学文网摘要：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
中***分类号： U473.2+4 文献标识码： A 文章编号：
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，通常添加油脂来降低摩擦力（有的设备采用无油）。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A1级和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)。
脱水可在天然气增压前或增压后进行，分别称为前置脱水和后置脱水。
（四）废气回收
废气回收罐，主要是将每一级压后的天然气经冷却分离后，随冷凝油排出的一部分废气；压缩机停机后，留在系统中的天然气；各种气动阀门的回流气体等回收起来，同时，将凝结分离出来的重烃油从回收罐底部排出。
（五）缓冲罐
进气缓冲罐，其目的是减小压缩机工作时的气流压力脉动以及由此引起的机组的振动。
（六）加气机
为了提高CNG加气站压缩气体的利用率，在压缩机、储气井和售气机之间采用多线加气，随着线路的增加，利用率不断提高。但是过多的线路会增加天然气气管线排布的复杂程度，通过实践发现三线售气系统具有较好的利用率，并且布线结构相对简单。
（七）其它
1、安全放散系统
站内各级安全泄压的天然气按照泄放压力的不同，应分高、低压两级，通过站内的泄放系统放空点集中泄放，避免因分散泄放产生安全隐患。其保护流程是：系统中的天然气压力若超过系统中的安全阀设计压力，安全阀将开启，释放的天然气通过放散总管在站区安全部位排入大气中。
2、泄漏探测报警系统
站内生产区设置了可燃气体泄漏探测报警装置，以便及时发现问题，排除事故隐患。
3、调压系统
考虑到城市管网来气压力会产生波动，为保证压缩机进气压力平稳，压缩机能尽可能在最佳设计点上工作，避免超压停机保护。本项目站内一般设一套稳压计量系统。
4、管材及管件
压缩机到加气机间的压缩CNG工艺管路设计压力为27.5MPa，采用国产或进口高压不锈钢管，技术性能应符合现行标准《流体输送用不锈钢无缝钢管》（GB/T14976-2002）的规定。
钢管外径大于28mm的压缩天然气管道采用焊接连接，小于或等于28mm的压缩天然气管道及与设备、阀门的连接采用双卡套式接头。螺纹类型应与连接阀件配套。双卡套接头应符合现行标准《卡套式管接头技术条件》（GB/T 3765-2008）的有关规定。
阀门及管道附件应按不低于压缩天然气系统设计压力配置。软管应采用耐油高压胶管，其最高允许工作压力大于或等于4倍系统设计压力，软管总成应能承受大于或等于2倍系统设计压力。
站内压缩天然气埋地管道均采用管沟敷设，管沟应用中性砂子填充。室外沟盖板按通行重载汽车负荷设计。
5、管道防腐及其它
（1）站内压缩天然气埋地管道均采用管沟敷设，管沟应用中性砂子填充。室外沟盖板按通行重载汽车负荷设计。
（2）埋地管道的外防腐涂层的种类，根据工程的具体情况，选用聚乙烯防腐层。
（3）埋地管道防腐应采用最高级别防腐绝缘保护层。
（4）加气站内设备、阀门、管道等涂色标志宜符合下列规定：
a、压缩天然气贮罐：银白色；
b、加气机等设备仪表和各种阀件的表面可保持制造厂的出厂颜色；
c、不锈钢容器、不锈钢管道、电镀管道、表面镀锌管道可保持原材料本色或保护层本色；
d、管道支架、平台、梯子、构架等：灰色或绿色。
e、在管道交叉处、干管与支管连接处，应用油漆标明介质流向箭头。
随着西气东输工程的实施，沿线城市都使用上了天然气，这些城市的能源结构将发生根本性的变化。近年来，随着国家不断推广燃气汽车，城市加气站的数量不断攀升，加气站增长幅度喜人，但总体看来，国内燃气汽车加气站的发展尚处于初级阶段。在发展和运行中也存在不少现实的问题。因压缩天然气易燃易爆，且在高压状态下，所以加气站建设原则必须以安全为第一，在各容易发生事故处都应设安全装置和排放装置，保证安全生产。在CNG加气站进行设计、施工过程中，着眼于新技术、新设备的同时，也应结合我国车用CNG技术的现状，本着安全用气的原则，发展车用燃气事业。
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