佛山市天然氣高壓管網(wǎng)有限公司 陳雷星

在CNG汽車加氣站產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，以一座母站帶動若干子站的建站方式近年來在國內(nèi)很多大、中城市已成為一個主流方向。它以不受管網(wǎng)布局、管網(wǎng)壓力和供氣能力限制，站址選擇靈活，占地少，投資低等優(yōu)勢而成為投資人的首選。

CNG加氣子站以CNG拖車自母站運來的高壓天然氣為氣源，建在距離母站250 km范圍內(nèi)為宜。加氣子站一般設(shè)計日供氣量為10 000～15 000 m3[1]。

1 CNG加氣子站工藝

CNG加氣子站是用CNG長管拖車為氣源，通過加氣機給CNG汽車儲氣瓶進行充裝。其工藝核心主要體現(xiàn)在如何高效利用CNG拖車內(nèi)高壓天然氣給汽車加氣，系統(tǒng)核心設(shè)備是壓縮機系統(tǒng)[2]。當前國內(nèi)應(yīng)用較多的壓縮機系統(tǒng)主要有：液壓平推式子站集成和傳統(tǒng)機械式壓縮機系統(tǒng)，以及本文介紹的一種新型液壓活塞式壓縮機系統(tǒng)。這3種設(shè)備在加氣子站中均能起到增壓作用，但由于其工作原理及結(jié)構(gòu)形式的差異，所以在加氣站中的工藝流程有較大不同，在加氣站運行的可靠性、安全性、高效性、經(jīng)濟性等方面給建設(shè)方帶來較大差異。

1.1 液壓平推式子站集成

采用液壓平推式子站集成的加氣子站是引進具有專利技術(shù)的液壓子站系統(tǒng)，利用專用的CNG拖車從母站運來的高壓天然氣，通過液壓泵、加氣機給CNG汽車加氣。其工藝流程如圖1所示。

其工作原理是：液壓泵橇通過液壓泵提供高壓油，通過一系列控制閥逐次注入專用槽車的長管鋼瓶內(nèi)。每只長管鋼瓶內(nèi)的天然氣以20 MPa的恒定壓力輸出，通過加氣機給CNG汽車加氣。

1.2 傳統(tǒng)機械式壓縮機系統(tǒng)

采用傳統(tǒng)機械式壓縮機系統(tǒng)的加氣子站是利用CNG拖車從母站運來的高壓天然氣，通過卸氣柱、壓縮機、儲氣系統(tǒng)和加氣機給CNG汽車加氣。其工藝流程如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)機械式壓縮機系統(tǒng)加氣子站工藝流程

傳統(tǒng)機械式壓縮機通常采用往復(fù)式壓縮機，其傳動模式是：電機帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，通過連桿、十字頭、活塞桿，帶動活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運動，實現(xiàn)氣體的壓縮過程[3]，達到增壓目的。

1.3 液壓活塞式壓縮機系統(tǒng)

近年來國內(nèi)出現(xiàn)了一種新型液壓活塞式壓縮機系統(tǒng)用于加氣子站。其充分利用拖車內(nèi)天然氣壓力能，既可以實現(xiàn)無儲氣瓶對汽車加氣(同液壓平推式)，也可以提高加氣效率，通過配置儲氣瓶方式對汽車加氣(同傳統(tǒng)機械式)。其工藝流程如圖3所示，虛線表示可根據(jù)需要配置。

圖3 液壓活塞式壓縮機系統(tǒng)加氣子站工藝流程

國內(nèi)的液壓壓縮機經(jīng)歷了從進口到國產(chǎn)的發(fā)展過程[4]。國產(chǎn)液壓活塞式壓縮機主要有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)形式。兩者工作原理相同，只是結(jié)構(gòu)形式的不同帶來性能上的差別，下面以立式為例介紹。

2 液壓壓縮機的工作原理及特點

2.1 工作原理

特殊的工字形活塞桿將上面氣缸分隔為上行氣腔、上行油腔兩個腔，將下面氣缸分隔為下行油腔、下行氣腔兩個腔，如圖4所示。

圖4 液壓活塞式壓縮機工作原理

其工作原理是：液壓站輸出的高壓油進入下行油腔，上行油腔的油回油箱，活塞桿向下運動，槽車內(nèi)氣體進入上行氣腔(一級進氣)，而下行氣腔的氣體則經(jīng)壓縮后流出(一級壓縮)進入冷卻器，完成一級壓縮過程；當活塞運行到極點時，液壓站換向閥將會換向，輸出的高壓油進入上行油腔，下行油腔的油回油箱，活塞桿向上運動，槽車內(nèi)氣體進入下行氣腔(一級進氣)，而上行氣腔的氣體則經(jīng)壓縮后流出(一級壓縮)進入冷卻器，完成一級壓縮過程。當兩個這樣的氣缸串聯(lián)時，就構(gòu)成了兩級壓縮。

2.2 性能特點

(1) 節(jié)能效果好。特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可充分利用拖車內(nèi)氣體壓力做功，使其相較其他類型壓縮機處理單位氣體所需功率更小或單位功率可壓縮更多氣體，從而實現(xiàn)節(jié)能。

(2) 結(jié)構(gòu)簡單。氣缸和油缸雙缸一體結(jié)構(gòu)，液壓油每運行一個行程，都會將氣缸壁冷卻一次，因此氣體和氣缸壁的溫度較低，不需水套缸冷卻；一組氣缸只有一級壓縮，實現(xiàn)兩級壓縮需用兩組氣缸；軸向尺寸相對較短，大于兩倍行程，可以立式安裝；各支承環(huán)和液壓活塞環(huán)不存在偏磨現(xiàn)象。

(3) 油泵工作壓力較低。由于槽車壓力低時，進排氣壓差較大，需經(jīng)兩級壓縮，所以經(jīng)過受力分析，所需油壓＝(排氣壓力－進氣壓力)/2；油泵工作范圍始終在16 MPa以下。

(4) 噪聲低。實測噪聲不高于70 dB。

(5) 幾乎無泄漏量。設(shè)計上規(guī)避了填料等結(jié)構(gòu)設(shè)計，系統(tǒng)幾乎沒有泄漏點。

(6) 耗油量極小。油附著在缸壁上形成極薄油膜，使輸出氣體內(nèi)含極少量油，且設(shè)備內(nèi)還增設(shè)了除油器。

(7) 易損件少。只有活塞環(huán)、O形圈等少量易損件。

3 各子站技術(shù)經(jīng)濟對比分析

3.1 壓縮技術(shù)性能對比

根據(jù)目前國內(nèi)CNG子站運行情況，各項指標對3種子站壓縮技術(shù)性能進行對比分析，見表1。

表1 三種子站壓縮技術(shù)性能比較

3.2 投資對比

以15 000 m3/d的建站規(guī)模為例，對3種子站設(shè)備系統(tǒng)投資成本進行分析，見表2。

表2 3種子站設(shè)備投資比較 萬元

3.3 運行成本分析

計算參考：加氣子站規(guī)模15 000 m3/d、天然氣價格4.50元/m3、計算周期1年(360 d)、平均電費0.8元/ kW·h，3種子站設(shè)備運行成本見表3。

表3 3種子站運行成本比較

從表3可看出，液壓活塞式壓縮機運行成本最低、氣損率最低，能給建設(shè)方帶來長遠的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

液壓活塞式子站壓縮機克服了液壓平推式壓縮機和傳統(tǒng)機械式壓縮機的不足，延續(xù)了工藝簡單、節(jié)能等優(yōu)點，具有更好的設(shè)備適應(yīng)性、經(jīng)濟環(huán)保性，代表了子站壓縮機的一個發(fā)展方向，是CNG建站天然氣壓縮機很好的選擇。隨著液壓活塞式子站壓縮機技術(shù)的不斷完善，將會受到越來越多的關(guān)注。