引言作为一种绿色环保能源，CNG加气站（Compress Natural Gas）对保护大气环境、调整能源结构、实现地区可持续发展效果显著，加之可以产生良好的经济效益，近年来在国内得到了蓬勃发展。截至2019年底，国内已发展天然气汽车超过200多万辆，建成CNG加气站5 000多座。CNG加气母站中，电驱往复式压缩机组是主要的生产耗能设备，耗电占站场总耗电的90%以上；脱水装置耗能占8%左右，加气站年耗电量3.1亿kWh，年自耗气1 800万m3，自身能耗总量巨大。如何在保证安全生产的基础上减少CNG母站自身能源消耗，对站场安全高效经济运行具有重要意义［1］。1节能管理措施节能管理主要是加强CNG站场节能节水考核体系建设。（1）成立组织机构，配备节能节水管理人员，负责节能节水工作的统筹管理。通过建立安全总监-生产安全部-专兼职节能节水管理人员的三级能源管理组织机构，制定并完善节能节水管理规定，并组织实施落实；建立健全节能节水统计台账，加强节能节水计量数据的管理工作和数据的准确性、可靠性；提高主要耗能设备的运行效率，调高压缩机进气压力使压缩机达到高效率运行；实行节能节水考核评价制度，使生产、生活中节能节水完成情况纳入个人的业绩考核，逐级分解落实节能节水目标，并严格考核。（2）制订管理制度和实施计划。每年编制节能措施计划并逐步落实，编制节能降耗管理制度。（3）加强节能节水考核。①将节能、节水等节能降耗工作纳入部门、场站年度绩效合同。②坚持开展节能节水情况分析；每月开展成本经济分析，各部门、场站都要汇报节电、节水等内容的情况，制定相应的措施及取得的成效。③坚持开展月度考核，随时加强站内人员的节能意识。2节电技术措施影响加气母站电耗的主要因素包括：天然气的进站压力、压缩机的使用和维护、合理脱水装置再生次数、无功功率管理是否到位等［2-4］。2.1加装电能计量表，生产和生活用电分开统计大部分CNG加气母站电能消耗通过站内一块总电度表计量，生产和生活用电没有分开；重要耗能设备电动机没有单台计量，不便于开展站场内部能耗分析与管理。通过改造加装电表将生产用电、生活办公用电分开计量与统计，便于了解生产电耗增加与减少的原因，从而进行分析。该母站某年1～6月的单方气电耗统计如图1所示。由图1可知，4月份电耗较高，其原因是生产电耗高，而非生产电耗保持稳定。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.034.F001图1该站场某年1～6月的单方气电耗统计目前，加气母站站内生产用电和办公生活用电分开计量仅能初步实现电能统计管理，更深一步的节能管理应按照《石油石化行业能源计量器具配备和管理要求》（GB/T 20901—2007）［5］规定：单台额定功率50 kW以上电机，能源计量器具配备率要达到100%；实现单台压缩机耗电进行单独计量，真正实现能源精细化管理。2.2加强压缩机的使用和维护保养（1）合理调节压缩机进气压力。将进气压力范围调整到设计压力范围，使压缩机的实际排气量尽量达到设计排气量，可以有效地减少压缩机的运行时间，减少电能的消耗［6］。（2）正确的操作和维护保养，定期对压缩机进行维护保养，减少跑冒滴漏情况，特别是阀门的内漏情况。（3）加强压缩机运行的巡检，对各温度采集点的温度进行严格控制，发生异常立即停机检查。（4）合理的车辆调度管理，使压缩机长时间运行，减少频繁启动。通过加强压缩机运行、维护保养，保证压缩机运行参数最优、效率最高、能耗最低。该站压缩机产生的效果包括：①压缩机连续平衡运行，至今未发生过因设备故障造成下游用户停气、断供的情况。② 提高了生产能力，如某日设计生产能力15万m3的加气母站，最高日生产记录超过22万m3并运行稳定。③ 生产电单耗较低，节约运行成本。经检测机构对该母站压缩机进行能耗检测，单方气生产成本上一年度为0.024 4元，改造后的下一年为0.025 5元，处于国内先进水平。2.3科学合理设定脱水再生次数脱水装置是保证压缩天然气出站产品质量的重要设备。有的场站为防止出现天然气含水量高而造成下游用户冰堵的情况发生，每天都进行脱水装置再生，浪费大量的电能，使分子筛的使用寿命缩短、脱水效果降低。如果改用根据水露点分析仪分析处理后天然气含水量指标数据确定是否需要再生，可以减少再生频次，减少脱水装置的运行次数［7］。例如，该加气站根据生产经验进行脱水再生，每月约再生16～20次；改用根据水露点分析仪分析处理后天然气含水量指标数据进行再生，再生频次减少到7～9次，再生脱水1次用电约400 kWh，每月可节省电3 000余kWh，年节省用电3万多kWh。2.4严格执行中压直充制度该母站待充装的撬车一般带余压0.5~4 MPa，而上游为长输管道干线分输站的天然气进站压力通常在5.2~8.0 MPa，可以利用压差对撬车进行天然气直充，即进入母站的天然气通过调压、脱水后不进入压缩机，而是通过中压管线直接进入加气柱为撬车充装，充装至适当压力时再启动压缩机，减少压缩机的启动时间，可以实现显著的节电效果，直充气比例与单方气电耗数值关系统计如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.034.T001表1一年中不同月份的直充气比例与单方气电耗数值关系统计项目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月直充气比例/%19.051 8.3017.6218.6719.9519.6019.4120.6923.8730.1018.1517.10单方气电费/分2.752.803.102.902.702.702.702.552.452.302.903.50由表1可知，直充天然气的比例越大，生产单方气的电费就越低。该公司要求客户进站撬车尽量减少带压，从而增加中压直充量，减少电费支出。目前，进站充装撬车压力为0.5 MPa的车辆已占45%以上。2.5合理选用用电计费方式该母站原用电计费方式为分段计费方式，峰、谷、平式，但每月必须缴纳变压器容量费30元/kVA，即30×1 600 kVA=48 000元，每月没有用电也需缴纳48 000元变压器容量费。现在计费方式改为按实际用电量进行计费，虽然没有谷时段的便宜电费，但每月最少节省了3万多的容量费，每年可以节省36万电费。使用实际耗电量计算电费的方式比单纯使用分段计费方式，峰、谷、平式的计费方式节省更多的电费。2.6降低变压器的空载损耗该母站变配电室内有2台800 kVA的变压器，根据生产量大小，一台变压器800 kVA的容量能够满足每日14万方天然气的生产量。如果只投用1台，800 kVA的变压器空载损耗为每小时2.4 kW， 每月可节省2.4×24×30=1 782 kWh，每月可以节省电1 782 kWh。在满足安全的前提下，只投用一台变压器，另一台变压器作为备用以降低变压器的空载损耗，以达到节电的目标。2.7加强变压器侧、电动机侧无功补偿管理目前国内大部分加气站无功功率管理现状为单台电机侧均配有软启动装置，但无就地补偿功率因数的装置。在实际电能质量测试中，加气站电机功率因数一般在0.6～0.8变化，数值总体偏低。对站内变压器来说，加强配电室运行过程中的低压配电无功补偿运行管理，确保设备在自动进行无功补偿时满足所需的无功补偿，功率因数到0.95以上，每月供电公司给予相应奖励，从而节省电费。虽然国家和相关标准对企业内部电机侧没有功率因数要求，但是企业应该通过加装就地无功功率补偿装置提高电机侧的功率因数，来实现企业内部节电［8］。提高电机侧的功率因数，可以提高设备利用率、企业用电总量下降，节省企业电费开支。1台75 kW电动机加装就地无功补偿前后的节电效果对比如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.034.T002表21台75 kW电动机加装就地无功补偿前后的节电效果对比参数轻载重载投前投后差值变化率/%投前投后差值变化率/%I/A35.121.913.237.666.554.212.318.5U/V668.3672.54.20.6625.9631.15.20.8S/kVA40.525.315.337.671.059.012.016.9P/kW24.823.51.35.261.757.74.06.5Q/kvar32.19.322.871.035.312.622.764.3cosФ0.610.930.3252.50.870.980.1112.6由表2可知，无论电机是在轻载还是重载运行，电流数值、有功功率数值在补偿后均下降明显，节电效果较为明显。该种情况在国内普遍存在，应引起足够重视。2. 8优化场站照明时间根据生产需要，按照天气阴暗变化情况灵活掌握站场照明，提前或推迟打开母站场站照明，节约电能消耗。 如场站有4个高杆灯，每个高杆灯有3盏，每小时共用电7.2 kWh，若平均每天节约1 h，全年可节电2 628 kWh。2.9加强冷却循环水水质管理冷却循环水系统是压缩机不可缺少的一个部分，循环水水质的好坏，影响到压缩机设备平稳运行，及使用寿命的长短。冷却循环水水质硬度超标导致水冷却器结垢，冷却效果降低，压缩机油温升高，润滑效果降低导致设备核心部件磨损增加，故障率提高增加维护成本。压缩机排气温度升高，排气量降低，撬车充装量降低，导致电耗增加。3节能量分析与应用前景通过节能管理措施和节能技术措施的共同努力，增加对耗能设备的能效监测［9-11］，重点控制母站进气压力、数值控制脱水装置再生频率、加强冷却循环水水质管理、加装电动机侧就地无功功率补偿装置等。该加气母站取得了良好的节能效果。据该公司近三年电耗统计，母站单方气电耗生产成本从0.061元/m3下降到0.031元/m3，在同行业中加气单耗处于较低水平。若按该公司年生产量9 000万m3计算，单方气电耗节约3分，减去投资费用，每年节约电费500万元，该CNG加气母站取得了较好的节能效果。