压缩天然气(CNG)作为一种理想的能源储运产品，在我国天然气工业中发展迅速。随着天然气汽车的发展，与之对应的CNG加气站也不断增加[1]。为提高CNG站的技术水平和综合效益，有必要开展CNG业务的能效对标工作[2-3]，并系统分析其运行能耗状况，全面、客观地了解运行过程中的能源使用情况，完善能耗数据统计等能源管理基础工作、建立涵盖能源使用各方面的能效指标体系，正确认识与能效先进企业的差距，根据能效差距和节能目标责任要求，合理制定企业节能计划和能效改进措施，建立科学有效的能源管理体系。
能效对标指标体系是能效对标管理的基础，因此开展能效对标工作的前提是建立科学的能效对标指标体系[4]。本文以中国石油西南油气田公司CNG生产与销售业务为研究对象，通过研究CNG装置的工艺流程及用能特点，确定能效对标指标，初步建立CNG站能效对标指标体系。
CNG站常用的脱水方式[3]有两种：一是低压脱水，脱水系统在压缩机前对低压天然气进行脱水处理；二是高压脱水，脱水系统在压缩机后对高压天然气进行脱水处理[5]。目前，西南油气田公司下属的CNG站均采用的是高压脱水工艺。
压缩机的驱动方式有两种：一是电力驱动；二是天然气发动机驱动。压缩机的冷却方式也有水冷和风冷两种。目前，西南油气田公司下属的CNG站均采用的是电驱式压缩机，压缩机的冷却方式均为水冷。
典型的压缩工艺流程一般为：进气首先经过滤、计量、调压后进入天然气脱硫系统，脱硫后的气体进入压缩系统，经压缩机加压至20 MPa~25 MPa，再进入干燥脱水系统，干燥后的气体进入储气设备。
分析表明，CNG站的能耗工质为电力和新鲜水，其中关键能耗设备为压缩机和变压器，除此之外还包括再生干燥器、循环水泵、冷却塔轴流风机、照明灯具、空调和其他辅助设施(如仪表)；主要耗水节点包括装置内场地和公用厕所冲洗用水，另外还有少部分冷却塔补充用水。
根据CNG站的工艺及能耗特点可知，CNG站能耗的影响因素主要包括3个方面：一是外部影响因素；二是装置本身固有影响因素；三是管理水平影响因素。
外部影响因素主要是原料气气质条件、变配电设施的自身能耗以及变压器容量与用电负荷的匹配程度，其中原料气气质条件包括原料气中水分含量和来气压力。如果原料气中水分含量越高，则再生干燥器使用时间也就越长，导致相应的电耗增加。如果原料气的来气压力与压缩机的额定压力匹配，则能耗低，否则能耗高。另外，入站变压器的负荷率越低，电能的损耗也就越大。
装置固有因素主要为压缩机和冷却循环系统的选型是否合理，如压缩机增压比越大，则压缩机耗电量越大，压缩后工艺气的循环冷却水消耗也越大，因而能耗越大；闭式冷却循环方式与开式冷却循环方式相比，水的自然蒸发量相对小，存在水补充量少的优点[6]。此外，装置中压缩机和泵的效率对能耗也有较大的影响，机泵的效率越高，能耗就越小。
管理水平影响因素包括3个方面，即：①人员的节能意识。通过加强员工节能教育，提高员工的节能意识，加强用水、照明和空调的管理，把节能工作纳入到日常管理，能有效降低能耗；②节能产品应用情况。通过推广高效节能照明产品和电器，也能有效降低能耗；③精细化管理水平的高低。例如，根据气候变化对装置的影响，要求操作人员对装置进行适当的调整以确保装置处于经济运行状态，如冷却循环系统可以根据气温的变化，调整循环水泵的运行台数。另外，对装置运转部件按要求进行润滑和检修，能保证装置较高的机械效率。
研究CNG站主要能耗节点时，主要考虑了所研究节点能耗的大小、在CNG站总能耗中的比重、该节点相关参数的变化对能耗的影响程度、将该节点能耗作为能效对标指标是否可以促进节能技术进步和节能的精细化管理等多方面因素。
分析CNG站的工艺及能耗特点，综合考虑上述因素，认为CNG站主要能耗节点是压缩机组。
基于以上分析，根据CNG站的工艺及用能特点，将能效对标指标分为4个层次，如图 1所示。
基本信息反映全站现状，内容包括工艺描述、主要工艺参数和关键能耗设备信息。
全站能效对标指标系指CNG站层面的对标指标，该组指标反映整个CNG站的能源利用状况。为弥补系统能效对标指标的不足，采取分层对标的方法，设置了重点能耗单元能效对标指标和关键能耗设备能效对标指标，其中重点能耗单元指标反映CNG站的生产照明单元、办公及辅助单元和压缩单元3个重点耗能单元的能源消耗状况，关键能耗设备指标反映CNG站压缩机组和变压器两个主要耗能设备的能源利用水平。
在CNG站能效对标指标体系框架的基础上，对每个具体指标从定义、统计口径、计算公式、影响因素和改进途径5个方面分别进行描述。指标体系中数据的统计周期确定为一个季度。
由于CNG站存在压缩机组进气压力的差异，考虑到对标指标的可比性和合理性，在指标体系中引入了“单位天然气(标态)能量增量”这一概念，单位天然气(标态)能量增量是指统计期内1标准立方米天然气经增压后的能量增量。
表 1列举了CNG站能效对标指标体系中电力和新鲜水两个能耗工质指标的具体描述。
2011年第4季度甲CNG站月均加气量为48.35×104 m3, 进站的气源压力为0.3 MPa；乙CNG站月均加气量为52.75×104 m3, 进站的气源压力为0.3 MPa；丙CNG站月均加气量为62.61×104 m3, 进站的气源压力为0.3 MPa。表 2所示为第4季度甲乙丙3个CNG站的能耗数据。
根据表 2的数据，按照建立的能效对标指标体系中相关公式进行指标计算, 其结果如表 3所示。
从表 3可以看出，乙CNG站单位加气量能量增量耗电量和站月人均综合耗水量两个指标均高于甲与丙两个CNG站，尤其是压缩机耗电量差距较大。通过对3个CNG站在工艺技术和管理手段上的比较与分析，发现存在差距的原因包括：①甲与丙两个CNG站的压缩机电机均安装了补偿节能器，电机功率补偿因数分别达到0.96和0.97；②甲CNG站增设了自动程序控制盘，优化了储气罐压力，降低了压缩机能耗。通过对比，找到了差距，为下一步制定节能挖潜的改进措施明确了方向。
确定CNG站能效对标的指标体系是实施CNG业务对标工作的重要环节，是开展该业务对标工作的基础和依托。一套科学合理的指标体系应该能够系统地、全面地反映所要瞄准、关注的内容和对象，应该能够涵盖影响CNG业务总体能效水平与能源利用状况的关键因素和环节。
本文旨在阐述建立一套CNG站能效对标指标体系的一般方法，随着技术进步和管理水平的提高，体系的建立和指标的选取应是一个动态过程，还需要按照循序渐进的原则，根据对标工作的进展情况，对指标体系进行不断调整与逐步完善。
2012, Vol. 41 Issue (6): 616-618
2012, Vol. 41 Issue (6): 616-618