中的冷却水经泵（9）加压后流经电磁除垢仪（10）进行软化处理，被软化的冷却水经一级、二级、三级、四级调节阀（11-1、11-2、11-3、11-4）分别输入一级、二级、三级、四级冷却分离器（5-1、5-2、5-3、5-4），在完成级间压缩原料气冷却后再流回凉水塔（8）；温控系统（12）与一级、二级、三级、四级调节阀（11-1、11-2、11-3、11-4）连接，实时调节各级调节阀的开度来控制冷却水量，保证各级压缩缸回冷完全。