CNG加氣站壓縮機及儲氣瓶組選型研究

路興祿 劉 欣 李 簡 張武濤 陳新武（中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司華北分公司，河北 任丘 062550）

CNG加氣站壓縮機及儲氣瓶組選型研究

路興祿 劉 欣 李 簡 張武濤 陳新武
（中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司華北分公司，河北 任丘 062550）

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

CNG加氣站；壓縮機；儲氣瓶組；設(shè)備選型

1 CNG加氣站工藝流程簡介

CNG加氣站經(jīng)過計量、調(diào)壓系統(tǒng)接收管道、槽車或船運來的天然氣，然后經(jīng)脫硫、脫水凈化后進入壓縮機，經(jīng)壓縮的天然氣可直接銷售亦或儲存在儲氣瓶組內(nèi)用于銷售或運輸。

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溶液溶解硫化物進行脫硫，可選擇吸收H2S以及小分子有機硫化物?；瘜W(xué)吸收法主要是通過堿性溶液吸收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，主要通過配方或復(fù)合溶液進行脫硫，脫硫效果較好。

脫水可分為低壓和高壓兩類。兩者分別在壓縮機前、后對天然氣進行干燥和凈化，前者為了保證壓縮機的正常運行，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

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

2.1 加氣負荷不均勻分布

在此種工況下，加氣負荷集中在幾個時間段，對加氣時間要求比較苛刻。當進行設(shè)備選型時，需增大壓縮機的排量。若壓縮機流量偏低，將導(dǎo)致加氣速度偏低，造成汽車加氣排隊或CNG槽車加氣斷節(jié)子站氣源供應(yīng)不上等問題。當加氣負荷不均勻分布時，壓縮機將頻繁啟動，影響其使用壽命，同時，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）日加氣車輛為160輛；

（2）以公共天然氣汽車為例，每輛加氣量為80m3；

（3）雙槍連續(xù)加注，每輛汽車加氣時間不超過6min；

（4）加氣負荷不均勻分布。

當加氣負荷不均勻分布時，為實現(xiàn)連續(xù)加注，需通過壓縮機直接供氣。此時，壓縮機的設(shè)計排量為2.2 加氣負荷均勻分布

此種工況一般發(fā)生在具有固定車源的加氣站，例如公交停車場等。進行設(shè)備選型時，需適當降低壓縮機的排量。當加氣負荷均勻時，可以避免壓縮機頻繁啟動，且加氣站設(shè)備能力可以充分發(fā)揮，經(jīng)濟效益明顯。

為便于分析，做以下規(guī)定與假設(shè)：

（1）日加氣車輛為160輛；

（2）以公共天然氣汽車為例，每輛加氣量為80m3；

（3）加氣站每日操作時間為16h；

（4）加氣負荷均勻分布。

下面按2種情況進行分析：

（1）全部通過儲氣瓶組加氣，壓縮機不直接供氣

在此種工況下，適當增大儲氣瓶容積，采用9個鋼瓶（高、中、低儲氣單元比例為2∶3∶4），每個儲氣瓶的容積為1.306m3，總水容積為11.754m3，相當于2939Nm3天然氣，按氣體利用率42%計算，則給汽車加注的氣量為1234Nm3，可以滿足15輛汽車的加注需求。單槍加氣時，按6min/輛進行計算，采用2臺雙槍加氣機同時加注，則15輛汽車完成加氣耗時24min，因此，160輛汽車完成加氣需要10.7個周期，每1周期耗時1.5h，其中儲氣瓶組加氣時間為0.4h，壓縮機運行時間為1h，輔助操作時間為0.1h。因此壓縮機的設(shè)計排量為1234m3/h。在此種工況下，所有的天然氣汽車只能通過儲氣瓶組加氣，因而可最大發(fā)揮儲氣瓶組的儲氣功能，避免壓縮機頻繁啟動，但是，需增加天然氣汽車的調(diào)度要求，加氣靈活性較差。

（2）壓縮機和儲氣瓶組組合供氣，壓縮機可直接供氣

在此種工況下，先由儲氣瓶組加氣，當儲氣瓶組未完成加氣要求時，啟動壓縮機給汽車加氣。當加氣結(jié)束時，再由壓縮機給儲氣瓶補氣。此種工況優(yōu)先給汽車加氣，也就是說，當存在加氣車輛時，總是先加氣后補氣。

首先通過儲氣瓶組加氣的車輛數(shù)為15輛，假定每一周期壓縮機直供的車輛數(shù)平均為10輛，那么，160輛汽車則需要6.4個周期，每個周期為2.5h。在此工況下，壓縮機的設(shè)計排量為

（10×80+1234）/2.5=814m3/h

此種工況對天然氣汽車的調(diào)度要求不高，加氣靈活性較好，比較經(jīng)濟，但單車加氣時間會略有增加。

3 儲氣瓶組

儲氣瓶組的作用是充滿25MPa的氣體優(yōu)先給汽車加氣，當未完成加氣要求時，再啟動壓縮機。為提高儲氣瓶組氣體利用率及保證加滿汽車，一般將儲氣瓶組按容積分為低壓組、中壓組、高壓組3組，當有汽車加氣時，加氣順序為由低到高，這樣，可保證加氣速度且降低能量損失。

3.1 加氣負荷不均勻分布

在此種工況下，可以適當減小儲氣瓶容積，采用6個氣瓶，高、中、低儲氣單元比例為1∶2∶3，每個儲氣瓶的容積為1.306m3，總水容積為7.836m3，相當于標況下1959m3天然氣，按儲氣瓶組氣體利用率42%計算，則儲氣瓶組可以給汽車加注823m3天然氣，也就是可以注滿10輛汽車。

3.2 加氣負荷均勻分布

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

結(jié)語

通過對CNG加氣站壓縮機及儲氣瓶組選型研究，可以看出，當加氣負荷不均勻分布時，可選擇較大排量的壓縮機和較小容量的儲氣瓶組；當加氣負荷均勻分布時，可選擇較小排量的壓縮機和較大排量的儲氣瓶組。合理選擇壓縮機和儲氣瓶組，將提高壓縮機的供氣能力，使工作效率和經(jīng)濟效益得到相應(yīng)提高。

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