張健 李克強 徐潘 龍嘯（川慶鉆探工程公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院）

CNG站脫水裝置節(jié)能監(jiān)測方法探討

張健 李克強 徐潘 龍嘯（川慶鉆探工程公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院）

針對 CNG加氣站脫水裝置無法滿足節(jié)能監(jiān)測標準相關(guān)測試條件，通過對脫水裝置工作原理、電加熱器能量轉(zhuǎn)換過程的分析，找到了一種新的加熱器電能利用率測試途徑，并給出了相關(guān)參數(shù)的測試方法，有效地解決了標準測試方法無法操作的難題。通過現(xiàn)場試驗，該方法應用效果良好，對今后CNG加氣站的節(jié)能監(jiān)測工作有著重要的指導意義。

CNG加氣站 脫水裝置 電能利用率

在CNG加氣站中，由于汽車發(fā)動機對所用天然氣的質(zhì)量要求很高，尤其是水露點指標，按照GB 18047—2000 《車用 壓縮 天然 氣》 進行嚴 格控 制。因此，在CNG加氣站生產(chǎn)出來的天然氣需通過深度脫水裝置，脫去天然氣中水分，使其達到國家標準，從而保證汽車發(fā)動機的正常運行。CNG加氣站脫水裝置的主要設(shè)備包括：過濾器、干燥器、再生氣加熱器、冷卻器及分離器等，其中主要耗能設(shè)備為再生氣加熱器，因此，對CNG站脫水裝置的節(jié)能監(jiān)測，實際上就是對再生氣加熱器的電能利用率測試，測試方法主要依據(jù) GB/T15911—1995 《工業(yè)電熱設(shè)備節(jié)能監(jiān)測方法》的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。該方法需要對被加熱介質(zhì)的質(zhì)量進行測定，對于CNG站的脫水裝置，需要測定單位時間內(nèi)進入脫水裝置的再生氣質(zhì)量，而現(xiàn)場的脫水裝置再生氣管道普遍存在管徑小、直管段長度短、靠近震動源 （CNG壓縮機）等特點，無法滿足便攜式氣體流量計現(xiàn)場測試條件，經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗，均無法取得有效數(shù)據(jù)，說明 GB/T15911—1995中所采用的正平衡測試方法并不適用于該裝置的節(jié)能監(jiān)測。因此，尋找一種科學有效的CNG站脫水裝置節(jié)能監(jiān)測方法，對CNG站的能耗分析意義重大。

1 測試原理

再生氣加熱器主要由一個金屬殼體和內(nèi)置的數(shù)根電加熱棒組成，其工作原理是將電能轉(zhuǎn)換為電加熱棒的熱能，使電加熱棒溫度升高，與通入金屬殼體內(nèi)的流動氣體介質(zhì)（即再生氣）進行熱交換，從而達到加熱氣體介質(zhì)的目的。因此，如將再生氣加熱器從脫水裝置中單獨拿出來作為一個整體進行研究，在熱穩(wěn)定狀態(tài)下，其能量轉(zhuǎn)換過程如圖1。

圖1 再生氣加熱器能量轉(zhuǎn)換示意圖

因此，其能量平衡關(guān)系式為：

式中：

Ed——單位時間內(nèi)輸入加熱器的電能；

Edr——單 位 時 間 內(nèi) 低 溫 天 然 氣 帶 入 加 熱 器 的熱能；

Egr——單位時間內(nèi)高溫 天 然 氣 帶 出 加 熱 器 的熱能；

Es——單位時間內(nèi)加熱器殼體散出的熱能。

轉(zhuǎn)換式：

電能利用率指的是電熱設(shè)備在加熱產(chǎn)品過程中 ， 供 給 電 能 利 用 的 有 效 程 度 ， 由 （2） 式 可 知 ，(Egr-Edr) 即 為 電 能 的 有 效 利 用 部 分 ， 因 此 ， 可 以 利用反平衡原理，通過測試單位時間內(nèi)電加熱器的輸入電能 Ed和殼體散熱量 Es來計算電加熱爐的電能利用率：

式中：

ηd——設(shè)備電能利用率， % 。

2 計算方法

2.1散熱量的計算

1）格拉曉夫準則

式中：

Gr——格拉曉夫準則 （系數(shù)）；

ρ——根據(jù)周圍空氣溫度查空氣物性參數(shù)表所得的空氣密度， kg/m3；

l——特征長度，此處取電加熱器高度， m ；

μ——根據(jù)周圍空氣溫度查空氣物性參數(shù)表所得的空氣動力黏度， kg/(m·s)；

△t——電加熱器殼體定性溫度與周圍空氣溫度的差值， °C。

式中：

td——電加熱器殼體定性溫度，此處取殼體表面平均溫度， °C；

tk——電 加 熱 器 殼 體周圍空 氣 溫 度 ， °C 。

2）怒謝爾特準則

式中：

Nu——怒謝爾特準則（系數(shù)）；

Pr——根據(jù)周圍空氣溫度查空氣物性參數(shù)表所得的普朗特準則（系數(shù)）；

C——常數(shù)，電加熱器殼體表面空氣處于紊流狀 態(tài)，對 于 圓 柱 體 取 0.1；

n——常數(shù)，電加熱器殼體表面空氣處于紊流狀態(tài)，對于圓柱體取13。

3）自然對流換熱系數(shù)

式中：

α ——自然 對 流 換 熱 系數(shù)， W/(m2·°C)；

λ——根據(jù)周圍空氣溫度查空氣物性參數(shù)表所得的導熱系數(shù)， W/(m·°C)。

4）散熱量

式中：

Es——電加熱器殼體散熱量， W ；

π——圓周率；

d——電加熱器殼體直徑，m。

3 測試方法

電加熱爐電能利用率的主要測試項目包括：電加熱器的輸入電能、殼體表面溫度、周圍空氣溫度、主體尺寸等。

1） 輸入電能的測量。采用合適的電功儀表，可以在加熱器的電能輸入端方便地測量出其輸入電能。

2）殼體表面溫度的測量。對殼體進行合理布點，采用紅外測溫儀對各點進行測溫，計算殼體表面平均溫度。

3） 周圍空氣溫度的測量：采用一般溫度計，可以方便地測量出周圍空氣溫度。

4）主體尺寸的測量：采用合適的鋼卷尺，可以方便地測量出殼體的高度和直徑。

4 應用實例

根據(jù) GB/T15911—1995 《工業(yè)電熱設(shè)備節(jié)能監(jiān)測方法》的相關(guān)規(guī)定，電加熱器電能利用率的考核指標：間隙生產(chǎn)大于或等于 30%，連續(xù)生產(chǎn)大于或等于 40%。

對某CNG公司下屬部分加氣站的8臺脫水裝置電加熱器的電能利用率測評結(jié)果如表1所示。

表1 電加熱器電能利用率考核結(jié)果

以上結(jié)果顯示，本次測試的8臺電加熱器的電能利用率均符合國家標準的考核指標，表明這些電加熱器的散熱損失較小，保溫措施良好。

該測試方法主要針對CNG加氣站脫水裝置電加熱器的電能利用率測試，測試項目簡單易操作，數(shù)據(jù)可靠性高，有效地解決了標準中正平衡測試方法無法操作的難題。

[1]全國能源基礎(chǔ)與管理標準化技術(shù)委員會.GB/T15911—1995 工業(yè)電熱設(shè)備節(jié)能監(jiān)測方法[S]．北京：中國標準出版社，1995.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.009.001

2013-04-16）

張健，工程師，2009 年 7月畢業(yè)于西南石油大學 （化工過程機械 專業(yè)），碩 士研究 生，從 事油田 節(jié)能減 排工作 ，E-mail：wy2002709@163.com，地址：四川省廣漢市紹興路三段 11 號，618300。