探討壓縮天然氣加氣站設備選型與運行管理

茹敏

摘 要：天然氣污染度低并且可以再生，在世界各國能源中是非常重要的。因此，對天然氣加氣站進行有效管理，針對天然氣加氣站的設備選型進行完善，對其運行方面的問題進行改善，是天然氣加氣站的重要工作。本文以廈門華潤燃氣有限公司為例，著重對壓縮天然氣加氣站設備選型與運行管理進行研究，希望能夠給天然氣加氣站提供些許參考價值。

關鍵詞：天然氣;加氣站;設備選型;運行管理

0 引言

我國目前是世界汽車保有量最大的國家。高速發展的汽車工業帶來的高速發展的經濟，同時也消耗了大量能源，汽車燃料燃燒后產生的尾氣，對環境也帶來了巨大的傷害。現如今，國家對環保問題越來越重視，國家從2016年開始就大力推進煤改氣，用天然氣替代煤炭，可見天然氣的需求越來越大。天然氣燃料車不僅對環境無污染，而且成本更低，跑相同的公里數，成本只是汽柴油的一半，大大減少的用車成本。在天然氣資源豐富的地區，天然氣燃料車得到快速發展。

1 CNG加氣站的分類

CNG加氣站主要分為加氣子站和加氣母站，加氣母站主要直接對CNG管束車進行天然氣的充裝，CNG管束車將充裝好的壓縮天然氣運往加氣子站進行銷售或者直接用于工業及民用方面的供氣，母站占地面積較大，直接從城市天然氣官網取氣，進氣壓力低，必須采用多級壓縮對天然氣進行加壓后充裝。加氣子站可直接對天然氣燃料汽車進行加氣，分為常規子站和標準站，其中標準站與母站工藝基本類似，也是直接從城市管網取氣，使用的壓縮工藝與加氣母站相同。常規子站采用CNG管束車供氣，隨著加氣站工藝的不斷發展，壓縮機的工藝已有多種選擇。

2 設備選型3CNG加氣子站主要設備的選型

2.1 卸氣柱選型

CNG卸氣柱目前只有一種排量：3～80kg/min。但其結構有兩種：單線單槍和單線雙槍，后者又可分為單計量或雙計量。對于機械/液壓式CNG子站，由于標準要求，只允許停放一輛拖車，故需選擇單線單槍卸氣柱。

2.2 壓縮機選型

CNG子站壓縮機按照工作方式分為液壓活塞式和機械活塞式。機械活塞式壓縮機由電機帶動曲軸旋轉，通過連桿、十字頭和活塞桿，帶動活塞在氣缸內作往復運動，實現氣體的壓縮過程。機械式壓縮機的技術成熟，國內外均有上百年的發展歷史。其缺點是：氣缸內余隙較大，壓縮氣體溫度較高、壓縮效率較低、泄漏量大、能耗大、噪聲大，維護費用高等。液壓活塞式壓縮機通過油泵給液壓油加壓，推動活塞往復運動，實現氣體的壓縮過程。其特點是：結構簡單，泄漏量小，能耗小，維護費用低，噪聲小，節能效果明顯。

2.2.1 確定壓縮機工作壓力上、下限Pmin，Pmax

由于CNG車載儲氣瓶拖車氣源壓力最高為20MPa，因此要求壓縮機工作壓力上限Pmax≥20MPa。由于在較低進氣壓力情況下壓縮機效率很低，因此要求壓縮機工作壓力下限Pmin≤3MPa。

2.2.2 確定壓縮機數量及單臺排量

CNG加氣子站壓縮機的排量（m3/h）規定為：在3、7、10、15和20MPa排氣量的平均值。壓縮機數量及排量的確定方法為：判斷1：當Qd≤10000m3時，若停機敏感性大，則選擇2臺排量為Q的壓縮機;若停機敏感性小，則選擇1臺排量為Q的壓縮機。判斷2：當10000m3

2.2.3 冷卻方式

CNG加氣子站壓縮機多為多級壓縮，根據工藝要求，各級排氣溫度應不大于150℃，終極排氣溫度不高于環境溫度15℃。因此，壓縮機的冷卻方式可采用風冷、水冷和混合冷卻三種方式，只需冷卻效果滿足上述級間溫度和終極排氣溫度的要求即可，由用戶根據現場實際確定。因子站相對簡單，通常不配置單獨的冷卻塔，因此不考慮水冷。

2.2.4 安裝方式及防噪聲要求

壓縮機的安裝方式可選擇為室內安裝或室外安裝。室內安裝無需隔音方艙。室外安裝需要隔音方艙;噪聲（離方艙1m處）要求為：普通型方艙小于75dB（A），降噪型方艙小于65dB（A）。推薦使用帶隔音方艙的室外安裝。

2.3 脫水裝置

脫水裝置按照在加氣站工藝流程中的位置又可以分為低壓脫水（又稱為前置脫水）、高壓脫水（又稱后置脫水）和中壓脫水（又稱壓縮機級間脫水）。目前加氣站普遍采用低壓脫水或高壓脫水，中壓脫水很少采用。

2.3.1 低壓脫水裝置

低壓脫水裝置（前置式天然氣干燥器）最主要的優點是在壓縮前將天然氣中存在的水分脫除，給天然氣壓縮機提供較高品質的天然氣，可延長壓縮機氣閥、活塞環、填料函等運動密封件的使用壽命。另一方面，由于大多數管輸天然氣在長距離集輸前，經過了相當程度的凈化，其中水分含量很低，此時采用前置式干燥器，由于天然氣壓力較低，整個脫水系統壓力等級較低，設計、制造、檢驗、運行、維護管理都較簡便。此外，運行成本較低也是大部分天然氣加氣站采用前置式干燥器的重要原因之一。

2.3.2 高壓脫水設備

高壓脫水設備（后置式天然氣干燥器）實際上是加壓冷卻脫水法和吸附分離法的串聯應用。與前置干燥器相比，同等處理量的后置干燥器具有更小的體積，電加熱功率也較低。對后置干燥器運行成本影響最大的是再生氣，因為約是干燥器處理量（體積流量）3%～5%再生氣會浪費天然氣壓縮機功率的3%～5%。以一座CNG常規加氣站配置2臺主要功率為160kW的壓縮機為例，損失的電量大約在10～15kW。從技術性、安全可靠性、經濟性以及維護費用等方面綜合考慮，前置脫水裝置較后置脫水裝置有更大的優勢，因此推薦采用低壓前置脫水裝置。脫水裝置的脫水能力=單臺壓縮機排氣量×臺數×1.1。脫水裝置工作壓力選為進氣壓力上限。

3 壓縮天然氣加氣站運行管理措施

3.1 加強人員安全管理

員工是加油站所有生產活動的主體，參與生產經營的全過程。因此，加油站工作人員的行為直接關系到加油站的安全運行。在安全管理過程中，還必須對與員工有關的所有因素進行評審。為避免安全管理中的失誤，全體員工要嚴格按照標準規范約束個人行為，做好本職工作，同時要深入實施風險管理。

3.2 完善維修方案、操作規范

加油站的機械設備很危險，所有設備投入運行后，必須有完善的規章制度作為運行保證。在此期間，還要制定安全管理和崗位責任制。對于加油站不同類型的設備，應制定相應的操作規程。進入工作崗位前，所有工作人員均應接受專業培訓，了解各設備的操作工藝和安全操作規程，避免因操作失誤造成事故。根據機械設備運行檢查記錄，制定維護保養計劃，定期組織設備的維護保養，確保加油站始終處于良好的運行狀態。

3.3 規范運行流程

一般情況下，天然氣從管道內部抽取，或從主站輸送到加油站。壓縮處理后，天然氣被輸送到車輛上。加壓天然氣由加氣機計量加入車內，充氣順序從低氣壓到高氣壓。在此期間，從儲氣井組內部采氣。如果高壓井組不滿足充氣壓力要求，建議采用壓縮機直管完成充氣作業。由此可見，壓縮工藝的重要性，壓縮機和脫水設備的選擇。

4 結束語

綜上所述，天然氣加氣站的設備選型與運行管理對于加氣站的安全生產及經濟效益是非常重要的，選擇合適的設備與科學的處理方式，不僅能夠有效保證天然氣的質量，同時還能夠減少天然氣的生產成本，所以，加強天然氣加氣站設備選型和運行管理，是提升能源利用率的前提。

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