路興祿 劉 欣 李 簡(jiǎn) 張武濤 陳新武（中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北 任丘 062550）

CNG加氣站壓縮機(jī)及儲(chǔ)氣瓶組選型研究

路興祿 劉 欣 李 簡(jiǎn) 張武濤 陳新武
（中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北 任丘 062550）

本文簡(jiǎn)單介紹了CNG加氣站工藝流程，結(jié)合CNG加氣站不同的工況對(duì)壓縮機(jī)及儲(chǔ)氣瓶組選型進(jìn)行了詳細(xì)研究，便于以后CNG加氣站的設(shè)計(jì)、建設(shè)和優(yōu)化，以期獲得經(jīng)濟(jì)可行的CNG加氣站解決方案。

CNG加氣站；壓縮機(jī)；儲(chǔ)氣瓶組；設(shè)備選型

1 CNG加氣站工藝流程簡(jiǎn)介

CNG加氣站經(jīng)過(guò)計(jì)量、調(diào)壓系統(tǒng)接收管道、槽車(chē)或船運(yùn)來(lái)的天然氣，然后經(jīng)脫硫、脫水凈化后進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮的天然氣可直接銷(xiāo)售亦或儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣瓶組內(nèi)用于銷(xiāo)售或運(yùn)輸。

脫硫主要包括物理吸收法、化學(xué)吸收法和物理-化學(xué)吸收法三種。物理吸收法主要是通過(guò)溶液溶解硫化物進(jìn)行脫硫，可選擇吸收H2S以及小分子有機(jī)硫化物。化學(xué)吸收法主要是通過(guò)堿性溶液吸收H2S和CO2等酸性氣體，可循環(huán)利用。物理-化學(xué)吸收法是綜合前兩種方法，主要通過(guò)配方或復(fù)合溶液進(jìn)行脫硫，脫硫效果較好。

脫水可分為低壓和高壓兩類(lèi)。兩者分別在壓縮機(jī)前、后對(duì)天然氣進(jìn)行干燥和凈化，前者為了保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)行，后者為了保證售氣的純凈。與低壓脫水相比，高壓脫水處理量較小，吸收周期短，再生次數(shù)多。

2 壓縮機(jī)

壓縮機(jī)是加氣站最關(guān)鍵、最重要的核心設(shè)備，對(duì)整個(gè)加氣站運(yùn)行的可靠性及成本有決定性影響。壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力范圍較廣，排氣壓力不應(yīng)大于25MPa（表壓）。關(guān)于壓縮機(jī)的排量，需要根據(jù)加氣站具體工況、地理位置等進(jìn)行選擇，分為加氣負(fù)荷均勻分布和不均勻分布兩種情況。

2.1 加氣負(fù)荷不均勻分布

在此種工況下，加氣負(fù)荷集中在幾個(gè)時(shí)間段，對(duì)加氣時(shí)間要求比較苛刻。當(dāng)進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，需增大壓縮機(jī)的排量。若壓縮機(jī)流量偏低，將導(dǎo)致加氣速度偏低，造成汽車(chē)加氣排隊(duì)或CNG槽車(chē)加氣斷節(jié)子站氣源供應(yīng)不上等問(wèn)題。當(dāng)加氣負(fù)荷不均勻分布時(shí)，壓縮機(jī)將頻繁啟動(dòng)，影響其使用壽命，同時(shí)，CNG加氣站的設(shè)備能力并未充分發(fā)揮，建站投資較大。

為便于分析，做以下規(guī)定與假設(shè)：

（1）日加氣車(chē)輛為160輛；

（2）以公共天然氣汽車(chē)為例，每輛加氣量為80m3；

（3）雙槍連續(xù)加注，每輛汽車(chē)加氣時(shí)間不超過(guò)6min；

（4）加氣負(fù)荷不均勻分布。

當(dāng)加氣負(fù)荷不均勻分布時(shí)，為實(shí)現(xiàn)連續(xù)加注，需通過(guò)壓縮機(jī)直接供氣。此時(shí)，壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)排量為2.2 加氣負(fù)荷均勻分布

此種工況一般發(fā)生在具有固定車(chē)源的加氣站，例如公交停車(chē)場(chǎng)等。進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，需適當(dāng)降低壓縮機(jī)的排量。當(dāng)加氣負(fù)荷均勻時(shí)，可以避免壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)，且加氣站設(shè)備能力可以充分發(fā)揮，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

為便于分析，做以下規(guī)定與假設(shè)：

（1）日加氣車(chē)輛為160輛；

（2）以公共天然氣汽車(chē)為例，每輛加氣量為80m3；

（3）加氣站每日操作時(shí)間為16h；

（4）加氣負(fù)荷均勻分布。

下面按2種情況進(jìn)行分析：

（1）全部通過(guò)儲(chǔ)氣瓶組加氣，壓縮機(jī)不直接供氣

在此種工況下，適當(dāng)增大儲(chǔ)氣瓶容積，采用9個(gè)鋼瓶（高、中、低儲(chǔ)氣單元比例為2∶3∶4），每個(gè)儲(chǔ)氣瓶的容積為1.306m3，總水容積為11.754m3，相當(dāng)于2939Nm3天然氣，按氣體利用率42%計(jì)算，則給汽車(chē)加注的氣量為1234Nm3，可以滿(mǎn)足15輛汽車(chē)的加注需求。單槍加氣時(shí)，按6min/輛進(jìn)行計(jì)算，采用2臺(tái)雙槍加氣機(jī)同時(shí)加注，則15輛汽車(chē)完成加氣耗時(shí)24min，因此，160輛汽車(chē)完成加氣需要10.7個(gè)周期，每1周期耗時(shí)1.5h，其中儲(chǔ)氣瓶組加氣時(shí)間為0.4h，壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間為1h，輔助操作時(shí)間為0.1h。因此壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)排量為1234m3/h。在此種工況下，所有的天然氣汽車(chē)只能通過(guò)儲(chǔ)氣瓶組加氣，因而可最大發(fā)揮儲(chǔ)氣瓶組的儲(chǔ)氣功能，避免壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)，但是，需增加天然氣汽車(chē)的調(diào)度要求，加氣靈活性較差。

（2）壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣瓶組組合供氣，壓縮機(jī)可直接供氣

在此種工況下，先由儲(chǔ)氣瓶組加氣，當(dāng)儲(chǔ)氣瓶組未完成加氣要求時(shí)，啟動(dòng)壓縮機(jī)給汽車(chē)加氣。當(dāng)加氣結(jié)束時(shí)，再由壓縮機(jī)給儲(chǔ)氣瓶補(bǔ)氣。此種工況優(yōu)先給汽車(chē)加氣，也就是說(shuō)，當(dāng)存在加氣車(chē)輛時(shí)，總是先加氣后補(bǔ)氣。

首先通過(guò)儲(chǔ)氣瓶組加氣的車(chē)輛數(shù)為15輛，假定每一周期壓縮機(jī)直供的車(chē)輛數(shù)平均為10輛，那么，160輛汽車(chē)則需要6.4個(gè)周期，每個(gè)周期為2.5h。在此工況下，壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)排量為

（10×80+1234）/2.5=814m3/h

此種工況對(duì)天然氣汽車(chē)的調(diào)度要求不高，加氣靈活性較好，比較經(jīng)濟(jì)，但單車(chē)加氣時(shí)間會(huì)略有增加。

3 儲(chǔ)氣瓶組

儲(chǔ)氣瓶組的作用是充滿(mǎn)25MPa的氣體優(yōu)先給汽車(chē)加氣，當(dāng)未完成加氣要求時(shí)，再啟動(dòng)壓縮機(jī)。為提高儲(chǔ)氣瓶組氣體利用率及保證加滿(mǎn)汽車(chē)，一般將儲(chǔ)氣瓶組按容積分為低壓組、中壓組、高壓組3組，當(dāng)有汽車(chē)加氣時(shí)，加氣順序?yàn)橛傻偷礁?，這樣，可保證加氣速度且降低能量損失。

3.1 加氣負(fù)荷不均勻分布

在此種工況下，可以適當(dāng)減小儲(chǔ)氣瓶容積，采用6個(gè)氣瓶，高、中、低儲(chǔ)氣單元比例為1∶2∶3，每個(gè)儲(chǔ)氣瓶的容積為1.306m3，總水容積為7.836m3，相當(dāng)于標(biāo)況下1959m3天然氣，按儲(chǔ)氣瓶組氣體利用率42%計(jì)算，則儲(chǔ)氣瓶組可以給汽車(chē)加注823m3天然氣，也就是可以注滿(mǎn)10輛汽車(chē)。

3.2 加氣負(fù)荷均勻分布

此種工況下，適當(dāng)增大儲(chǔ)氣瓶容積，采用9個(gè)鋼瓶，高、中、低儲(chǔ)氣單元比例為2：3：4。前面已做敘述，不再贅述。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)CNG加氣站壓縮機(jī)及儲(chǔ)氣瓶組選型研究，可以看出，當(dāng)加氣負(fù)荷不均勻分布時(shí)，可選擇較大排量的壓縮機(jī)和較小容量的儲(chǔ)氣瓶組；當(dāng)加氣負(fù)荷均勻分布時(shí)，可選擇較小排量的壓縮機(jī)和較大排量的儲(chǔ)氣瓶組。合理選擇壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣瓶組，將提高壓縮機(jī)的供氣能力，使工作效率和經(jīng)濟(jì)效益得到相應(yīng)提高。

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