浅谈CNG(压缩天然气)加气站
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摘要：由压缩机及其驱动电动机和相关装备构成的天然气压缩机组，是天然气汽车加气站压缩机是加气站的最核心设备。压缩机设备选型对加气站的整体运行效果和经济型、安全性等起到至关重要的作用。据统计，天然气压缩系统的电力消耗，占加气站总电耗90%以上；压缩系统的购置费，约为加气站装备总购置费的四分之一左右。本文论述了我国cng加气站压缩机的总体技术水平状况，压缩机选择的评估标准与技术要点，为加气站建设中压缩机的选型提供依据和参考。
关键词：CNG加气站；压缩机； 运行特点；基本要求；结构形式；
中图分类号：TB652文献标识码：A文章编号：
1 概述
随着全球石油资源的日趋短缺以及对环保节能的新要求，天然气在车用能源上的优势逐步凸显。截至2012年，我国已经建成了不同类型的CNG(压缩天然气)加气站逾1300座，拥有天然气汽车逾100万辆。随着陕一京线、西气东输、川气东送等大型输气管道的陆续投入运行，我国的CNG汽车加气站的发展将迎来新的机遇。笔者在平时的加气站管理工作中，接触的进口压缩机品牌分别有美国Ariel、意大利Safe，国产的压缩机品牌分别有自贡通达、重庆压缩机、四川金星、安瑞科等。国外天然气设备成橇商陆续进入中国，也给国内带来了先进的压缩机技术，压缩机大排气量、小体积、少油、全自动运行、风冷技术等都反映了当今的国际先进水平。随后国产压缩机也不断地学习和开发研究，部分产品已经开始推广使用，但其技术水平与国外先进水平仍然有一定的差距。
2、CNG压缩机运行的特点
2.1、CNG压缩机都具有间断运行的特点。CNG压缩机的启动、运行或停机的控制，都自动地取决于加气站的高压储气瓶组的实际气压状况；而每一次的运行时间、停机时间，则由站用高压储气瓶组的水容积和车辆（对加气母站而言多为长3200管半挂车上的移动储气瓶组）所需之加气量综合确定。
2.2、全自动控制的特点。由加气站的智能化控制目标出发,理所当然地要求CNG压缩机及机组的机械部分、强弱电部分,都具备适应无人值守、全自动控制运行的必要条件。
2.3、天然气供气量与储气设施容积匹配。CNG压缩机的供气量与高压储气瓶组的水容积值之间,应匹配合理,其核心目的有二：一是防止CNG压缩机过于频繁的启动,以避免由此导致的机件、电器、动力电费的额外负荷；二是为了在最低电价时间区段将气瓶组充足气，以减少压缩机在电价高的时间区段的运行时间,从而节省加气站的动力费用。
3、加气站压缩机选型的评价标准
3.1 适用性
压缩机应与应用条件一致，系统才能高效率运行。
① 压缩机的吸气压力、排气压力、气体流量应满足需要，确保加气量和加气速度满足用户需要。
② 系统各部分的性能应匹配，特别是压缩机、电机、冷却系统、控制系统、过滤回收系统之间的性能应匹配。
③ 系统设计应满足实际运行环境，特别是冷却系统。
3.2可靠性
压缩机各系统和各元件的质量可靠，减少维护费用和停机检修时间。这一点往往容易被用户忽略。质量一流的部件是创造系统高可靠性的重要保证，这包括：
① 压缩机，其中包括缸体、连杆、活塞和气阀等。
② 用于驱动压缩机和冷却风扇的电机。
③ 仪器、仪表、手动或自动阀门、调压阀、安全阀、各种压力和温度传感器及开关等。
④ 稳定高效的控制系统。
⑤ 易损件，其寿命应保证长时间运行，少油压缩机应保证8000h。
3.3 安全性
系统的安全性由压缩机每个元件所设立的安全措施来进行保障。它包括：
① 系统的泄压阀。
② 系统入口的自动切断阀。
③ 系统压力容器和主要管道要设立安全阀。
④ 压缩机的各级之间和出口应有温度和压力传感器。
⑤ 压缩机应装有振动保护开关。
⑥ 电机应装有过流过载保护装置。
⑦ 系统中的电气设备必须满足防爆要求。
3.4经济性
系统的经济性可以通过以下的指标进行衡量：
① 系统的能耗指标，特别是压缩机组主电机的能耗，这是加气站的主要运行成本。我们在压缩机选型时，通常的做法是在同样的入口压力条件下，对不同型号压缩机的单位能耗进行对比，在这个过程中通常进口设备有较大的优势。
② 冷却方式也对设备的经济性有较大的影响。现在公认风冷是CNG压缩机发展的方向。一般风冷却器的制造费用是水冷却器制造费用的1.5倍。而在寿命期内，水冷却器的维护费用是风冷却器的几倍甚至更多，还要建水处理装置等，而且对锈蚀和水垢的处理仍然无法彻底解决。
③ 易损件的使用寿命决定了压缩机无故障运行的时间。如果易损件寿命短，将会增加设备的停机维护时间、人员的工作量、零件的采购费用，从而增加运行成本。
4、CNG加气站站压缩机选型的技术要点
4.1 压缩机结构型式
CNG加气站压缩机结构型式多为w型、L型，曲轴为常曲拐设计，导致往复运动部件——活塞、活塞环、活塞杆、填料、十字头均易产生偏磨，造成压缩气体泄漏、气体含油量增加。由于其体积流量和功率等级很难达到大型要求，角度式天然气压缩机以中小型为主，在实际运用中排气量多在3000m3/h以下。相对于角度式天然气压缩机，对称平衡式压缩机的转速更高，活塞环、填料的工作条件较好，现在是国内大排气量天然气加气母站和标准站用天然气压缩机的主导结构型式。
4.2 方式
选择有油还是无油压缩机，一直困扰着许多的用户。从目前国内对国产和进口压缩机的使用情况来看，少油压缩机是天然气压缩机的发展趋势。这是因为少油压缩机在运行过程中油参与气缸和填料函的动作，保证了压缩机在高转速(1500r/min)下易损件的寿命，且油也参与了气缸的密封、清洁和降温。如进口少油压缩机的易损件寿命都达到8000h以上，甚至能达到16000h。
4.3 气流脉动和振动
这是很多用户在选择压缩机时容易忽视的问题之一。气流脉动也是往复式压缩机都必须解决的一个问题，过大的气流脉动会引起压缩机的振动，对整个橇体内的元件造成损伤。API 618《石油、化工和气体工业往复式压缩机》第3.9条对气流脉动和振动的消除作了明确的规定，用户在采购压缩机时可以要求制造商提供脉动分析报告，并且要明确气流脉动装置的设置。
4.4 冷却方式
笔者通过对国内外多款压缩机的实际运行状况的分析认为，要消除水冷压缩机的固有弊病，较好的办法是选择全风冷压缩机。有的企业认为，水冷或混冷的压缩机冷却效果要优于风冷。这种看法是不全面的。CNG压缩机在国外已经有逾70年的历史，从最初的水冷、风冷两种冷却方式并存，演化到现今以风冷为主流。这说明：①国外成熟压缩机技术更倾向采用风冷，由于很好地控制了压缩机各级的压缩比，并不存在排气温度过高的问题。②国内由于CNG压缩机领域的技术相对滞后，在宣传中夸大水冷机组的表面好处，却回避了水冷机组的许多不足：结垢、腐蚀增加运行成本等。
实践证明，很多进口全风冷压缩机的压缩工艺流程设计的合理性保证了每级气缸的排气温度不超过160℃，在实际运行中有的气缸排气温度不到100℃，在分级冷却后出口温度高于环境温度的值小于15℃，冷却效果非常明显。
5、 结束语
压缩机作为加气站的核心设备，用户在天然气压缩机的选型和购买过程中，不要只注重压缩机排气量是否满足生产需求、价格是否足够低廉，还应该从制造标准、结构形式、维护费用等各方面综合考虑设备性能，确保加气站投产后的正常运营和预期收益。
引证文献
1、 吴悠峰城市天然气场站中调压计量系统的设计《燃气与热力》2010.7
2、 康志刚杨慧 CNG站压缩机的选择 《燃气与热力》2009.11
3、 高其烈 CNG压缩机面面观汽车加气站设备博览会论坛论文