中石化目前在用的CNG加气站子站中,所运行的设备无非是槽车、卸气柱、瓶组、压缩机、加气机等,卸气柱、瓶组、加气机之类的设备维修及运行成本和人员的管理成本相对稳定一些,真正对运行成本影响较大的是压缩机运行成本。这种影响表现在三点:1.压缩机增压所需的电费成本;2.压缩机工作时产生的泄漏成本;3.设备维修成本。
压缩机增压所需电费成本体现在用电量的多少,计算单位为:kW·h/方(JB11422-2013《汽车加气站用天然气液压压缩机》中的术语叫:比能耗),可以用公式计算:
F1=x1·/V;
F1:单位气体的耗电量(kW·h/方);
X1:槽车卸气过程中压缩机所耗电量(度或kW·h);
V:槽车的卸气量(方)
让我们分析其各种压缩机的比能耗值的差别。现在市场上所用的子站压缩机或增压设备有机械压缩机、立式液压压缩机、卧式液压压缩机、液压平推等几种。其各自的原理为:
1) 传统机械式子站压缩机
其传动模式是曲柄连杆机构:电机带动曲轴旋转,通过连杆、十字头、活塞杆,带动活塞在气缸内作往复运动,实现气体的压缩过程,实现增压目的。如下图:
2) 液压平推子站设备系统
其工作原理是:液压工作橇提供高压油,通过一系列控制阀逐次注入专用槽车的每只长管钢瓶内,将长管钢瓶内的天然气以20MPA的恒定压力推出来,从而通过售气机给汽车加气。如下图:左边是专用槽车,右边是液压工作撬。
3) 立式液压压缩机(立式气缸)
结构原理:
工字形活塞杆将上面气缸分隔为 A、B 两个腔,将下面气缸分隔为 C、D 两个腔,如下图:
工艺流程:
①液压站输出的高压油进入 C 腔, B 腔的油回油箱(近似认为回油箱的油压力为0),活塞杆向下运动,槽车内气体进入 A 腔,(一级进气),而 D 腔的气体则经压缩后流出(一级压缩),进入冷却器,完成一级压缩过程;当活塞运行到极点时,液压站换向阀将会换向,输出的高压油进入 B 腔, C 腔的油回油箱,活塞杆向上运动,槽车内气体进入 D 腔,(一级进气),而 A 腔的气体则经压缩后流出(一级压缩),进入冷却器,完成一级压缩过程
②当两个这样的气缸串联时,就构成了两级压缩。
4) 卧式液压压缩机
结构原理:中间一个油缸带动两边的两个气缸,每个气缸分为两级压缩。如下图。
工艺流程:
①活塞杆向右运动时,槽车内气体由 A 进入左边气缸的一级腔(一级进气),而右边一级腔的气体则压缩后经 B 流出,进入冷却器,完成一级压缩过程;同时,冷却后的气体由 G 进入二级腔(二级进气),左边气缸二级腔内的气体则压缩后经 D 流入二级冷却器,然后排出。
②相反,活塞杆向左运动时,槽车内气体由 E 进入右边气缸的一级腔(一级进气),而左边一级腔的气体则压缩后经 F 流出,进入冷却器,完成一级压缩过程;同时,冷却后的气体由 C 进入二级腔(二级进气),右边气缸二级腔内的气体则压缩后经 H 流入二级冷却器,然后排出。
这四种子站压缩机的理论用电量比较如下表:
| 机械压缩机 | 立式液压压缩机 | 卧式液压压缩机 | 液压平推 |
平均排量 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
主电机功率(kW) | 75 | 44 | 44 | 37 |
实际小时耗电量(度电) | 75x0.8=60 | 44x0.8=35.2 | 44x0.8=35.2 | 37 |
比能耗(kW·h/方) | 0.06 | 0.0352 | 0.0352 | 0.037 |
说明:前三种电机在大部份时间不在满负荷状态,其平均电流按满负荷的80%计算。
从上表中可以看出,从能耗上讲,子站压缩机应优先选择液压设备。
压缩机在工作过程中总会产生泄漏,泄漏量大,损失的气体就多,相反,少泄漏,就可以增加加气站的收入,这也构成了加气站的运行成本。在考察多个加气站每月的CNG进出数据,可得出这四种压缩机的泄漏率比较如下表:
| 机械压缩机 | 立式液压压缩机 | 卧式液压压缩机 | 液压平推 |
泄漏率(%) | 0.6-3 | 0.03-0.06 | 0.03-1 | 1.5-1.8 |
平均泄漏率(%) | 1.8 | 0.045 | 0.5 | 1.65 |
按15000方/天规模计算的年泄漏量(方) | 15000x1.8%x 360天=97200 | 15000x0.045%x 360天=2430 | 15000x0.5%x 360天=27000 | 15000x1.65%x 360天=89100 |
在加气子站设备中,占主要维修任务、并对加气站售气有较大影响的,还是压缩机设备,因此压缩机设备的维修成本就显得比较突出。这里主要列出正常工作状态,每年耗材费用和易损件的维修费用比较表:
| 机械压缩机 | 立式液压压缩机 | 卧式液压压缩机 | 液压平推 |
配件费用(万元) | 12 | 4 | 4 | 8(油耗) |
维修时间(小时) | 8 | 3 | 20 | 维修时需浪费天然气 |
维修成本还体现在加气站的信用受损。当司机来加气时,出现设备故障停止加气,如果一段较短的时间内连续出现2-3次,可能司机就不愿意再来加气了,而且这种信息在司机内部是通过对讲机来传递,传播速度相当快,这样就无形之中失去了很多用户。因此压缩机的维修性和故障率就显得更为重要。
从上面三种成本的分析可以看出:选择CNG加气子站用压缩机应优先选用液压压缩机,在液压压缩机中应优先选择立式液压压缩机。这种压缩机从其工作原理上就能看出:节能、无泄漏、全风冷等特点,在加气子站的使用中也体现了其节能、环保和维修性好等方面的优势。目前,这种立式液压压缩机在国内有较多的使用,最先由武汉齐达康环保科技有限公司开发并率先在国内使用,在使用成功后,现在已有四川金科、山东杰瑞等厂家在跟进。使CNG加气子站压缩机又多了一种好的选择。