CNG加气站基本工艺作业流程和主要设备Word文件下载.docx
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8.4压缩站安全放散系统
8.5压缩站控制系统
8.6售气系统
8.6其它
附录：
1.CNG加气站常见专业英语词汇表
2.常见公英制单位换算表
CNG汽车加气站系统
前
言
本技术培训教材依据中国现在迅猛发展天然气汽车产业和世界优异加气站技术，结合本企业多年从事该项业务所积累丰富实践经验编写而成，关键针对CNG加气站工作人员，尤其是在进口橇装式加气站工作人员。
1.1天然气物理特征
天然气是产生于油气田一个可燃气体。
其关键组分是甲烷，大约占80～99%，其次还含有乙烷、丙烷、总丁烷、总戊烷、和二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、总硫和水分等。
因为天然气组成绝大部分为甲烷，所以其特征可用甲烷特征来表示。
相对分子质量16.063，是无色无臭可燃气体。
在101.325kPa绝压下沸点－161.52℃，标准状态下，气体甲烷（理想气体）对干空气相对密度为0.5539，密度0.6785kg/m3。
1.2天然气关键用途
天然气和煤、石油（及其副产品）等物质一样，全部是关键工业原料和燃料，其关键用途有以下诸方面。
①电厂、热能、供暖、空调等工业企业关键燃料；
②餐饮业和民用关键燃料；
③化工工业关键原料，可合成或提炼甲醇等多个工业原料和半成品；
④作为符合环境保护要求机动车辆洁净燃料，汽、柴油理想替换物，这是多年来中国外快速发展起来一项新技术。
现在临时用于汽车，但伴随液化天然气技术深入发展，必将用于轮船、火车甚至飞机上。
2.1中国为何要发展天然气汽车
⑴天然气作为汽车燃料可显著减小大气污染，改善环境。
在全部清洁燃料中，天然气以其应用技术成熟、安全可靠、经济可行,而被世界很多国家和教授视为现在最适宜汽车替换燃料。
汽车使用天然气作为动力燃料，和汽油相比，其尾气排放中不含铅和基础不含硫化物，一氧化碳降低97%，碳氢化合物降低72%，氮氧化物降低30%，二氧化硫降低90%，苯、铅粉尘降低100%，噪音降低40%。
所以，推广使用天然气燃料，对降低大气污染、改善环境将会起到主动推进作用。
⑵天然气汽车产业对国家能源结构调整起到巨大支持作用。
发展天然气汽车产业既是保护环境需要，也是调整中国能源结构、缓解石油成品不足关键战略方法。
以后中国石油产量虽会增加，不过远远满足不了国民经济需求。
然而中国在天然气勘探和开采方面却取得了引人注目标进展。
陆上现已基础形成四川、陕甘宁、青海和新疆四个大气田。
以陕甘宁气田为例，已探明储量达2300亿立方米，还有5000亿立方米以上储量有待勘探查明。
这些全部为天然气汽车发展提供了充足资源确保。
所以大力推广和使用天然气汽车将对中国未来燃料结构产生重大影响。
⑶汽车使用天然气作为燃料可显著提升经济效益
①节省大量燃油：
一辆中型车假如改烧天然气，十二个月能够节省汽油8-10吨，假如有10万辆汽车改用天然气做燃料，十二个月就可节省汽油80-100万吨。
②节省燃料费用：
天然气作为汽车燃料，每立方米天然气约相当于1.1升汽油，而1立方米天然气价格只有一升汽油1/3-2/3。
③降低维修费用：
使用天然气可延长发动机各部件寿命，降低维修保养次数，年平均降低维修成本50%以上。
⒉2天然气汽车燃料
⑴CNG（压缩天然气）
甲烷临界温度（TC）为－82.5℃，所以在高于－82.5℃温度条件下，不管加多大压力，甲烷全部不会液化。
为了在大气温度条件下多储气或降低储气容器尺寸，只能进行压缩，这就是压缩天然气，即CNG。
目前，国际上通行车用储气瓶压力全部是20Mpa。
⑵LPG（液化石油气）
LPG是丙烷和丁烷，或丙烷、丙烯、和丁烷、丁烯为主烃类混合物。
在标准状态下，可在低于1.6Mpa压力下液化，所以，储装容器压力等级低、重量轻、便于多种方法储运。
使用时降压便可气化，十分方便。
油气田天然气处理工厂生产不含烯烃LPG，即工业用液化气，燃烧性能介于甲烷和汽、柴油之间，仍属比很好；
而石油炼制厂生产含烯烃LPG，燃烧性能对应差些。
所以，烯烃（尤其是丁二烯）含量高LPG并不是理想车用燃料。
⑶LNG（液化天然气）
LNG是液体甲烷。
因为甲烷临界温度为－82.5℃（常压下沸点为-161.5℃），其储存和分散系统也就处于低温条件下，容器和管路只能用不锈钢、铜、或铝合金等低温材料制作。
呈液态天然气储存在专用容器中作为燃料，其密度是标准状态下天然气密度625倍，绝热容器承压为0.05～0.5Mpa。
LNG分子量和H/C均和CNG相同，只是LNG经过深冷前预处理，几乎除尽了天然气中全部杂质，使LNG成为天然气汽车燃料中质量最好燃料。
为了便于学员们掌握天然气性质，我们将以上三种燃料和汽油和柴油性质作了比较，请详见表1。
表1：
车用燃料性能比较
参数\燃料
LNG
CNG
LPG
汽油
柴油
状
态
液
气
储存压力（MPa）
0-1.1
20-25
0.8-1.1
储存温度（℃）
-160－-120
常温
密度（kg/L）
0.42-0.46
0.16-0.2
0.50-0.53
0.72-0.75
0.85
热值（MJ/L）
22..9-23.7
8.5-10.8
25-56
32.6-34.8
35.7-37.6
爆炸极限（%）
5-15
2.4-9.5
1.0-7.6
0.5-4.1
着火点（℃）
650
466
427
260
点火能（KJ）
0.29
0.27
0.24
2.3汽车用天然气质量要求
为了确保天然气压缩系统生产安全，提升汽车发动机中天然气燃烧性能，必需对天然气进行净化，尽可能除去其中有害杂质，所以各国全部对汽车用天然气质量提出了严格要求。
依据中国行业标准SY/T7546-1996《汽车用天然气》可知
⑴硫化氢含量：
≤20mg/m3
⑵总硫含量：
≤270mg/m3
⑶二氧化碳含量：
≤3%
⑷水含量：
用露点表示，必需低于最高操作压力下最低环境温度5℃。
2.4天然气汽车及其分类
⑴广义天然气汽车，包含分别以CNG、LPG、LNG为燃料汽车；
⑵两用燃料汽车，是指既可烧气油也可烧天然气汽车，也就是说，这种汽车有两个燃料供给系统，有天然气时候用天然气作燃料，没有天然气时仍可烧汽油；
⑶双燃料汽车，是指两种燃料同时燃烧汽车。
现在特指柴油车改为天然气汽车时，发动机工作时必需用柴油引燃天然气，即先将柴油压缩到点火温度时，再喷入天然气燃烧做工，其中柴油大约占燃料15～20%；
⑷单燃料天然气汽车，即该汽车只有一套燃料系统，其发动机只能用天然气或LPG作燃料，不能再烧汽油或柴油。
2.6CNG汽车和汽油车比较优势
⑴可降低空气污染，使有害气体大幅度降低。
CO排放量是汽油1/5，HC排放量是汽油1/5，而且无铅排放，没有苯和芳香烃等致癌物质，改善了司乘人员工作环境。
经权威机构测试，新车改装CO降低了63～72%，HC降低了14～18%，NO降低了23%；
旧车改装，CO降低了98%，NO降低了25%,在汽车满负荷情况下，效果更显著。
⑵天然气净化处理标准高，预防了汽车很多故障。
净化处理关键进行“三脱”，即脱去天然气中水分，使水分含量≤15～8mg/m3，以预防CNG在减压膨胀降温过程中，使供气系统造成冰堵；
脱去天然气中重烃，使乙烷及重烃含量达成≤3%，以预防发动机点火燃烧不正常；
脱去天然气中硫化氢等酸性气体，使其分压≤0.35Mpa（或≤20mg/m3），以预防对设备管线腐蚀，同时要求CNG中甲烷含量达成90%以上，以利于提升汽车燃烧效率。
⑶天然气汽车比汽油车更安全。
和汽油相比，压缩天然气本身就是比较安全燃料，这表现在：
①燃点高，天然气燃点在650℃以上，比汽油燃点427℃高出223℃，所以和汽油相比不易点燃。
②密度低，和空气相对密度为0.58～0.62，泄漏气体很快在空气中散发，极难形成遇火燃烧浓度。
③爆炸极限范围宽，仅为5～15%，在自然环境中形成这一条件十分困难，比汽油爆炸极限1～6%高出1.7～5倍，即在一样条件下天然气比汽油更不易爆炸。
④释放过程是一个强吸热过程，当压缩天然气从容器或管路中泄漏时，泄孔周围会快速形成一个低温区，甚至结冰，使天然气燃烧困难。
⑤天然气在压缩、储存、输送、减压、燃烧时全部在严格密闭情况下进行，全部关键零件生产、安装、调试等全部严格地遵守国家颁布技术标准。
⑷天然气辛烷值高，抗爆性能好，使发动机热效率高，噪音小。
减小了机件冲击力和磨损速度，延长了汽车和引擎工作寿命。
因为天然气易于和空气混合，所以发动机轻易开启，夏天油路系统不易产生气阻，高温行驶不易发生油路故障。
所以CNG是一个优质汽车燃料。
⑸天然气价格低，既可降低燃油成本，又可调整能源结构，缓解燃油供需矛盾，
①按加气规模可分为常规加气站和母、子加气站
②按营业场所是否固定可分为固定式加气站和移动式加气站
③按天然气起源可分为加气母站和子站
④按燃料类别可分为CNG（压缩天然气）、LNG（液化天然气）、LPG（液化石油气）加气站和L-CNG（液化-压缩天然气）加气站
⑤按供气对象可分为汽车加气站和居民小区加气站
⑥按设备集成度可分为分散布局式（厂房式）和橇装式加气站
3.2天然气加气站关键供气对象
①汽车加气站，关键为CNG或LNG汽车供气，其中包含常规加气站和加气子站；
②汽车加气母站，关键为子站拖车加气；
③居民小区加气站，关键经过拖车为小区供气输配站供气；
④工业用加气站，关键经过拖车为没有输气管道工业企业供气。
当然也可能将多种供气对象合二而一，提升供气规模和经济效益。
所谓橇装式结构，是指将加气站关键设备，如净化、压缩、冷却、控制、储气等全部尽可能集成在一个称为橇装底座上，形成一个可闭环控制整体设备，可在工厂内完成全部制造调试工作，便于运输和露天安装，大大降低了现场安装调试工作量，只要通上电，接通气路就可工作。
进口加气站基础全部是这种结构形式。
⑴CNG常规加气站
通常由六个子系统组成：
①调压计量系统；
②天然气净化干燥系统；
③天然气压缩系统
④压缩天然气储存系统；
⑤压缩站控制系统；
⑥压缩天然气售气系统；
这六个子系统，对于不一样地域，不一样环境条件用户来说，其设备配置可能大不一样，有少，有多，有简单，也有比较复杂，但作为一个完整加气站却是缺一不可。
⑵母、子加气站系统组成
母站和常规站系统组成基础一样。
只是其供气量大得多（压缩机排气量和站用储气瓶储气量全部比较大），售气系统除了售气机以外还需配置1～2台大流量加气柱，为子站拖车加气。
子站和常规站相比，因为没有管网输气，所以就不需要调压计量系统和净化干燥系统，但须另外配置1～2台子站拖车，方便从母站拉气。
⑶加气站系统工作原理
图1是一个经典橇装式CNG汽车加气站系统工作原理图，从图中能够清楚地看出，系统关键工艺步骤、控制系统和各子系统之间关系及其工作原理。
4.4加气站关键子系统及其基础配置
（1）调压计量系统
调压计量系统关键作用是，使从输气管道来天然气压力保持稳定，并满足压缩机对入口压力要求。
同时对输入加气站气量进行计量。
其关键设备为过滤器、调压器、流量计、压力表、旁通阀，和主阀门等。
（2）净化干燥系统
净化干燥系统，关键包含除尘、脱硫、脱油、脱水、干燥等工序，可分为前置处理和后置处理两类形式。
严格讲，压缩系统中每级压缩前后冷凝除油过程也可归于净化系统。
所谓前置处理，即在压缩前对天然气干燥和净化，目标是保护压缩机正常运行；
而所谓后置处理，即在压缩后对压缩天然气净化和干燥，其目标是确保所售气质纯净，不仅确保在发动机中燃烧良好，不会对发动机产生任何危害，同时也可避免可能出现对售气系统损害。
这两种净化干燥处理方法，既可同时应用，也可只采取其中一个。
从现在中国外实际应用来看，基础上全部采取一个，而且多年来前置处理方法逐步成为一个趋势，这么可保护加气站关键设备—压缩机不会受到腐蚀和损坏。
（3）压缩系统
这是CNG加气站关键部分，关键包含：
①进气缓冲和废气回收罐；
②压缩机组；
③压缩机润滑系统；
④压缩机和压缩天然气冷却系统；
⑤除油净化系统；
⑥控制系统等六大部分。
其中控制部分比较复杂，我们将把它作为一个单独子系统，预以讲述。
a.进气缓冲和废气回收罐
进气缓冲罐，严格讲应包含压缩机每一级进气缓冲，其目标是减小压缩机工作时气流压力脉动和由此引发机组振动。
废气回收罐，关键是将每一级压缩后天然气经冷却分离后，随冷凝油一起排出一部分废气；
压缩机停机后，滞留在系统中天然气；
多种气动阀门回流气体等先回收起来，并经过一个调压减压阀，返回到压缩机入口。
当罐中压力超出其上安全阀压力时，将自动集中排放。
同时凝结分离出来重烃油也可定时从回收罐底部排出。
实际上有厂商在确保使压力脉动足够小前提下，取消了缓冲罐，或以进气分离罐替换缓冲罐作用，还有将进气缓冲罐和废气回收罐合二为一，含有双重作用。
b.压缩机组
压缩机组包含压缩机和驱动机。
压缩机是压缩系统，也是整个加气站心脏。
不一样厂商生产压缩机结构形式全部不一样。
用于天然气压缩机压比较大，基础上全部是活塞往复式压缩机。
其结构形式有卧式对称平衡式，有立式，有角度式（V型、双V型、W型、倒T型等）。
中国生产压缩机关键有V型和L型两种类型。
压缩机组驱动机有两类，一是电机，用最多，最方便；
二是天然气发动机，关键用于偏远缺电地域，或气田周围，可降低加气站运行成本。
c.压缩机润滑系统
压缩机润滑系统，包含曲轴、气缸、活塞杆、连杆轴套，和十字头等处润滑。
该系统由预润滑泵、循环泵、分配器、油压表、油温表、传感器、油冷却器、油管、过滤器、油箱（曲轴箱）、废油搜集器等部件组成。
其中气缸润滑方法可分为有油润滑，无油润滑和少油润滑三种。
d.压缩机和压缩天然气冷却系统
压缩机和压缩天然气冷却系统能够分为水冷、风冷两大类。
水冷又分为开式循环和闭式循环两种。
风冷也可分为两种，一个是气缸带有散热翅片，多用于结构紧凑角度式，另一个是气缸不带散热翅片，用于结构分散对称平衡式。
开式循环水冷却方法因为要求建有专门冷却水池，属于落后技术，中国还有厂家采取。
而另外三种方法应用更为合理，技术也比较成熟。
（4）压缩天然气储存系统
压缩天然气储存方法现在有四种形式，一是每个气瓶容积在500L以上大气瓶组，每站3—6个，在国外应用得最多；
二是每个气瓶容积在40—80L小气瓶组，每站在40—200个，中国外，尤其中国基础上是这种形式；
三是单个高压容器，容积在2M3以上,中国现仅有一个生产厂应用；
四是，气井存放，每井可存气500NM3，这是中国石油行业发明，在四川等地应用很多。
（5）控制系统
完整加气站控制系统对于加气站正常运行很关键。
一个自动化程度高，功效完善控制系统能够极大地提升加气站工作效率，确保加气站安全、可靠地运行。
加气站基础控制系统可分为六个部分：
电源控制；
压缩机组运行控制；
储气控制（含优先次序控制）；
净化干燥控制；
系统安全控制；
售气控制（含次序加气控制和自动收款系统）；
售气系统
售气系统包含高压管路、阀门、加气枪、计量、计价和控制部分。
最简单售气系统，除了高压管路外，仅有一个很简易加气枪和一个手动阀门。
优异售气系统，不仅由微机控制，还含有优先次序加气控制、环境温度赔偿、过压保护，软管断裂保护等功效。
有还增加了自动收款系统和计算机经营管理系统等。
4.7复习题
①
试述CNG加气站工艺步骤。
②
加气站关键技术指标全部有哪些？
③
试述CNG加气站系统组成和设备配置。
④
母子站和常规站工作原理及设备配置有哪些不一样？
附
录：
BlowoutDisc
安全爆破片
Compressednaturalgas
压缩天然气
CNGforvehicle
汽车用压缩天然气
CNGfuelingstation
压缩天然气加气站
CNGstoragesystem
压缩天然气储气系统
CNGcompressorstation
压缩站
Compressorcapability
压缩机容量
CompressorPackage
压缩机组
Captiverecoverytank
回收罐
COMP（Compressor）
压缩机
CYL（Cylinder）
气缸
CheckValve
单向阀
CylinderLubrication
气缸润滑
DoubleactingReciprocatingCompressor
水平对称双作用压缩机
Dischargepressure
排气压力
DCH（Dischargepressure）
出口、排气压力
DischargeTemperature
排气温度
Displacement
（理论）排量、行程容积
Dispenser
售气机
Dryer（Forwatervaporremoval）
干燥器（脱水装置）
Dehydrator
脱水装置
Dischargedryer
后置干燥器
Duplextower-manualRegeneration
双塔手动再生（干燥器）
ESD（EmergencyShutDown）
紧急停机
Explosion-proofEnclosure
防爆箱体
ElectronicTemperatureCompensation
电子温度赔偿
Hosebreakaway
软管脱断装置
Inlet
Pressure
进气压力
Lowbank
低压罐
LubeOilFilter
润滑油过滤器
Naturalgasvehicle
天然气汽车
NPT—LH
（GB/T12716-91）60°
圆锥管螺纹—左旋
NoFlowShutdown（switch）
不流动停止阀
NFPA52
相关压缩天然汽气车燃料系统（美国家标准准）
Midbank
中压罐
MCDS（MicronComputerDispenserSystem）
微机控制售气机系统
MassFlowMetering
质量流量计量
OCS（OperationsControlSystem）
操作控制系统
PistonDisplacement
行程容积、活塞排量
PTFE（Polytetrafluorethylene）
聚四氟乙烯
PEEK
（Polyetheretherketone）
聚醚醚酮
PackingLubrication
填料函润滑
Prioritypanel
优先控制盘
Priority
fill
panel
Pneumatic
Actuator
气动系统调压器气动实施器（机构）
PLC（ProgrammableLogicControl）
升级会员 