第一部分武汉齐达康环保科技有限公司液压式天然气压缩机
一、子站压缩机主要机型及参数
产品名称 | 液压活塞式天然气压缩机 | ||||||||
型号 | 2YZ1000-44 | 2YZ1000-44E | 2YZ1000-44FA | 2YZ1000-44JF | 2YZ1500-74 | 2YZ1500-74B | 2YZ1500-74GA | 2YZ1500-74JFA | 3YZ2300-110 |
压缩机技术/列数 | 二/二 | 二/三 | |||||||
气缸布置 | 立式 | ||||||||
进气压力(MPa) | 3~20 | ||||||||
进气温度(℃) | -40~40 | ||||||||
排气压力(MPa) | 25 | ||||||||
各级排气温度(℃) | ≤120 | ||||||||
终级排气温度 (℃) | ≤50 | ||||||||
平均排量(Nm3/h) | 1000 | 1500 | 2300 | ||||||
平均耗电量(kW·h/Nm3) | 0.04 | ||||||||
泄漏量(%) | 0.03 | ||||||||
噪声(dB(A)) | ≤75 | ||||||||
冷却方式 | 风冷 | ||||||||
主电机功率(kW) | 22+22 双电机 | 37+37 双电机 | 110 | ||||||
冷却电机功率(kW) | 3 | 5.5 | 4.4+2.2 | ||||||
控制方式 | PLC无人值守 | ||||||||
易损件寿命(h) | 5000 | 5000 | |||||||
机组总功率(kW) | <48 | <82 | <120 | ||||||
油箱有效容积(L) | 600 | 1000 | 1500 | ||||||
外形尺寸(mm)(L×W×H) | 4020×2400×2750 | 4500×2440×2790 | 6150×2460×3290 | 7990×2460×3290 | 5000×2600×2750 | 5500×2440×2870 | 6850×2460×3900 | 10530×2460×3290 | 6040×2600×2860 |
运输尺寸(mm) (L×W×H) | 4020×2400×2750 | 4500×2440×2790 | 6150×2460×3290 | 7990×2460×3290 | 5000×2600×2750 | 5500×2440×2870 | 6850×2460×3900 | 10530×2460×3290 | 6040×2600×2860 |
重量(kg) | 8000 | 9000 | 16000 | 17000 | 10000 | 11000 | 24000 | 18000 | 12000 |
机组配置 | 标准型 | 标准型 | 标准型(集成3立方缓冲瓶、双槽车卸气装置) | 集成可移动式(集成3立方缓冲瓶、2台售气机、PLC控制柜、双槽车卸气装置) | 标准型 | 标准型 | 标准型(集成6立方缓冲瓶、双槽车卸气装置) | 集成可移动式(集成3立方缓冲瓶、2台售气机、PLC控制柜、双槽车卸气装置) | 标准型 |
第二部分液压压缩机与传统压缩机、液压平推设备系统的比较
天然气子站工艺设备的核心部分是压缩机。压缩机主要分为三种类型:传统机械式压缩机、液压平推式子站设备系统、液压活塞式压缩机。这三种设备在加气子站中均能起到增压作用,但是由于其工作原理及结构形式的差异,它们在加气站中工艺流程有较大的不同,给加气站经营方带来的使用性、经济性有较大差异。其中,液压活塞式压缩机在国内诞生较晚,目前使用数量较少,机械式压缩机在子站中使用较早,使用量较多。但是由于液压活塞式压缩机是专门针对子站工况特点设计,其工艺流程的适应性强,使用效能佳。
一、传统机械式子站压缩机
其传动模式是: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:
特点:
(1)技术成熟。国内外机械式压缩机有上百年的发展历史。
(2)气缸内余隙较大,压缩气体温度较高、压缩效率较低。
(3)泄漏量大。曲柄带动活塞高速运转,在气缸设计中填料、活塞环是必要部件,且都有间隙,天然气泄漏不可避免。其中,活塞环泄漏是内泄漏,填料泄漏是外泄漏(目前,填料气体收集成本相当高,国内外都没有采用),而且泄漏率会越来越大。一般国内暂新压缩机的泄漏率约0.65%,其后在1%-3%;
(4)能耗较大。选用电机功率较大(75kW或90kW),启动电流也大。因此不能频繁启动。下图是槽车压力与轴功率和排气温度曲线。从图线可以看出,槽车压力在10MPa时,功率较大,其它压力段的无功损耗较多,并且,为了保证电机在空负荷下启动,在停机时要将气缸及管线内的气体放空。
(5)维护费用高。易损件多、互换性较差。由于来回高速摩擦,活塞环、支撑环、连杆瓦、填料等都是易损件。这种易损件各生产厂家都不能互换,买了这种设备,往往需依赖其提供配件。
(6)噪声大。机组振动大、运转噪音高。在高速运转过程中,各运动部件都有间隙(不然是不能运动的)。气阀的高频率启闭,都会产生撞击声,裸机噪声大多在90分贝以上。
(7)其工艺流程中必需设置较大规格的储气装置。
二、液压平推子站设备系统
液压平推设备系统工艺的CNG加气子站,由专用槽车、液压工作橇、售气机等组成。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。
特点:
(1)节能效果较好。选用电机功率一般为30kW或60kW。但液压系工作压力较高,不低于20MPa。
(2)简化加气站流程。加气站设备只需槽车和液压工作撬系统、售气机即可。占地面积小。单线加气。由于没有储气设备,不能多线加气。
(3)使用专用槽车,与普通槽车不能通用。
(4)液压油中含有专用添加剂,挥发量较大,购买成本较高。通常高压天然气与高压油的相互渗透量还是较大的,如果不是与天然气不相溶的专用液压油,排出的天然气含油量会很大,将直接影响下游设备和CNG汽车的正常运行。
(5)槽车的每支钢瓶内天然气通过液压油推出以后总有一定的剩余量,在回油过程中通过放空口向大气放散,造成损耗及环境污染。天然气泄漏率在1%左右。
(6)排气压力不超过20Mpa,容易造成下游供气不足的情况。
(7)排气量恒定,适应性较差。其排气量由液压油泵的排量决定,进多少油才能排多少气。油泵的排量是恒定的,因而排出的气体量也是恒定的,所以适应加气高低峰能力较差。
(8)由于天然气出口没有冷却,其排出的气体温度相对要高一些。
(9)一次性投资成本高。
三、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,如上图:
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。
特点:节能效果好。一般选用22kW双电机,进气高时为单电机工作,低时为双电机工作。下图是槽车压力各压力点的排量与功率曲线:
立式液压压缩机结构简单。气缸和油缸双缸一体结构,液压油每运行一个行程,都会将气缸壁冷却一次,因此气体和气缸壁的温度较低,不需水套缸冷却;一组气缸只有一级压缩,要想两级压缩需用两组气缸;轴向尺寸相对较短(仅大于两倍行程),可以立式安装;各支承环和液压活塞环不存在偏磨现象。
(1)油泵工作压力较低。经过受力分析,所需油压=(排气压力-进气压力)/2;额定压力为31MPa的油泵工作范围始终在16MPa以下。
(2)噪声低。实测噪声不高于70分贝。
(3)天然气几乎无泄露量。设计上回避了填料等结构设计,系统几乎没有泄露点。
(4)耗油量极小。油附着在缸壁上形成极薄高分子油膜,使输出气体内含极少量油。
(5)易损件少。只有活塞环、O形圈等少量易损件。
综上所述,液压活塞式压缩机结构简单,流程适应性强,节能性好,泄露量小,运行维护成本低,是CNG加气子站压缩机优选设备,其次是机械式压缩机,再次是液压平推子站设备系统。其具体比较见表1、表2。
表1:液压活塞压缩机(立式气缸)与传统压缩机性能比较表:
序号 | 对比项点 | 传统机械式 | 液压活塞式(立式气缸) |
1 | 易损件数量 | 多(自制件) | 少(标准件) |
2 | 相同工况所需电机功率 | 75/90(kW) | 2×22(kW) |
3 | 维修 | 复杂 | 简单 |
4 | 运转成本 | 高(0.064度/方) | 低(0.04度/方) |
5 | 运转泄露 | 0.7~3% | <0.03% |
6 | 振动 | 大 | 小 |
7 | 噪音(dB(A)) | >80 | <85 |
表2:液压活塞压缩机(立式气缸)与液压平推系统性能比较表:
序号 | 对比项点 | 液压平推系统 | 液压活塞式(立式气缸) |
1 | 气与油是否直接接触 | 是 | 否 |
2 | 排气速率 | 恒定 | 递减 |
3 | 适应性(可利用槽车剩余压力调节加气高峰) | 差 | 强 |
4 | 槽车品种 | 专用 | 常用 |
5 | 油品 | 专用油 | 常用 |
6 | 建站投资 | 大 | 小 |
7 | 取气率 | 高 | 低 |
8 | 建站流程 | 简单 | 简单 |
第三部分立式液压活塞式子站压缩机的特殊性能
1、油气缸一体,立式气缸结构,液压油与工艺气采用活塞隔开,回避了传统机械式压缩机填料结构,工艺气几乎无泄露(实测泄漏率0.03%),液压油几乎无损耗;同时也回避了液压平推子站设备油气直接接触而带来的负面影响;
2、实现全风冷结构,保证出口气体的温度不高于环境温度13℃;
3、采用双变量泵双电机驱动,根据工况控制单泵或双泵工作,最大限度节约能源(实测耗电量0.04度/标方);
4、整机工作噪声不大于75dB(A);
5、内部空间大,维修方便,能够实现在位维修,且更换易损件时间不超过2小时;
6、整机防爆论证,防爆等级不低于dⅡBT4;
7、无需卸载带负荷启动,可实现随时启停。