CNG加气站工艺设计研究

CNG加气站工艺设计研究

马雷

哈尔滨天源石化工程设计有限责任公司西安分公司陕西西安710000

摘要：随着科技与经济的发展，环境污染与能源的综合利用受到人们普遍关注。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子站车提供燃料的场所。本文以红桥加气站的工艺设计为例，主要对加气站的脱水方式和装置选择、核心压缩机的选择、储气方案设计和售气装置选择进行了分析，提出在加气站设计时可以借鉴国外的技术，重点对脱水装置和压缩机进行国产化选择，希望能对以后的加气站设计提供借鉴意义。

关键词：CNG；加气站；压缩机；设计

我国天然气资源丰富，储量估计为47×1012m3，居世界第三。天然气汽车的配套技术成熟，发展非常迅速。据有关部门统计，到2000年，全球压缩天然气汽车共计1.3×106辆，CNG加气站逾57906座，液化天然气（简称LNG）汽车近万辆。随着社会日益发展，能源的广泛利用与环境的污染不断受到人们的关注。汽车采用压缩天然气作为动力，不仅有力的减少了污染物的排放量，也降低了各种CO、NO的释放量，对环境的改善可以起到很大的效果。本文将从CNG加气站的脱水、压缩机、储气方案和售气装置等方面进行详细叙述。

1加气站脱水方式及装置选择

当前，国内CNG加气站的脱水方式主要是两种：一是前置脱水，即在压缩机前进口处设置脱水装置，这种脱水一般是相对于低压脱水而言，相对而言脱水深度较高；另外一种是后置脱水，即在压缩机后出口处设置脱水装置，这种脱水要求一般是高压，对于高压天然气进行深度脱水。前置脱水不仅可以防止水分对后面设备进行冲击而导致设备损坏，同时也能防止水分对设备的腐蚀，从而降低对压缩机的负重。前置脱水还可以利用管网系统充当一定的缓冲作用，并且对脱水过程能起到压力稳定的效果。

本工程推荐采用前置脱水方式，CNG加气站接收管网来气，通过过滤、分离和利用分子筛干燥剂进行脱水等处理，然后到压缩机进行加压由0.5MPa加压到25MPa，最后输往储气井，以便对来往车辆供气。脱水装置采用2.2-4FWD-15000/0.7Ⅱ型脱水装置，该装置的组成一般有干燥塔、加热器、循环风机、冷却器、分离器、过滤器，同时其中两个干燥塔循环交替使用，用以吸附和再生，一个塔在进行脱水过程时，另一塔进行再生操作，两塔独立完成，循环使用[1]。

2压缩机选择

CNG加气站的核心部分是天然气的压缩系统，一般由缓冲罐、废气回收、压缩机组和压缩天然气的冷却系统等部分组成，其中压缩机主要有往复式和离心式两类。往复式压缩机较离心式而言其热效率较高，在其工作过程中压比一般较离心式大，且适应性也较强，同时往复式在排气时其排气的压力也较为稳定，它能适用于大流量和压力变化范围广的流程，不会出现当流量过小时缸体发生喘振现象。考虑到本工程的最高排气压力为25.0MPa，因此选择往复式压缩机。

2.1压缩机驱动方式选择

压缩机的驱动方式一般为燃气驱动和变频电机驱动。两种驱动方式都可得到应用，在经济与技术上主要还是看工程中的要求，其驱动方式也主要是根据站场处理的地理位置和各项技术经济指标来确定。考虑到本工程CNG加气站建设在城区，公路两旁，一次性投资可能相对较少，而且占地面积也不会太大，所以综合考虑推荐选用变频电机驱动。

2.2压缩机冷却方式选择

全风冷、开式水冷以及水冷和混冷三种全都是CNG加气站压缩机的冷却方式。压缩机全风冷指的是在压缩机上直接安装空冷器，用以空气流动冷却；开式水冷指的是在压缩机组上安装冷却管道，用以外部提供流动凉水流动冷却压缩机；而混冷通常是机组采用水冷却机组，冷却水循环使用，循环水的冷却采用空气冷却器，一并布置在压缩机橇上，形成闭式水冷系统。经综合考虑，本次设计天然气压缩机的冷却方式选用混冷方式[2]。

3储气方案设计

按《汽车加油加气站设计与施工规范》（GB50156—2012），加气站内压缩天然气的储气设施选用储气瓶、储气球或储气井。储气井主要是对高压天然气进行储存缓冲，分组储气、分组充气，有利于合理安排机组运行/维修时间，节省能源。储气井具有占地面积小、运行费用低、安全可靠、事故影响范围小等优点。但维修较困难，要求施工质量优良，且工程费用较储气瓶高。

本站设的储气井，高、中压各一口，水容积分别为4低压两口，共用水容积为4m3，站内储气井装置总水容积为12m3，储气井设计压力：27.5MPa，工作压力25MPa。

4售气装置选择

CNG售气机的主要功能是安全地将燃料加入汽车中，如果需要的话，计量所加燃料的量。售气机主要有两种类型：一种是加油机式的快充售气机，一种是加气柱。CNG有两种不同的加气系统：快充式和慢充式。与加油机的使用相当的是快充式，一般加气一次需要的时间为1～2min。在慢充方案中，汽车是在一段很长的停放时间内加气。在此过程，压缩机会同时给所有停放车辆加气，并且不必使用储气设施[3]。

根据设计要求，选用手动加气柱，采用进口CNG专用质量流量计，直接计量流体质量、体积，具有永无磨损、计量准确度高、加气速度快的优点，具有温度自动补偿功能，可随时提供气源密度、温度、流速等参数。

5结束语

CNG加气站的主要功能是对于上游管道来气进行计量、分离、调压、后又在脱水系统中进行脱水处理，使天然气达到站内燃气的规定露点温度，再由压缩机进行压缩达到25MPa，最后向储气井储气。其整个流程主要包括计量、调压、脱水、压缩、售气几个部分，另外还配备自控、给排水、供配电等系统。在今后的CNG加气站设计中需重点注意的问题是压缩机、脱水装置的选用，尽量采用国产装置，维护比较方便。在设计中应有效的利用国外先进技术，吸取好的科技成果，根据我国的实际状况，在注重实效的基础上，提高我国CNG加气站的科技水平。

参考文献：

[1]樊宝德，朱焕勤.加油加气站设计与技术管理[M].北京：中国石化出版社，2009：221.

[2]贺红明，林文胜，顾安忠.L-CNG加气站技术浅析[J].天然气工业，2007，（04）：126-128，162.

[3]段碧君.江苏LNG接收站BOG压缩机的节能降耗措施[J].油气储运，2012，31（z1）：167-170.