1、天然气加气站用户教材天然气加气站一、 发展天然气加气站的必然性随着国民经济的持续快速增长，人民生活水平的不断提高，天然气作为城市燃气具有石油液化气、煤气等其它气源不能相比的优点，譬如气质好、气源成本低、无污染、易于集中管理、使用安全等；天然气作为汽车燃料与汽油、柴油相比，同样也有使用成本低廉、不排放有毒气体等多种优势。随着世界和我国天然气探明储量的不断增加，西气东输工程的顺利开通，开发和利用天然气产业，是科技进步、能效升级、严格环保的必然结果。随着国家和地方政府关于燃气利用的有关具体政策、法规、鼓励措施的相继出台和完善，为天然气在工业和民用方面提供了广阔的空间。天然气压缩机作为天然气加气站配套
2、设备中的核心设备，在天然气行业的大规模发展及应用中得到强有力的推进作用。二、 天然气加气站市场前景预测我国目前所能提供的天然气气源共有四种，西气东输供应的新疆、四川、陕北（待开采已探明的内蒙古）大气田天然气；各油田（包括海底油田）开采过程中形成的伴生天然气；还有煤层气和进口LNG（液化天然气）。根据目前天然气气源情况所能覆盖的区域预测，大中城市300多座，后5年30万左右人口的中小城镇2000多座。超大型城市和大型城市（如直辖市和旅游城市）的天然气加气站规划均在100座以上，大中城市（如省会和开放城市）的规划均在3050座之间，中小城镇的加气站在310座之间。我们按每个大中城市平均30座天然气
3、加气站，中小城市平均3座加气站，那么在国内需要增建的天然气加气站数量为：14600座。根据国内汽车保有量和增长率预测，我国目前的汽车保有量为3000万辆，其中：轿车、客车、货车约各占三分之一，汽车需求量的年增长率约20%。我们按轿、客车的8%估算为使用天然气的出租车、公交车、长途大客中巴车和商务车，到2010年则天然气汽车的保有量为30002/38% （1+20%）5=398.1万辆。按平均300辆车需要一座加气站计算，约需增建13250座天然气汽车加气站；另外，预计货运车辆及油田和煤矿等大型企业内部运输车辆“油改气”的需求也将达到10万辆左右，按平均60辆货运车需要一座加气站计算，约需增建1
4、600多座加气站，总共需增建天然气加气站的数量为：11800座。三、天然气加气站天然气加气站是指以压缩天然气(CNG)形式向天然气汽车(NGV)和大型CNG子站拖车提供燃料的场所。天然气加气站可划分一级、二级和三级，一级加气站储气装置总容积为12V16m3(3000VN4000)；二级加气站储气装置总容积为6V12 m3 (1500VN3000)；三级加气站储气装置总容积为V6 m3 (VN1500)。在城市建成区不应建一级加气站；在城市人员稠密区设置的加气站和合建站的规模宜为三级。另外根据站区附近是否有管线天然气可将天然气加气站分为CNG母站、CNG标准站和CNG子站。CNG母站是建设在有天
5、然气管线经过的地方，从天然气管线直接取气。天然气经过脱硫、调压、计量、过滤、脱水等工艺进入压缩机机组，然后压缩、冷却、净化后使其压力提升到21MPa，然后通过加气柱给子站拖车加气。CNG标准站也是建在天然气管线经过的地方，从天然气管线直接取气。天然气经过脱硫、调压、计量、过滤、脱水等工艺进入压缩机机组，然后压缩、冷却、净化后使其压力提升到25Mpa，然后进入顺序控制盘，依次给高、中、低压储气瓶(井)组充气。加气时，售气机从储气瓶(井)组中按照低、中、高压的顺序通过给汽车加气，也可以通过加气柱直接给子站拖车加气。CNG子站是建在没有天然气管线经过的地方，通过子站拖车从母站将气转存到子站内，通过卸
6、气柱卸气，由售气机给汽车加气。当子站拖车内压力降低时，可以通过子站压缩机增压后，再由售气机给汽车加气。也可通过顺序控制盘依次给高、中、低压储气瓶(井)组充气。这是安瑞科公司在烟台承建的CNG加气标准站工艺流程图。图中从输气管道来的天然气依次通过紧急切断阀、过滤器和流量计进入低压脱水装置。经过脱水后的天然气含水量减少，水露点可达到-55以下。净化后的天然气经压缩机组压缩、冷却、净化后压力提升至25MPa，然后高压天然气进入顺序控制盘依次给高、中、低压储气瓶组充气；当有车来加气时，售气机按照低、中、高压的顺序从储气瓶组取气给汽车加气。如果储气瓶组压力低于设定值时压缩机自动启动直接给汽车加气；另一路
7、可以通过加气柱给子站拖车加气。四、天然气加气站配置一般由五个系统组成：1、天然气净化和干燥（含调压控制）系统由于CNG从高压气瓶到发动机的过程中需经过减压，减压过程中会出现局部低温，因而对于作为汽车燃料的天然气需要比管道天然气更加严格的气质标准，以避免天然气的高压、低温和腐蚀性造成水和烃类凝结、聚集从而使材料失效或管道堵塞而影响天然气汽车正常工作。其气质要求应符合GB18047-2000车用压缩天然气压缩天然气的技术指标规定。进站天然气的脱硫和脱水是为了保护压缩机的正常运行，而压缩后的高压过滤则是保证所售天然气的纯净，避免可能出现的对售气系统和天然气发动机的损害。当进站天然气的硫化氢含量15m
8、g/m3时站内应配置天然气脱硫装置，脱硫宜采用高效固体脱硫剂，脱硫设备应按两台并联使用，其中一台为备用。脱硫是防止硫化氢等酸性气体与水接触形成次硫酸腐蚀设备管线和钢质气瓶。当进入储气装置的天然气含水量超过GB18047-2000车用压缩天然气规定时，站内应配置天然气脱水装置，脱水一般有低压脱水、中压脱水和高压脱水三种方法，脱水工艺宜采用固体吸附法，脱水设备应按两套并联使用，其中一套系统在运行，另一套系统进行再生，交替运行周期宜为68h。脱水是指脱去天然气中的水分，以防止CNG车在减压、膨胀、降温过程中供气系统形成冰堵。目前管道天然气都经过脱硫处理，但是天然气水露点一般只有-13（压力露点），因
9、此管道天然气需要进行脱水。安瑞科公司所承建的CNG加气站一般采用低压脱水，以保证压缩机的正常运行。进站天然气管道上应设置紧急切断阀和安全阀，另外一、二级加气站的调压计量间宜单独设置；三级加气站的调压计量间可附设在压缩机间一侧。调压器应能满足进站天然气的最大和最小压力要求。流量计应按压缩机最大工作台数最大排气量的1.2倍确定。2、天然气压缩系统2.1 CNG压缩机的选型加气站内压缩机的选型应结合进站天然气压力、脱水工艺和设计规模确定； 压缩机宜按日开机1216h计算，压缩机的型号宜选择一致，装机数量不宜超过3台。在加气母站内，可另设1台备用压缩机。 多台并联运行的压缩机单台排气量应按公称容积流量
10、的8085计算； 压缩机排气压力不应大于25Mpa； 压缩机各级冷却器后的排气温度不应大于45； 选用的压缩机应便于操作维护、安全可靠，并符合节能、高效、低振动和低噪声要求； 压缩机动力宜选用电动机，也可选用天然气发动机。2.2 安瑞科CNG压缩机特点应市场需求，安瑞科（蚌埠）压缩机有限公司的前身蚌埠压缩机总厂早在1997年就与西安交通大学联合研制开发了V-1.5/3-250型天然气充瓶压缩机，最近几年研发人员成功地吸收了奥地利LMF公司和德国曼内斯曼德马格公司产品技术，成功开发出V型、W型系列天然气充瓶压缩机。采用V型和W型结构型式使压缩机结构紧凑、占地面积小，动力平衡性能好，维修方便，而且
11、易于形成理想的系列化产品，是现今国内外较为先进的工艺用压缩机之一。安瑞科加气站用天然气压缩机同国外天然气压缩机相比虽然起步迟，但起点较高，安瑞科 加气站用天然气压缩机的设计制造成功应用了许多新技术、新材料、新工艺，主要关键零部件大多采用原装进口，使安瑞科加气站用天然气压缩机有了同国外天然气压缩机抗衡的实力。本公司到目前为止已开发出几十种加气站用天然气压缩机，该系列天然气压缩机的吸气压力范围为0.120MPa，排气压力为2125MPa，单台压缩机供气量为3003000Nm3/h；功率范围为75355kW；冷却方式有水冷、混冷和风冷；气缸、填料润滑方式为少油润滑；驱动方式有：电机驱动和天然气发动机
12、驱动；该系列压缩机配以净化装置，可以为用户提供净化处理的高压天然气。该设备既可做成裸装固定式、撬装式，也可做成隔音方舱式。因此它适应性强，在很宽广的范围内能够保持较高的效率，已广泛用于CNG中大型母站和标准站，也可适用于小型标准站和子站。该系列天然气压缩机技术指标先进，设计合理，结构紧凑，自动化程度高，新材料、新工艺、新技术应用多，属机电一体化高端产品。广泛用于CNG加气子站、母站和常规站。安瑞科是在消化吸收国外先进技术，结合我公司多年的高压压缩机设计、生产经验，关注每一个细小环节，精心设计、认真制造。对关键设计参数的确定，如压缩机各级气缸缸径、轴功率、控制顺序等，以可靠、安全为原则；在关键配
13、套件选用以品质第一，性能稳定为标准，如气阀、活塞环等密封件；在关键件的技术处理上，如气缸镜面及活塞杆摩擦面进行离子氮化处理等手段，避免用户在使用中由于摩擦而导致零部件磨损需频繁更换，影响正常供气的烦恼。成套设备力求：性能先进、工作稳定；操作安全、简单；维护维修方便；外观整洁、美观。2.2.1 安瑞科加气站用天然气压缩机具有如下技术特征： 低活塞平均速度 设计中采用低活塞平均速度（V型机活塞平均速度为3m/s或2.27m/s；W型机活塞平均速度为3.27m/s或2.47m/s）。若活塞平均速度过高，则活塞环、填料和十字头的磨损严重，且消耗较多的摩擦功，另外活塞平均速度过高，则气阀、管道中的阻力损
14、失很大，功率的消耗及排气温度将会过高，因此压缩机采用低活塞平均速度可以提高压缩机的经济性和使用的可靠性。 气缸、填料润滑方式 压缩机各级气缸由于采用少油润滑形式，以及气缸镜面和活塞杆摩擦面氮化处理，这样既提高气缸和活塞杆耐磨性，同时也使活塞环、支承环和填料的寿命大大提高。目前我公司加气站用天然气压缩机均配置贺尔碧格公司的气阀、填料和活塞环，因此可以保证压缩机的易损件平均寿命达到8000小时以上，而国产密封件的寿命一般不超过2000小时左右。加气站用天然气压缩机的高压气缸和填料注油润滑具有断油保护功能；当注油系统出现故障，气缸和填料注油管路无油流时压缩机能声光报警并自动停机。 加气站用天然气压缩
15、机填料外泄漏少 天然气压缩机的压缩容积腔部分基本上都在高、中压状态下工作，各级活塞部件运动的直线度对活塞环、填料和刮油环的寿命有着直接影响。如果活塞杆运动跳动过大，就会使填料泄漏增大，因此设计上必须采取相应的措施，以保证填料能正常地工作。安瑞科（蚌埠）压缩机有限公司设计的V2.5/3250、W1.6/10250等型号天然气压缩机，在各级活塞体上均设有工程塑料制成的导向环；级差式活塞部件设计有自动调心结构；以上几方面的设计使得安瑞科开发的天然气压缩机均能确保活塞部件的精确直线运动，提高了天然气压缩机易损件的寿命，减小了泄漏。天然气压缩机的外泄漏既不利于安全运行又浪费能源，还会造成环境污染，因此压
16、缩机的外泄漏是一个重要技术指标。对于压缩机的外泄漏率，国内外压缩机制造企业均没有一个统一的标准。目前，国产天然气压缩机的外泄漏水平也参差不齐，相差较大。经测试，我公司研发的W1.6/16250等型天然气压缩机，填料处的泄漏率在用空气作为压缩介质试验，最好时仅达到供气量的0.20.3，一般均控制在0.5以内，这么小的泄漏率，我们也是通过对填料盒研磨面的光洁度，密封圈外园上的弹簧钢丝直径及结构等多次试验，改进后才达到的。填料部件中的节流环和密封环材料采用填充聚四氟乙烯（PFEE），阻流环和刮油环材料采用锡青铜。据有关资料介绍国内某些厂家研发的天然气压缩机填料处泄漏量为供气量的1.11.3。因此，我
17、公司的天然气压缩机，经填料的外泄漏量相对来说还是偏少的。 加气站用天然气压缩机冷却方式多样化 安瑞科加气站用天然气压缩机的冷却方式，由最初的开式水冷式逐步发展到现今的三种冷却方式并存：水冷式，混冷式和全风冷式。 全风冷式天然气压缩机，具有极强适应性，在水冷式机组难以适应的高寒、缺水地域也能正常工作。安瑞科（蚌埠）压缩机有限公司研发的VFD0.3/（30200）250型全风冷式天然气压缩机，其气缸带散热片自然冷却，各级气体冷却器、传动机构润滑油冷却器则以翅片管结构，由冷却用风扇强制引风冷却。润滑油加热系统采用非常经济的暖气加热，更加确保天然气压缩机在高寒地带运行的可靠性。对高压、排气量相对较大的
18、风冷冷却器的设计与制造，结合我公司现有的生产条件，采取了一种新型结构，多组冷却元件焊后进行热处理，以消除焊接应力等相关措施，解决了此类风冷冷却器的配套问题。WF-1.5/(1016)-250型天然气压缩机的冷却方式采用闭式水冷，无需冷却水塔，占地面积小，节水，投资少，特别适合于北方及缺水地区的需求。 加气站用天然气压缩机气路系统低流速 随着对天然气压缩机特定工况更加深入地研究，安瑞科加气站用天然气压缩机设计普遍采用气路系统低流速措施，尤其在高压级，严格控制流速可以降低压缩机的噪声和功率，减小振动，使其性能优于国内同类产品。 加气站用天然气压缩机机组运行智能化自动控制 天然气压缩机运行应以高可靠
19、性、自控元件及执行元件的高品质为前提。安瑞科加气站用天然气压缩机PLC控制装置由PLC控制柜和现场仪表柜组成，具有高可靠性和安全性的特点。该装置核心部件PLC采用了国际品牌SIEMENS的S7-200可编程控制器及TD-200文本显示器。它完全满足天然气压缩机系统的自动控制和自动保护的要求，通过S7-200可编程控制器对天然气压缩机的压力、温度进行设定和TD-200文本显示器显示压缩机的各种参数；当压缩机出现故障时能自动停机并发出声光报警。可以实现天然气压缩机组运行无人值守，从而降低了CNG加气站运行成本。 目前声光连锁报警的故障要点为：a: 进气压力过低与过高，声光报警并自动停机；b: 末级
20、排气压力过高，声光报警并自动停机；c: 冷却水压力过低，声光报警并自动停机；d: 各级排气温度过高，声光报警并自动停机；e: 油温低于或高于限值，声光报警并自动停机；f: 油压低于下限，声光报警并自动停机；g: 气缸注油断油，声光报警并自动停机；h: 同级气缸排气温差超限声光报警 i: 电机负荷超载，声光报警并自动停机；j: 燃气浓度超标，声光报警并自动停机；k: ESD紧急停机按钮 加气站用天然气压缩机配置 目前安瑞科加气站用天然气压缩机主机部分是在引进基础上，设计开发、生产制造的，并已形成V型和W型两种规格系列化产品，主要用于CNG加气母站、标准站和子站中。压缩机的易损件(气阀、填料和活塞
21、环)配置贺尔碧格产品；压缩机的高压阀门、气动球阀和高压安全阀均选用国外产品；有的机型为保证气质及水质的要求，气管路及水管路采用全不锈钢管连接；压缩机配备动力和其它辅机也选用国内知名品牌。由于国内外的先进技术、新材料和高性能各种元件在安瑞科加气站用天然气压缩机的应用，使安瑞科压缩机有了同国外天然气压缩机抗衡的实力，在未来几年内安瑞科加气站用天然气压缩机必将代替国外天然气压缩机。2.2.2 另外加气站用天然气压缩机在设计上具有如下特点： 子站天然气压缩机的气阀可以在3.020.0MPa宽范围进气压力下正常工作。 子站天然气压缩机通过气动球阀可实现自动分段进气，即当进气压力较低时采用二级压缩；当进气
22、压力较高时采用一级压缩。 自动控制中的气动球阀气源可利用压缩机高压段天然气经过减压器和过滤后的清洁天然气。用户不需要再配空气或氮气气源。 压缩机可以实现自动控制启停，并与站内气瓶组的压力实现联锁。 自控系统中排放的含油气体可通过回收罐收集，并经气液分离后，气体经减压阀回至压缩机进气口，在系统内部实现气体回收功能。 压缩机送气系统可集成自动控制顺序充气，简化站内气路流程。2.2.3 天然气压缩机（加气站）产品一览表序 号产品代号产品型号产品名称用户地点1V049V-1.5/3 -250天然气充瓶压缩机2V052V-0.62/10-250天然气充瓶压缩机3V059V2/3250天然气充瓶压缩机4V
23、073V-2.5/3-250天然气充瓶压缩机廊坊5V130VFD-0.28/(40200)-250低噪声天然气充瓶压缩机长春6V166VF-0.76/10-250天然气充瓶压缩机东营7V171VF-0.28/(4080)-250天然气压缩机大庆8V175VF-2.5/4-250天然气充瓶压缩机长春9V215V-0.7/22-210天然气充瓶压缩机常州10V232VFD-0.36/(30200)-250低噪声天然气压缩机乌鲁木齐11V233VF-0.76/10-250-A天然气压缩机广州12V240VF-0.28/(30200)-250天然气压缩机长春13V250VFD-2/7-250天然气压缩
24、机新奥燃气14V264VF-0.76/10-250-B天然气压缩机延安15V281VF-2.5/3-210天然气压缩机山东东营16V283VF-2/(10-16)-250天然气压缩机试制阶段17V285VFD-0.32/(30200)-250天然气压缩机西安18V290VFD-2/7-210天然气压缩机山东19W040W5/0.2-250天然气充瓶压缩机20W043W-1.6/10-210天然气充瓶压缩机盐城21W047W-2/8-210天然气充瓶压缩机昌邑22W051W-1.6/16-250天然气充瓶压缩机23W067W-1.5/(816)-250天然气充瓶压缩机烟台24W069W-4/4-
25、250天然气压缩机廊坊25W076WF-2/（1216）-250天然气压缩机西安26W078WF-3.6/2-250撬装式天然气压缩机西安27W079WF-2/12-210天然气压缩机28W083W-1.1/(12-16)-250天然气压缩机新乡29W084W-4/（34）-210天然气压缩机通辽30W085WF-0.37/(105120)-210天然气压缩机新疆31W086W-1.6/(712)-210天然气压缩机东营32W088W-1.43/20-250天然气压缩机蚌埠33W089W-1.1/(10-16)-250天然气压缩机内蒙古34W090W-4/3-250天然气压缩机廊坊35W093
26、W-3.6/1-250天然气压缩机巴基斯坦36W094W-4.75/1-250天然气压缩机巴基斯坦2.3 目前安瑞科公司为加气站配CNG压缩机应用范围2.3.1 用于母站和标准站选用压缩机规格：2.3.1.1 型号VF-2.5/4-250，进气压力为0.30.5MPa，排气压力为25MPa时，单台压缩机的供气量为600900Nm3/h，配套电机功率为160kW，转速为980r/min。采用压缩机V型，气缸少油润滑，冷却方式为风冷，该设备既可做成裸装固定式、撬装式，也可做成隔音方舱式机。2.3.1.2型号VF-0.7/22-210，进气压力为2.22.5MPa，排气压力为21MPa时，单台压缩机
27、的供气量为9651100Nm3/h，配套电机功率为132kW，转速为980r/min。采用压缩机V型，气缸少油润滑，冷却方式为风冷，该设备可做成裸装固定式或撬装式，也可做成隔音方舱式机。5.1.3型号WF-1.5/(816)-250，进气压力为0.81.6MPa，排气压力为25MPa时，单台压缩机的供气量为8001530Nm3/h，配套电机功率为200kW，转速为980r/min。采用压缩机单W型，气缸少油润滑，冷却方式为混冷，（气缸自然冷却，冷却器闭式水冷）该设备可做成裸装固定式或撬装式。2.3.1.3型号WF-1.1/(1216)-250，进气压力为1.21.6MPa，排气压力为25MPa
28、时，单台压缩机的供气量为8601120Nm3/h，配套电机功率为160kW，转速为730r/min。采用压缩机单W型，气缸少油润滑，冷却方式为混冷，（气缸自然冷却，冷却器闭式水冷）该设备可做成裸装固定式或撬装式。2.3.1.4型号WF-1.6/(712)-210，进气压力为0.71.2MPa，排气压力为21MPa时，单台压缩机的供气量为7701250Nm3/h，配套电机功率为185kW，转速为980r/min。采用压缩机单W型，气缸少油润滑，冷却方式为混冷，（气缸自然冷却，冷却器闭式水冷）该设备可做成裸装固定式或撬装式。2.3.1.5型号WF-2/(1216)-250，进气压力为1.21.6M
29、Pa，排气压力为25MPa时，单台压缩机的供气量为15602040Nm3/h，配套电机功率为280kW，转速为980r/min。采用压缩机双W型，气缸少油润滑，冷却方式为风冷，该设备可做成裸装固定式或撬装式。2.3.1.6 型号W-4/4-250，进气压力为0.30.4MPa，排气压力为25MPa时，单台压缩机的供气量为9601200Nm3/h，配套电机功率为220kW，转速为980r/min。采用压缩机双W型，气缸少油润滑，冷却方式为水冷，该设备既可做成裸装固定式、撬装式。2.3.2用于子站选用压缩机规格：2.3.2.1 型号VFD-0.22/(30200)-250，进气压力为3.020.0
30、MPa，排气压力为25MPa时，单台压缩机的供气量为4101220Nm3/h，配套电机功率为55kW，转速为585r/min。采用压缩机V型，气缸少油润滑，冷却方式为风冷并配顺序控制盘。 2.3.2.2型号VFD-0.28/(30200)-250，进气压力为3.020.0MPa，排气压力为25MPa时，单台压缩机的供气量为5201400Nm3/h，配套电机功率为75kW，转速为730r/min。采用压缩机V型，气缸少油润滑，冷却方式为风冷并配顺序控制盘。2.3.2.3型号VFD-0.32/(30200)-250，进气压力为3.020.0MPa，排气压力为25MPa时，单台压缩机的供气量为600
31、1530Nm3/h，配套电机功率为90kW，转速为730r/min。采用压缩机V型，气缸少油润滑，冷却方式为风冷并配顺序控制盘。2.3.2.4型号VFD-0.36/(30200)-250，进气压力为3.020.0MPa，排气压力为25MPa时，单台压缩机的供气量为6702000Nm3/h，配套电机功率为110kW，转速为980r/min。采用压缩机V型，气缸少油润滑，冷却方式为风冷并配顺序控制盘。以上四种设备均安装在带安全系统和保温系统的隔音方舱内。2.3.3用于移动站选用压缩机规格：型号VF-0.76/10-250，进气压力为0.61.3MPa，排气压力为25MPa时，单台压缩机的供气量为320630
