汽车天然气加气站的好处对比教学文稿.docx
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汽车天然气加气站的好处对比教学文稿
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CNG知识
01、什么叫“CNG”汽车？
以压缩天然气（简称CNG）作汽车燃料的车辆，称为CNG汽车，对在用车来讲，将定型汽油车改装，在保留原车供油系统的情况下，增加一套专用压缩天然气装置，便形成CNG汽车。
02、我国CNG汽车发展状况如何？
天然气汽车是目前世界上公认的高节能、低污染、经济、安全的新型代用燃料汽车随着国家日益重视环境保护,车辆安全性能和经济性能的背景下，天然气汽车在我国成都、重庆、北京、上海、兰州等城市正如火如荼地得到推广和发展。
03、CNG汽车有哪些优点？
1、燃料价格便宜；2、汽车排气污染小；3、不积炭及车辆部件损耗小；4、安全可靠；5、车辆改装简单；6、车辆运行平稳。
04、CNG汽车能达到多大环保效果？
治理日益恶化的大气环境已成迫在眉睫之大事,而发展CNG汽车可以综合降低废气污染物排放量82.2%，其中HC可降低70%，CO可降低90%，NOx可降低25%，微粒排放物可降低42%，铅化物降低100%，硫化物可降低70%以上，非甲烷烃类可降低50%左右，可见推广CNG汽车是有效改善城区大气环境的迫切需要，政府将强制推广清洁能源汽车。
05、CNG汽车可节约多少燃油费和维修费？
按目前市场价格，1公升93#汽油4.2元左右，1立方米压缩天然气1.8元（成都地区），而1立方米天然气动力值等于1.13公升汽油。
如一台公汽每天用汽油300元，用压缩天然气只需花140元左右，一台的士每天用油118元，用压缩天然气只需花50元左右。
燃油税开征后减半征收燃气税。
发动机使用天然气做燃料，运行平稳、噪音低、不积炭、能延长发动机使用寿命,不需经常更换机油和火花塞，可节约50%以上的维修费用。
06、车辆改装后，汽油装置如何处理？
一次充气里程可达多远？
原汽油装置系统不变，只是加装一套天然气专用装置和车用贮气瓶，形成“双燃料汽车”，燃料的转换仅需拨动开关。
加充一次天然气可行驶200公里左右，特别适合公共汽车、市内的士、往返里程不超过200公里的中巴车，面的车以及单位其它车辆。
07、改装一台CNG汽车要多少钱，多长时间能收回成本？
目前，改装一辆大客车约需9800元，中巴车5600元（两贮气瓶），的士车辆4900元，约五个月收回改装成本。
08、CNG汽车安全性如何？
天然气燃点高达650度以上，不易点燃；密度低为0.48，很难形成遇火燃烧浓度；辛烷值高达130抗爆性能好，爆炸极限仅为5-15%，因而与汽油相比更为安全。
车用贮气瓶都经火烧、爆炸、坠落、枪击等测试合格后使用。
中外发展天然气汽车60年来，从未出现过因天然气爆炸、燃烧而导致车辆事故的事实证明。
09、CNG汽车动力性如何？
改装双燃料汽车，因要兼顾燃油、燃气两种条件，对原发动机压缩比和燃烧结构等均不做变动，所以汽车输出功率约有细微的下降，但城区地势较为平坦，不会影响驾驶效果。
10、CNG气站气价是否随便涨价？
天然气价格的核定是由州市物价部门批准，省局备案后实施，企业无权进行涨价，为保证油气价差推广天然气汽车，企业更不会随意调高价格。
11、能否直接买到国家定点生产的燃气汽车？
能。
日前，神龙富康推出了“节能王”燃气车，并拟批量生产双燃料汽车，吉利公司、东风公司、长安公司等厂家也纷纷转产双燃料汽车。
12、CNG汽车操作复杂吗？
CNG汽车驾驶没有更高的驾驶要求，只须在驾驶前经过适当技术培训，了解一些注意点和安全知识即可，天然气汽车本身的运行是平稳可靠的。
13、改装CNG汽车手续如何办理？
手续办理比较简单，但车辆燃料种类变更应经车管、技监、燃气等部门批准许可。
CNG加气站的系统配置
一、加气站的基本类型及其特点
纵观国内外CNG加气站，基本上分两大类。
一类是开放式结构，一类是橇装式结构。
所谓开放式结构，是指将加气站所有设备分别安装在厂房内，并按工艺流程用高、低压管道和各种阀门将这些设备联系起来，形成一个开环工艺系统。
用国产设备建成的加气站，基本都是这种形式。
它的设备空间较大，便于维修保养，但自动化程度低，基本上是手动操作或半自动运行。
由于投资低，所以能在国内得到广泛应用。
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。
如表1所示，这两种加气站都各有优缺点，可根据用户的条件择优选择。
表1各种加气站特点比较
项目
进口橇装式
国产开放式
总体技术水平
高
低
结构形式
集成式
开放式
设备集成度
高
低
自动化程度
高
低
安全可靠性
高
低
运行操作
简单
复杂
运输
方便
不方便
需要建机房
不需要，可露天安装
需要
工作人员
少
多
占地面积
小
很大
设备安装
简单、费用低
复杂、费用高
维护费用
低
高
设备总费用
高
低
基建费用
低
高
工程总投资
较高
较低
另外值得一提的是，橇装式加气站也有两种变异形式。
一种是不封闭型，即橇装上没有安装封闭的箱体，所有设备都暴露在外面，适用在室内或棚下安装。
另一种是全封闭型结构，即橇装上安装有一个类似集装箱那样的全封闭型箱体，具有密封、防雨、防爆、保温，降噪等功能，适于露天安装。
二、加气站的系统组成和基本配置
CNG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）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。
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。
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。
脱水干燥的方式还可按脱水装置在CNG加气站工艺流程中的位置，分为低压、中压和高压脱水三种。
这三中脱水方式都能达到车用CNG的脱水要求。
⑴低压脱水
脱水装置在压缩机的进口处，由于被干燥气体压力低、水含量高，因此这种类型脱水工艺的特点是，干燥剂的再生采用闭式循环回路，，整个脱水装置包括两台充填分子筛干燥剂的干燥器、一台循环风机、一台冷却器、一台分离器和一台加热器。
分子筛干燥剂的再生系通过风机反复循环一定量的气体来完成。
这种方式的脱水装置，由于受再生条件的制约，要达到低于-60℃（标准状态下）有一定的困难。
⑵中压脱水
脱水装置放置在压缩机的中间级出口处，根据压缩机入口压力的高低，确定放置在一级还是二级出口。
国内机组的入口压力为0.3Mpa，宜放置在二级出口。
一般说来，脱水压力控制在4.0Mpa左右比较有利。
这样既可将气体中所含水的大部分在4.0Mpa左右的压力下分离掉，又能使设备和管、阀件的压力等级控制在4.0Mpa这一公称压力级上。
在4.0Mpa压力下，气体的饱和水含量约为常压下饱和水含量的3%，约为0.3Mpa压力下饱和水含量的10.5%。
中压脱水的干燥剂也为分子筛。
⑶高压脱水
脱水装置放置在压缩机末级出口，通常压力为25Mpa.由于气体中所含水的绝大部分已在压缩机的逐级压缩---分离中除去，所以，在25Mpa压力下气相中的饱和水含量已非常少，仅相当于常压下饱和水含量的0.91%，约为0.3MPA压力下饱和水含量的3%。
高压脱水仍需要加热再生，因此，也需要加热器、冷却器和分离器，其工艺原理流程与中压脱水相同，只是设备尺寸和压力等级不同而已。
另外，在高压脱水场合，在冬季最低气温不低于-7℃的地区，干燥剂可选用硅胶，以降低再生操作温度。
但对冬季最低温度低于-7℃的地区，则必须用分子筛作干燥剂。
表2给出了三种脱水方式优缺点的比较。
表2三种脱水方式优缺点的比较
项目
低压脱水
中压脱水
高压脱水
过程复杂程度
复杂
简单
简单
设备尺寸
大
中
小
设备压力等级
低
中
高
脱水量
1
0.105
0.03
干燥剂用量
多
较少
少
一次投资费用
2.7
1.0
2.0
操作费用
高
中
低
维修费用
低
低
高
用于再生的产品气比率
0
6%
2%
注：
表中所列数据基准为：
压缩机入口压力为0.3Mpa,25Mpa压力下CNG的水露点（PDP）相同，干燥剂均为分子筛。
从表中可见，低、中、高压脱水各有优缺点，尤其在需要深度脱水时高压方式更有其优势。
但由于高、中压脱水无法对压缩机进行必要的保护，致使压缩机由于天然气中的含水量大而导致严重故障的现象时有发生。
因而，近年来国内外都趋向于采用低压脱水方式。
净化干燥系统的设备配置情况，主要依据当地气质来确定，所以对不同地区来说，净化和干燥系统的差异可能很大，而只要达到行业标准SY/T7546-96《汽车用压缩天然气》规定的气质要求即可。
设计和选用这一系统设备的依据是，保证经过净化和干燥系统处理的CNG气体质量达到标准要求，不必盲目追求进口设备或者设备的配套齐全。
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。
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。
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。
表3显示了国外几家著名压缩机公司的不同结构形式的产品特点。
表3不同结构形式的压缩机比较
公司
代表机型
结构形式
优点
缺点
GEMINI
（美国）
MPSS--4
对称平衡式
1.惯性力平衡最好
2.振动很小
3.不需要设置大飞轮
4.维护方便
5.驱动机功率脉动小，最适宜电机驱动。
1.占地面积较大，不利于小型化
2.活塞自重落在气缸壁上，磨损较严重，不宜采用无油润滑
ARIEL
（美国）
JGPGJRJGM
JGAJGI等
对称平衡式
NORWALK
（美国）
CENTRY
系列
对称平衡式
NUOVOPIGENOE
（意大利）
BVTN/2
2BVTN/2
2BVTN/2
2BVTN/4
立式
1.气缸与活塞间的摩擦磨损均匀耗功最小
2.采用无油润滑,从而提高气体质量,免除液气分离器等昂贵设备,简化维修
3.占地面积小,宜于小型化橇装式
1.惯性力不平衡
2.要设置很大的飞轮
3.驱动机功率脉动最大,对电网要求高
4.排气量受气缸数的限制不能设计得很大
NORWALK
（美国）
CHANRGE
系列
立式
LMF
（奥地利）
V15G、V16G
V17G、VGD
VP系列
角度式（V型、双V型、W型）
1.惯性力可以较大程度地平衡
2.结构紧凑
3.气缸数较多,压力比较小
4.宜于采用风扇冷却气缸,尤其适于缺水地区
5.宜于小型化
6.宜于系列化,变型容易
1.维护不太方便
2.活塞与气缸间仍存在偏磨,不太适宜无油润滑
3.结构复杂,制造工艺要求高
SWLZEVBURCKHART
（瑞士）
CU
CN
CC
CT
角度式（V型、双V型、W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。
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。
有油润滑：
优点：
●对气缸和活塞环材质要求不高；
●可利用气缸润滑油带走部分摩擦热量，保证压缩机工作在可靠程度范围内；
●有油润滑技术难度小，安全可靠，同时可以减少摩擦功耗。
缺点：
●必须在排气口安装昂贵的油分离器；
●机组体积较大，成本上升；
●润滑系统复杂、维修工作量大；
●耗油量较大；
●从气缸带出的润滑油可能使后置处理的干燥物质污染失效。
无油润滑：
优点：
●不需安装昂贵的油分离器；
●节省了费用和机器空间；
●耗油量低；
●润滑系统简化；
●维护工作量降低。
缺点：
●对气缸特别是活塞环材质要求极高，成本上升。
少油润滑
少有润滑的优点介于有油和无油润滑之间。
它是通过一个专门机构，定时定量地将润滑油供给每一个气缸。
既能保证气缸润滑需要，又可将润滑油消耗量控制到最小。
美国艾里尔公司（ARIEL）生产的压缩机就采用了这种润滑方式。
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。
下面我们将这三种冷却方式的优缺点予以比较。
闭式循环水冷方式
优点：
●冷却效果好，气缸壁工作温度低；
●降低了压缩机对高温环境的敏感度，确保高可靠性，高效率；
●减轻冷却器的热负荷，减少其体积。
缺点：
●气缸结构复杂；
●需要定期更换冷却液；
●增加一套冷却水循环系统，使得整机系统变复杂。
气缸无散热翅片的风冷方式
优点：
●气缸结构简单；
●不需要对气缸套清洗水垢；
●不需冷却水循环系统；
●冷却风扇可以同时对压缩机和冷却器进行冷却，冷却效果好。
缺点：
●气缸工作温度最高，对材料要求高；
●冷却效果好坏完全取决于冷却器；
●同样进排气条件下冷却器体积最大。
气缸设置散热翅片的风冷方式
优点：
●气缸结构比较简单；
●冷却风扇可以同时对压缩机和冷却器进行冷却，冷却效果好。
缺点：
●气缸散热翅片使得铸造工艺复杂。
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。
合理的储气瓶组的容量，不但能提高气瓶组的利用率和加气速度，而且可以减少压缩机的启动次数，延长使用寿命。
根据经验，通过编组方法，可提高加气效率，即将储气瓶组分为高、中、低压三组，瓶数比例以1：
2：
3较好。
当压缩机向储气瓶组充气时，应按高、中、低压的顺序进行，而当储气瓶组向汽车加气时，则恰恰相反，应按低、中、高压的顺序进行。
就常用的两种形式，大气瓶和小气瓶相比较可知，大气瓶一次性投资较高，而小气瓶相对较小；当储气容积相同时，大气瓶所用数量很少，每年的维护量小，费用较低，而小气瓶所用数量很大，每年的维护量大，费用也高；大气瓶一般都设有排污孔，便于定期排出瓶内油污，小气瓶则没有排污孔，每年清除油污很费劲；大气瓶上的气阀和管件很少，可靠性较高，而小气瓶数量多，气阀和管件必然很多，漏气和不安全因素大大增加。
这些都需要我们在建站时权衡利弊综合考虑。
表4将常用的三中储气方式的优缺点进行了简要对比，供用户选用时参考。
表4常用储气方式的对比（3000Nm3）
内容
地面大储气瓶组
地面小储气瓶组
地下储气井
高压容器
设计标准
ASME（美国压力容器标准）
DOT-3AA（美国运输部标准），国内暂时无标准
石油钻井工艺，三类压力容器相关标准
GB150-95《钢制压力容器》中的三类容器
安全系数
3：
1
2.48：
1
无法确定
安全性能
无缝结构；材质要求高，在现场最低温度下作冲击试验，保证材料硬度；瓶壁厚，安全性高
无缝结构，材质达国家标准
选材不合理，套管材料含碳量过高；结构设计不合理，影响连接强度；无法检测强度、密封性和制造缺陷；无法定期检测；使用中发现有漏气现象无法解决
内表面材料不含锰，多层包扎式结构，提高了储罐的安全可靠性和抗御H2S应力腐蚀的性能
容器数量（支）
9
240
6
4
气瓶水容积（L）
1311
50
2000
3000
总水容积（m3）
11.8
12
12
12
储气体积（Nm3）
3055①
3000②
3000
3000
总重量（Kg）
27932
24000
48512
安装许可
通常为地面储存
通常为地面储存
只能地下安装
通常为地上安装
排污方式
有排污口，可定期排污
无排污口，要定期拆开排污清洗
直立结构，吸管排污不彻底
有排污口，可定期排污
配管接头
配管少、接头少
配管多、接头多
配管少、接头少
配管少、接头少
占地面积（m2）
8～10
＞60
＜15
10左右
气体利用率
40%
30～40%
20%
30～40%
成本费用
初期投资高，运行维护成本低
初期投资低，运行成本高
初期投资高
初期投资较高，运行维护成本低
例行检测
除一般内、外部直观检测外，不需再检测其它项目
每3年一次，须拆开单元，对每支气瓶进行水压试验。
若允许AE检测，也需拆开
无法进行定期检测，存在安全隐患
需要定期例行检测
最大工作压力
25
25
20
25
快速充气能力
接头少、管线尺寸大，允许大流量充气
接头多、管线尺寸小、流动阻力大、流量小
接头少、管线尺寸可大，允许大流量充气
结构性能
坚固，整体结构能更好的承受冲击载荷及地震波动
结构松散，没有结构整体性
结构不合理，存有隐患
坚固，整体结构，能承受冲击载荷及地震波动
使用年限
10～15
10～15
无法确定，无法进行安全评定，无法确定预期服役寿命
15以上
设备价格（万元）
150③
进口100④，国产36
90
68
注：
①数值计算中考虑了天然气的压缩因子；②按理想气体近似计算；③不含关税和增值税；④不含关税、增值税和运费。
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：
1电源控制；
2压缩机组运行控制；
3储气控制（含优先顺序控制）；
4净化干燥控制；
5系统安全控制；
6售气控制（含顺序加气控制和自动收款系统）；
这几方面的控制一般都通过微计算机和气动阀件来完成。
较先进的加气站，还可以通过调制解调器（MODEM）和电话线，对各地多台加气站，实现远距离实时集中控制管理，包括实时监测、故障诊断和排除。
先进的加气站设计必须依赖于先进的控制，所以控制系统占了加气站投资的相当比例。
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。
CNG加气站的建设程序
一、选址：
（1）业主熟悉建站政策和标准规范，在城区或交通主干道上，按靠近水、电、气源，靠近车源，加气方便，基本符合城市规划和标准规范中消防、环保、安全要求，初选建站地址；
（2）CNG主管部门（CNG专家）、建委、规划、消防、环保、设计到现场定点。
（3）在国土部门办理土地征用手续和国土证：
（4）在规划部门办理规划用地许可证、施工用地许可证。
二、立项
（1）业主向当地CNG产业产管部门或计委提出建站申请；
（2）提供相应资料：
立项报告、可研报告、选址定点报告；
（3）CNG产业主管部门或计委批准立项。
三、设计
（1）初步设计前，业主向设计单位提供资料：
站址地形图、天然气气质资料、气象资料、地震资料、水、电、气源资料、建站规模、设备初步选型、地勘资料、环保影响评价报告、文物调查资料等。
（2）甲级设计单位作初步设计：
总平面布置；单体（加气棚、站房等）建筑样式、风格；CNG加气站效果图；主要设备配置；工程总造价；水、电、气工艺初设；说明是否符合国家标准、城市规划；加气站的消防、环保、安全等是否符合标准要求。
（3）初设审查：
CNG主管部门（CNG专家）、计委、建委、规划、消防、环保、安办、设计、业主参加，对初设进行评审。
（4）CNG主管部门或建委出具初设评审意见；
（5）施工图设计：
设计单位据此作CNG加气站工艺、总图、建筑、结构、电器、给排水、暖通设计，并出施工蓝图。
四、报建
（1）初设报消防、环保审查，出据审批意见，安办办理安全三同时证书；
（2）初设总平图（含消防、环保
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