CNG加气站工艺流程和主要设备.docx

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CNG加气站工艺流程和主要设备

目         录

 1.天然气及其应用

1.1天然气的物理特性

1.2天然气的主要用途

2.天然气汽车及其燃料系统

2.1天然气汽车及其分类

2.2天然气汽车的燃料系统

3.天然气加气站

3.1天然气加气站的分类

3.2天然气加气站的功能

4.橇装式CNG加气站

4.1加气站的工艺流程

4.2加气站的主要技术指标

4.3加气站的系统组成和工作原理

4.4加气站的主要子系统和基本配置

4.5加气站的操作程序

4.6加气站设备的日常维护

5.运行安全是加气站工作的关键

5.1严格按规范施工和操作，加气站就应该是安全的。

5.2采取科学态度，正确认识并熟悉天然气的物理特性。

5.3熟练掌握设备的工作原理和操作技能。

5.4严格按照规范和程序进行设备操作和维护保养。

6.加气站工作人员的素质要求和基本职责

6.1素质要求

6.2基本职责

7.加气站的运行管理规范

7.1消防规范

7.2岗位责任制规范

7.3交接班制度

7.4安全生产规范

7.5设备定期维护保养规范

8.加气站常见故障的诊断和排除

8.1脱水干燥器

8.2压缩机润滑系统

8.3压缩机进排气系统

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加气站常用专业英语词汇表

2.常用公英制单位换算表

CNG汽车加气站系统

前       言

 本技术培训教材依据我国目前迅猛发展的天然气汽车产业和世界先进的加气站技术，结合本公司多年从事该项业务所积累的丰富的实践经验编写而成，主要针对CNG加气站工作人员，尤其是在进口橇装式加气站工作的人员。

1.天然气及其应用

1.1天然气的物理特性

天然气是产生于油气田的一种可燃气体。

其主要组分是甲烷，大约占80～99%，其次还含有乙烷、丙烷、总丁烷、总戊烷、以及二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、总硫和水分等。

由于天然气的组成绝大部分为甲烷，因而其特性可用甲烷特性来表示。

相对分子质量16.063，是无色无臭的可燃气体。

在101.325kPa绝压下沸点－161.52℃，标准状态下，气体甲烷（理想气体）对干空气的相对密度为0.5539，密度0.6785kg/m3。

1.2天然气的主要用途

天然气和煤、石油（及其副产品）等物质一样，都是重要的的工业原料和燃料，其主要用途有以下诸方面。

①电厂、热能、供暖、空调等工业企业的主要燃料；

②餐饮业和民用的主要燃料；

③化工工业的主要原料，可合成或提炼甲醇等多种工业原料和半成品；

④作为符合环保要求的机动车辆的洁净燃料，汽、柴油的理想替代物，这是近年来国内外迅速发展起来的一项新技术。

目前暂时用于汽车，但随着液化天然气技术的进一步发展，必将用于轮船、火车甚至飞机上。

2.天然气汽车及其燃料系统

2.1我国为什么要发展天然气汽车

⑴天然气作为汽车燃料可显著减小大气污染，改善环境。

在所有的清洁燃料中，天然气以其应用技术成熟、安全可靠、经济可行,而被世界许多国家和专家视为目前最适宜的汽车替代燃料。

汽车使用天然气作为动力燃料，与汽油相比，其尾气排放中不含铅和基本不含硫化物，一氧化碳减少97%，碳氢化合物减少72%，氮氧化物减少30%，二氧化硫减少90%，苯、铅粉尘减少100%，噪音降低40%。

因此，推广使用天然气燃料，对减少大气污染、改善环境将会起到积极的推动作用。

⑵天然气汽车产业对国家能源结构的调整起到巨大的支持作用。

发展天然气汽车产业既是保护环境的需要，也是调整我国能源结构、缓解石油成品不足的重要战略措施。

今后我国石油产量虽会增长，但是远远满足不了国民经济的需求。

然而我国在天然气的勘探和开采方面却取得了引人注目的进展。

陆上现已基本形成四川、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5000亿立方米以上的储量有待勘探查明。

这些都为天然气汽车的发展提供了充足的资源保证。

因此大力推广和使用天然气汽车将对我国未来的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高经济效益

①节约大量燃油：

一辆中型车如果改烧天然气，一年可以节约汽油8-10吨，如果有10万辆汽车改用天然气做燃料，一年就可节约汽油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立方米天然气的价格只有一升汽油的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的寿命，减少维修保养次数，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）

甲烷的临界温度（TC）为－82.5℃，因而在高于－82.5℃的温度条件下，无论加多大的压力，甲烷都不会液化。

为了在大气温度条件下多储气或减少储气容器的尺寸，只能进行压缩，这就是压缩天然气，即CNG。

当前，国际上通行的车用储气瓶的压力都是20Mpa。

⑵LPG（液化石油气）

LPG是丙烷和丁烷，或者丙烷、丙烯、和丁烷、丁烯为主的烃类混合物。

在标准状态下，可在低于1.6Mpa的压力下液化，因而，储装容器的压力等级低、重量轻、便于各种方式的储运。

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的不含烯烃的LPG，即工业用液化气，燃烧性能介于甲烷和汽、柴油之间，仍属比较好的；而石油炼制厂生产的含烯烃LPG，燃烧性能相应差些。

因此，烯烃（尤其是丁二烯）含量高的LPG并不是理想的车用燃料。

⑶LNG（液化天然气）

LNG是液体甲烷。

由于甲烷临界温度为－82.5℃（常压下的沸点为-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。

呈液态的天然气储存在专用的容器中作为燃料，其密度是标准状态下天然气密度的625倍，绝热容器的承压为0.05～0.5Mpa。

LNG的分子量和H/C均与CNG相同，只是LNG通过深冷前的预处理，几乎除尽了天然气中的全部杂质，使LNG成为天然气汽车燃料中质量最好的燃料。

为了便于学员们掌握天然气的的性质，我们将以上三种燃料与汽油和柴油的性质作了比较，请详见表1。

表1：

               车用燃料的性能比较

参数\燃料

LNG

CNG

LPG

汽油

柴油

状  态

液 态

气 态

液 态

液 态

液 态

储存压力（MPa）

0-1.1

20-25

0.8-1.1

0

0

储存温度（℃）

-160－-120

常温

常温

常温

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

5-15

2.4-9.5

1.0-7.6

0.5-4.1

着火点（℃）

650

650

466

427

260

点火能（KJ）

0.29

0.29

0.27

0.24

0.24

 2.3汽车用天然气的质量要求

为了保证天然气压缩系统的生产安全，提高汽车发动机中天然气的燃烧性能，必须对天然气进行净化，尽可能的除去其中的有害杂质，所以各国都对汽车用天然气的质量提出了严格要求。

根据我国行业标准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，必须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广义的天然气汽车，包括分别以CNG、LPG、LNG为燃料的汽车；

⑵两用燃料汽车，是指既可烧气油也可烧天然气的汽车，也就是说，这种汽车有两个燃料供给系统，有天然气的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的汽车。

目前特指柴油车改为天然气汽车时，发动机工作时必须用柴油引燃天然气，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的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汽车和汽油车的比较优势

⑴可降低空气污染，使有害气体大幅度减少。

CO排放量是汽油的1/5，HC排放量是汽油的1/5，而且无铅排放，没有苯和芳香烃等致癌物质，改善了司乘人员的工作环境。

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，效果更明显。

⑵天然气净化处理标准高，预防了汽车许多故障。

净化处理主要进行“三脱”，即脱去天然气中的水分，使水分含量≤15～8mg/m3，以防止CNG在减压膨胀降温过程中，使供气系统造成冰堵；脱去天然气中的重烃，使乙烷及重烃含量达到≤3%，以防止发动机点火燃烧不正常；脱去天然气中的硫化氢等酸性气体，使其分压≤0.35Mpa（或≤20mg/m3），以防止对设备管线的腐蚀，同时要求CNG中的甲烷含量达到90%以上，以利于提高汽车燃烧效率。

⑶天然气汽车比汽油车更安全。

与汽油相比，压缩天然气本身就是比较安全的燃料，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℃，所以与汽油相比不易点燃。

②密度低，与空气的相对密度为0.58～0.62，泄漏气体很快在空气中散发，很难形成遇火燃烧的浓度。

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，比汽油的爆炸极限1～6%高出1.7～5倍，即在同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，泄孔周围会迅速形成一个低温区，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、燃烧时都在严格密闭的状况下进行，所有关键零件的生产、安装、调试等都严格地遵守国家颁布的技术标准。

⑷天然气辛烷值高，抗爆性能好，使发动机热效率高，噪音小。

减小了机件的冲击力和磨损速度，延长了汽车和引擎的工作寿命。

由于天然气易于和空气混合，因而发动机容易启动，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是一种优质汽车燃料。

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，

3.天然气加气站

3.1天然气加气站的分类

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按天然气的来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）加气站以及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按设备的集成度可分为分散布局式（厂房式）和橇装式加气站

3.2天然气加气站的主要供气对象

①汽车加气站，主要为CNG或LNG汽车供气，其中包括常规加气站和加气子站；

②汽车加气母站，主要为子站拖车加气；

③居民小区加气站，主要通过拖车为小区供气输配站供气；

④工业用加气站，主要通过拖车为没有输气管道的工业企业供气。

当然也可能将各种供气对象合二而一，提高供气规模和经济效益。

4.橇装式CNG加气站

所谓橇装式结构，是指将加气站主要设备，如净化、压缩、冷却、控制、储气等都尽可能的集成在一个称为橇装的底座上，形成一个可闭环控制的整体设备，可在工厂内完成全部制造调试工作，便于运输和露天安装，大大减少了现场安装调试工作量，只要通上电，接通气路就可工作。

进口加气站基本都是这种结构形式。

4.1加气站的工艺流程

4.3加气站的系统组成和工作原理

⑴CNG常规加气站

一般由六个子系统组成：

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压缩天然气的储存系统；

⑤压缩站的控制系统；

⑥压缩天然气的售气系统；

这六个子系统，对于不同地区，不同环境条件的用户来说，其设备配置可能大不一样，有少，有多，有简单，也有比较复杂的，但作为一个完整的加气站却是缺一不可的。

 ⑵母、子加气站的系统组成

母站和常规站的系统组成基本一样。

只是其供气量大得多（压缩机排气量和站用储气瓶的储气量都比较大），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，由于没有管网输气，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，以便从母站拉气。

 ⑶加气站的系统工作原理

图1是一个典型的橇装式CNG汽车加气站系统工作原理图，从图中可以清楚地看出，系统的主要工艺流程、控制系统与各子系统之间的关系及其工作原理。

 4.4加气站的主要子系统及其基本配置

（1）调压计量系统

调压计量系统主要作用是，使从输气管道来的天然气的压力保持稳定，并满足压缩机对入口压力的要求。

同时对输入加气站的气量进行计量。

其主要设备为过滤器、调压器、流量计、压力表、旁通阀，以及主阀门等。

（2）净化干燥系统

净化干燥系统，主要包括除尘、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的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的干燥和净化，目的是保护压缩机的正常运行；而所谓后置处理，即在压缩后对压缩天然气的净化和干燥，其目的是保证所售气质的纯净，不但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的对售气系统的损害。

这两种净化干燥处理方式，既可同时应用，也可只采用其中一种。

从目前国内外实际应用来看，基本上都采用一种，而且近年来前置处理的方式逐步成为一种趋势，这样可保护加气站的核心设备—压缩机不会受到腐蚀和损坏。

（3）压缩系统

这是CNG加气站的核心部分，主要包括：

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的冷却系统；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的子系统，预以讲述。

a.进气缓冲和废气回收罐

进气缓冲罐，严格讲应包括压缩机每一级进气缓冲，其目的是减小压缩机工作时的气流压力脉动以及由此引起的机组的振动。

废气回收罐，主要是将每一级压缩后的天然气经冷却分离后，随冷凝油一起排出的一部分废气；压缩机停机后，滞留在系统中的天然气；各种气动阀门的回流气体等先回收起来，并通过一个调压减压阀，返回到压缩机入口。

当罐中压力超过其上的安全阀压力时，将自动集中排放。

同时凝结分离出来的重烃油也可定期从回收罐底部排出。

实际上有的厂商在保证使压力脉动足够小的前提下，取消了缓冲罐，或以进气分离罐代替缓冲罐的作用，还有的将进气缓冲罐和废气回收罐合二为一，具有双重作用。

b.压缩机组

压缩机组包括压缩机和驱动机。

压缩机是压缩系统，也是整个加气站的心脏。

不同厂商生产的压缩机结构形式都不一样。

用于天然气的压缩机压比较大，基本上都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）。

国内生产的压缩机主要有V型和L型两种类型。

压缩机组的驱动机有两类，一是电机，用的最多，最方便；二是天然气发动机，主要用于偏远缺电地区，或气田附近，可降低加气站的运营成本。

c.压缩机润滑系统

压缩机润滑系统，包括曲轴、气缸、活塞杆、连杆轴套，以及十字头等处的润滑。

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）、废油收集器等部件组成。

其中气缸润滑方式可分为有油润滑，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可以分为水冷、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，一种是气缸带有散热翅片的，多用于结构紧凑的角度式，另一种是气缸不带散热翅片的，用于结构分散的对称平衡式。

开式循环的水冷却方式由于要求建有专门的冷却水池，属于落后技术，国内还有厂家采用。

而另外三种方式的应用更为合理，技术也比较成熟。

（4）压缩天然气的储存系统

压缩天然气的储存方式目前有四种形式，一是每个气瓶容积在500L以上的大气瓶组，每站3—6个，在国外应用得最多；二是每个气瓶容积在40—80L的小气瓶组，每站在40—200个，国内外，尤其国内基本上是这种形式；三是单个高压容器，容积在2M3以上,国内现仅有一个生产厂应用；四是，气井存储，每井可存气500NM3，这是我国石油行业的创造，在四川等地应用很多。

（5）控制系统

完整的加气站控制系统对于加气站的正常运行非常重要。

一个自动化程度高，功能完善的控制系统可以极大地提高加气站的工作效率，保证加气站安全、可靠地运行。

加气站的基本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（含优先顺序控制）；

净化干燥控制；

系统安全控制；

售气控制（含顺序加气控制和自动收款系统）；

售气系统

售气系统包括高压管路、阀门、加气枪、计量、计价以及控制部分。

最简单的售气系统，除了高压管路外，仅有一个非常简易的加气枪和一个手动阀门。

先进的售气系统，不仅由微机控制，还具有优先顺序加气控制、环境温度补偿、过压保护，软管断裂保护等功能。

有的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加气站的工艺流程。

② 加气站的主要技术指标都有哪些？

③ 试述CNG加气站的系统组成和设备配置。

④ 母子站和常规站的工作原理及设备配置有哪些不同？

附     录：

1.CNG加气站常用专业英语词汇表

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                   电子温度补偿

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                           关于压缩天然汽气车燃料系统（美国标准）

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