选型CNG加气站主要设备选型原则

摘要：天然气作为汽车燃料的绿色环保事业日益发展，天然气汽车对于治理城市汽车尾气污染，改变城市交通能源结构，具有最直接有效的作用，人们对燃气汽车寄予厚望。压缩天然气（以下简称“CNG”）是一种理想的车用替代能源，其应用技术经数十年发展已日趋成熟。它具有成本低，效益高，无污染，使用安全便捷等特点，正日益显示出强大的发展潜力。
关键词：压缩天然气；标准加气站：设备选型
近年来，随着国家不断推广燃气汽车，CNG汽车加气站也随之建立，以满足天然气汽车燃料的需要。CNG汽车加气站按其使用功能通常分为：加气母站、加气母子站、标准加气站、液压子站等几种形式。本文对CNG标准加气站运行状况设备选型进行分析和探讨。
CNG标准加气站主要生产工艺系统由计量、过滤脱水、压缩、储存、加气等组成。辅助生产工艺系统由循环冷却水、废润滑油回收、供电、供水等组成。依据国内CNG标准加气站建设情况，加气站主要设备包括：天然气压缩机（整体撬装式）、干燥器、顺序控制盘、储气设备、加气机等。

一、CNG标准加气站工艺流程

CNG标准加气站一般气源接自周围已有的中高压天然气管道，进站后经过滤稳压计量后进入前置干燥器，经干燥处理将天然气常压露点降至-60℃，再经缓冲罐后进入压缩机加压至25.0MPa，通过优先/顺序控制盘为储气井组充装天然气，或直接输送至加气机为CNG燃料汽车加气，也可以利用储气井组内的天然气通过加气机为CNG燃料汽车加气。

二、主要设备

(一)压缩机

1、压缩机的选择

压缩机作为CNG加气站的核心决定了整个加气站的性能。因此选择一台性能优越的压缩机显得尤其重要。因此加气站压缩机选型时，一般选用进气压力范围较宽、适应能力较强的机型。这样可避免由于管网压力过高，需要降压后输入压缩机而造成资源的浪费。或者管网压力长期过低，降低了压缩机的工作效率甚至损坏压缩机。
压缩机的种类很多，有容积型、速度型、热力型，但适用于输气管道增压装置的主要有往复式压缩机和离心式压缩机。压缩机组的选型应遵循技术先进、运行可靠、易于维护、负荷调节灵活以及能耗低的原则。

2、压缩机冷却系统的选择

天然气压缩机一般采用往复活塞式压缩机。压缩机工作时，气缸活塞环往复高速运动，与气缸壁产生滑动摩擦，为降低摩擦造成的损伤和保护设备，使之长期稳定工作，通常添加润滑油脂来降低摩擦力（有的设备采用无油润滑）。高速滑动摩擦产生的大量热量和天然气被压缩后释放的大量热量，使压缩机气缸处于高温工作状态，如不能及时将热量带走，过高的温度将使润滑油失效，从而轻者造成设备使用寿命缩短，重者造成在短时间内就会严重损坏设备的后果。为了使气缸和压缩后的高温天然气的温度保持在许可范围内，压缩机通常采用一定的冷却措施进行强制冷却。
压缩机冷却系统可分为水冷、风冷和混冷。
（1）压缩天然气采用空冷却器强制风冷却，气缸与填料水套和润滑油采用闭式循环水（环境温度低于0℃是采用防冻液）冷却。此种冷却方式总体面积较少，投资比较经济，但风片需要定期清理灰尘，以免影响冷却效果。
全风冷式CNG压缩机无需增添一整套的管道、泵、水处理辅助设备，空气可免费取得，风冷系统的维护费用一般为水冷系统的20%-30%。
（2）压缩天然气采用水风混冷却方式即各级排气、气缸填料水套、机身润滑油等的冷却采用闭式循环水冷却。循环水的热量通过翅片管式风冷却器进行强制换热冷却，循环水始终处于密闭系统内。
在闭式系统中，使冷却循环水在冷热交换时不和环境空气接触，使用含防冻液的软化水的闭式系统，在防止水垢、腐蚀等方面，有着强的综合优势。
混冷式压缩机，进口机型较多，制造成本高，配套投资大，冷却效果介于水冷和风冷之间，配套费用较高。
（3）压缩天然气采用水冷却方式即压缩天然气、气缸与填料水套和润滑油采用开式循环水冷却。
开式系统是指在环境空气中爆气降温的冷却水循环系统。冷却循环水因冷却气体、气缸与填料水套和润滑油而升温后，再送至玻璃钢水冷却塔、水池进行冷却，然后再通过水泵进行循环使用。
由于此种开式系统中的冷却循环水必须在环境空气中

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爆气降温，不仅水质不容易控制，而且还需定期补充水，并且冷却塔与管道配置及水泵要增加一次性投资，水泵与冷却塔中的风扇也要消耗一定电能。但水冷方式的冷却效果是三种冷却方式中最好的。
综上所述，在北方地区，风冷式CNG压缩机具有全天候地域运行的极强适应性。

(二)储气设施

在加气站建设中，储气设施因具有25-30MPa的高压以及介质易燃易爆的危险性质，其在CNG加气站当属特别重要的核心部位。合理的选择储气装置，不但能提高的气瓶装置的利用率和加气速度，而且可以减少压缩机的启动次数，延长使用寿命。
我国的CNG加气站，经历了较长时间的开发研究，迄今储气瓶、储气罐和储气井技术工艺，目前正在逐步趋于成熟与完善，有的已初具规模。

1、储气瓶

单瓶水容积通常为60L或80L居多，材质采用无缝优质钢或具有防火功能的树脂纤维缠绕技术制造。储气瓶的优点是经济，灵活，建设成本较低。缺点是供气系统阻力大，管阀连接处泄漏点多，增加了不安全因素。此外，每年支付的维护费用多，增加了后期供气成本。

2、储气罐

储气罐水容积主要有2m3、3 m3、4m3、6m3的几种规格，一般每站设置3～6罐为宜。这种储气罐是90年代后期较为广泛使用的CH4高压储存容器，其优点主要是：气体集中储存，管阀连接点较少，泄漏因素降低，恰好弥补了储气瓶的不足，具有较好的安全性。缺点是：爆炸事故发生时，地面冲击波的辐射范围大、强度大等。

3、地下储气井

储气井是四川石油管理局自80年代中期开始在不断实践探索的基础上，研究开发的新型储气技术。这种储气装置是在加气站一定位置开钻3～6口地下井，每口井的深度约100m，上小下大口径不等，单井水容积为2m3、3 m3、4m3左右，采用进口材质的套管和钢筋混凝土固井技术，具有安全牢固、节约维护费用、节约土地资源以及减少地面冲击波放射范围和强度等许多优点，是很受欢迎、安全可靠的高压CH4储气装置。
储气井的设计单位应当同时持有A和SAD级压力容器设计资格。储气井制造单位应当取得相应压力容器制造许可证，其专业技术人员配备和主要生产设备应当满足《储气井制造许可资源条件》的要求。新建储气井应当按《储气井安全性能监督检验大纲》的要求实施现场制造的监督检验，并应当进行固井质量检测及评价。

(三)深度脱水装置

根据现行国家标准《车用压缩天然气》(GB18047－2000)的规定，在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，车用CNG的水露点不应高于-13℃。当最低气温低于-8℃时，水露点应比最低气温低5℃(相当于在常压下不高于-54℃)。而城市天然气进行的脱水处理仅满足了民用气的标准，即在天然气交接点的压力和温度下，天然气的水露点应比最低环境温度低5℃。
以城市天然气为气源的CNG加气站，为保证站内储气系统及车载储气瓶的使用寿命及安全，延长压缩机的使用寿命，站内必须设置深度脱水装置，使其露点不高于-54℃(常压下)。