压缩天然气加气站设备选型与运行管理分析

王东

陕西省 铜川市 耀州区 727031

摘要：目前我国汽车行业发展迅猛，城市中机动车数量的增多，尾气排放导致大气环境受到污染，严重破坏了生态环境。人们环保意识逐渐增加，加之资源条件的限制，为天然气汽车的普及创造了条件。本文着重对压缩天然气加气站设备选型与运行管理进行研究，希望能够给天然气加气站提供些许参考价值。

关键字：天然气；加气站；设备选型；运行管理

导言

我国目前是世界汽车保有量最大的国家。高速发展的汽车工业带来的高速发展的经济，同时也消耗了大量能源，汽车燃料燃烧后产生的尾气，对环境也带来了巨大的伤害。现如今，国家对环保问题越来越重视，国家从2016年开始就大力推进煤改气，用天然气替代煤炭，可见天然气的需求越来越大。天然气燃料车不仅对环境污染小，而且成本更低，跑相同的公里数，成本只是汽柴油的五分之三，大大减少的用车成本。在天然气资源丰富的地区，天然气燃料车得到快速发展。

1 CNG加气站的分类

CNG加气站主要分为加气子站和加气母站，加气母站主要直接对CNG管束车进行天然气的充装，CNG管束车将充装好的压缩天然气运往加气子站进行销售或者直接用于工业及民用方面的供气，母站占地面积较大，直接从城市天然气管网取气，进气压力低，必须采用多级压缩对天然气进行加压后充装。加气子站可直接对天然气燃料汽车进行加气，分为常规子站和标准站，其中标准站与母站工艺基本类似，也是直接从城市管网取气，使用的压缩工艺与加气母站相同。常规子站采用CNG管束车供气，随着加气站工艺的不断发展，压缩机的工艺已有多种选择。

2设备选型CNG加气子站主要设备的选型

2.1卸气柱选型

CNG卸气柱目前只有一种排量：3～80kg/min。但其结构有两种：单线单枪和单线双枪，后者又可分为单计量或双计量。对于机械/液压式CNG子站，由于标准要求，只允许停放一辆拖车，故需选择单线单枪卸气柱。

2.2压缩机选型

CNG子站压缩机按照工作方式分为液压活塞式和机械活塞式。机械活塞式压缩机由电机带动曲轴旋转，通过连杆、十字头和活塞杆，带动活塞在气缸内作往复运动，实现气体的压缩过程。机械式压缩机的技术成熟，国内外均有上百年的发展历史。其缺点是：气缸内余隙较大，压缩气体温度较高、压缩效率较低、泄漏量大、能耗大、噪声大，维护费用高等。液压活塞式压缩机通过油泵给液压油加压，推动活塞往复运动，实现气体的压缩过程。其特点是：结构简单，泄漏量小，能耗小，维护费用低，噪声小，节能效果明显。

2.2.1确定压缩机工作压力上、下限Pmin，Pmax

由于CNG车载储气瓶拖车气源压力最高为20MPa，因此要求压缩机工作压力上限Pmax≥20MPa。由于在较低进气压力情况下压缩机效率很低，因此要求压缩机工作压力下限Pmin≤3MPa。

2.2.2确定压缩机数量及单台排量

CNG加气子站压缩机的排量（m3/h）规定为：在3、7、10、15和20MPa排气量的平均值。压缩机数量及排量的确定方法为：判断1：当Qd≤10000m3时，若停机敏感性大，则选择2台排量为Q的压缩机；若停机敏感性小，则选择1台排量为Q的压缩机。判断2：当10000m

2.2.3冷却方式

CNG加气子站压缩机多为多级压缩，根据工艺要求，各级排气温度应不大于150℃，终极排气温度不高于环境温度15℃。因此，压缩机的冷却方式可采用风冷、水冷和混合冷却三种方式，只需冷却效果满足上述级间温度和终极排气温度的要求即可，由用户根据现场实际确定。因子站相对简单，通常不配置单独的冷却塔，因此不考虑水冷。

2.2.4安装方式及防噪声要求

压缩机的安装方式可选择为室内安装或室外安装。室内安装无需隔音方舱。室外安装需要隔音方舱；噪声（离方舱1m处）要求为：普通型方舱小于75dB（A），降噪型方舱小于65dB（A）。推荐使用带隔音方舱的室外安装。

2.3脱水装置

脱水装置按照在加气站工艺流程中的位置又可以分为低压脱水（又称为前置脱水）、高压脱水（又称后置脱水）和中压脱水（又称压缩机级间脱水）。目前加气站普遍采用低压脱水或高压脱水，中压脱水很少采用。

2.3.1低压脱水装置

低压脱水装置（前置式天然气干燥器）最主要的优点是在压缩前将天然气中存在的水分脱除，给天然气压缩机提供较高品质的天然气，可延长压缩机气阀、活塞环、填料函等运动密封件的使用寿命。另一方面，由于大多数管输天然气在长距离集输前，经过了相当程度的净化，其中水分含量很低，此时采用前置式干燥器，由于天然气压力较低，整个脱水系统压力等级较低，设计、制造、检验、运行、维护管理都较简便。此外，运行成本较低也是大部分天然气加气站采用前置式干燥器的重要原因之一。

2.3.2高压脱水设备

高压脱水设备（后置式天然气干燥器）实际上是加压冷却脱水法和吸附分离法的串联应用。与前置干燥器相比，同等处理量的后置干燥器具有更小的体积，电加热功率也较低。对后置干燥器运行成本影响最大的是再生气，因为约是干燥器处理量（体积流量）3%～5%再生气会浪费天然气压缩机功率的3%～5%。以一座CNG常规加气站配置2台主要功率为160kW的压缩机为例，损失的电量大约在10～15kW。从技术性、安全可靠性、经济性以及维护费用等方面综合考虑，前置脱水装置较后置脱水装置有更大的优势，因此推荐采用低压前置脱水装置。脱水装置的脱水能力=单台压缩机排气量×台数×1.1。脱水装置工作压力选为进气压力上限。

3压缩天然气加气站运行管理措施

3.1加强人员安全管理

员工是加气站所有生产活动的主体，参与生产经营的全过程。因此，加气站工作人员的行为直接关系到加气站的安全运行。在安全管理过程中，还必须对与员工有关的所有因素进行评审。为避免安全管理中的失误，全体员工要严格按照标准规范约束个人行为，做好本职工作，同时要深入实施风险管理。

3.2完善维修方案、操作规范

加气站的机械设备很危险，所有设备投入运行后，必须有完善的规章制度作为运行保证。在此期间，还要制定安全管理和岗位责任制。对于加气站不同类型的设备，应制定相应的操作规程。进入工作岗位前，所有工作人员均应接受专业培训，了解各设备的操作工艺和安全操作规程，取得相关从业资格，避免因操作失误造成事故。根据机械设备运行检查记录，制定维护保养计划，定期组织设备的维护保养，确保加气站始终处于良好的运行状态。

3.3规范运行流程

一般天然气加气是在管道内部提取，或者从加气母站运输至加气子站中，经过压缩处理之后，再将天然气运输到车辆中。下面针对压缩天然气加气站运行流程进行介绍：加气站在天然气管网内部完成取气，并且进行过滤与计量处理后，经过缓冲罐输入到压缩机中，接收到天然气的压缩机进行加压，直至天然气压力达到与低压储气井压力相同后输入到后置脱水装置中干燥处理，按照从低到高的顺序在加气站中的储气井组充气，储气井组达到预设储存压力数值后压缩机运行停止。加压处理的天然气利用加气机对汽车进行计量加气，加气的顺序从低级压力开始向高级压力逐步过渡，期间从储气井组内部取气。由此可见，压缩工艺、压缩机与脱水设备选择的重要性。

结束语

综上所述，压缩天然气加气站中相关设备的选择，必须要满足安全运行要求，避免设备操作与压缩天然气处理期间的安全问题，同时深入落实运行管理制度，积极采用行之有效的管理方法，提高各项作业行为的规范性，以此推动压缩天然气的广泛普及。

参考文献

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