[发明专利]一种CNG加气站天然气压缩节能工艺

说明书

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。