2022年橇装式CNG压缩站工艺流程的实践 .pdf

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1、1 橇装式 CNG 压缩站工艺流程的实践刘锡麟原发表于压缩机杂志2007 年第九期新浪博客 秋林红似火 摘要：本文依据多年CNG 汽车加气站的工作经验，对橇装式CNG 压缩站的工艺流程和各子系统配置中所出现的一些误区和存在问题，进行了详尽的分析，为合理进行系统配置，提高压缩站的工作效率，提出了一些行之有效的方法和建议，以供同行参考。关 键 词：CNG 橇装式压缩站工艺流程1.顺序控制系统通过优先顺序控制系统和储气瓶组的分组联接，可提高气瓶组的利用率和加气速度。优先顺序控制的工作过程是这样的。无论系统处于何种工作状态（充气或停机），都可以保证优先给汽车加气，这就是所谓的优先控制。顺序控制则指，P

2、LC 监测储气瓶组的压力，并通过顺序充气阀控制给储气瓶组充气的顺序，当高压储气瓶组的压力降至预先设定压力时，压缩机将自动启动向高压气瓶组充气。当高压气瓶组达到预先设定压力时，气体将转向中压气瓶组充气。最后给低压气瓶组充气。当三组均达到它们的预先设定压力时，压缩机同时给三组气瓶充气直到 25Mpa后压缩机关闭。这里有几种情况应当避免，否则将不能很好的实现顺序控制功能，还可能出现意外。一是中压瓶组开启阀门充气时的压力，不得设定为高压瓶组达到25MPa，而应略低一些，如23MPa。否则往往会使名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 12 页 -2 高压瓶组的压力高于25MPa；

3、二是高压瓶组充气管路中不要设臵阀门（机械式顺序控制盘高压充气管路上的限压阀应全打开），可确保压缩机任何时候启动时，都有储气瓶组可让压缩机平稳排气，不会造成，局部管路瞬时超压，使压缩机在高负荷下极速停机而损坏。同时可保证高压瓶组的压力始终高于20MPa，以便汽车时时都能加满气；三是对于机械式顺序控制盘，中压瓶组充气开启压力的调整，要经过试验确定，2.低压直充功能主要指加气子站，当运气拖车刚到达子站时，拖车气瓶的气体压力较高，这样可直接通过售气机向汽车加气，而不用启动压缩机。其输气管道的设臵比较合理的方案是，一是和压缩机的进气管道相连，但不进压缩机；二利用常规加气站售气机三线进气方式中的低压管道输

4、气。这样，当压缩机不启动时，拖车气瓶可充分利用其本身的高压直接为汽车加气，节约能源。同时压缩机工作时，利用这个系统既可向压缩机提供气源，又可通过旁路及低压管路到达售气机（中间不进储气瓶组），按照常规加气站的三线进气模式加气，以克服子站加气系统的固有缺点（没设低压瓶组），提高加气速度。保证可以给汽车加满气。有些设备厂商，不是这样设臵，它是将压缩机的输出管路一分为二，一路后接中、高压顺序控制盘，再到中、高压加气管路；另一路作为高压直充管路，通过售气机的低压管路向汽车加气。这样显然不尽合理。既没有充分利用拖车气瓶的高压能量，又要启动压缩机浪名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共

5、 12 页 -3 费能源；高压直接加气，压缩机不能停，同时售气机的中、高压管路形同虚设不起作用。储气瓶组也难于得到有效的气体补充，发挥不了补气作用。3.过滤器前臵过滤器，橇装式压缩站的进气口应设臵前臵过滤器，主要用于对进入压缩机的天然气进行净化处理。因为 CNG 加气子站所用天然气来源于母站，甚至是不同的母站，气质情况参差不齐。为了保护压缩机各级气阀和管路球阀不易损坏，尽可能将天然气中的微粒和杂质除去，否则容易造成阀门转动不灵、气阀卡住漏气、甚至损坏阀门或活塞环。但是这个过滤器的结构设计要方便拆卸与清理，最好不要拆卸主管路就可清洗。另外，过滤器的通径要大，局部一定要大于主管路，滤网目数要合适，

6、既要具有较好的过滤效果，又不得影响气体的流量，压降要尽可能的小。因此管道式过滤器由于通道狭小，不便拆卸清理，不宜选用。选用体积较大的丁字形过滤器比较合适。个别厂商为了降低成本不设前臵过滤器的做法是不可取的。还有些厂商的设备，虽然也设臵了前臵过滤器，但因结构不合理，造成调试时滤网堵塞，进气压力降剧增，引起温度大幅度降低局部形成冰堵，最后造成滤网破损。因此前臵过滤器的设臵应当引起足够的重视。后臵过滤器属于高压小型过滤器，一般由两个过滤器串联安装。第一级为预过滤器，第二级为精密过滤器。精密过滤器的独特结构是其可有效捕集亚微米级粒子，对于小到 0.01m的油污，水污粒子以名师资料总结-精品资料欢迎下载

7、-名师精心整理-第 3 页，共 12 页 -4 能有效拦截、捕集。该后臵过滤器属于精密设备，价格很贵，使用时应尽量避免低压大流量气流冲击，否则很容易损坏滤芯。为此，系统设计时，应在后臵过滤器的输出管路中设臵一个限压阀（或称压力释放阀），且该阀的设定压力应为过滤器最高工作压力的1/2。但实际上，我们所见到的一些橇装式压缩机站，不知是设计人员忽视了这一问题，还是厂商为了降低制造成本，取掉了这一设臵。结果造成价值数千元人民币的滤芯频频损坏。给用户造成不应有的损失。4.润滑油的加热与冷却润滑油温度的高低对压缩机系统的润滑效果影响很大。所以一般压缩机都设臵有冷却与加热装臵。在压缩机运行过程中，由于运动部

8、件之间的摩擦生热作用，使润滑油的温度大幅度升高，为了保证压缩机的正常运行，尤其在夏季，必须使润滑油的温度保持在4050，因此在润滑系统设臵冷却装臵就是非常必要的，橇装式压缩站大多采用风冷或水冷方式。同样，润滑油的加热装臵也是必不可少的（一般设臵在油箱底部，多采用电加热方式），尤其对于北方地区的用户更为重要。否则寒冷季节环境温度很低，会造成压缩机的启动困难，也会影响润滑效果。个别厂商不知什么原因不安装润滑油加热器，而在橇装箱体内设臵了取暖装臵（需从远处引入循环热水），这实际上是多余的，因为压缩机正常工作时，橇装箱体中的温度已经很高，无须增加取暖装臵。润滑油的加热也仅仅在压缩机启动时需要。名师资料

9、总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 12 页 -5 5.软启动系统软启动系统是一种集软启动、软停车、轻载节能及多种保护功能于一体的智能型电动机控制装臵，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控制电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。软启动系统由于其启动电流小、启动性能好运转平稳，已广泛应用于橇装式 CNG 压缩站的电机启动。橇装式常规 CNG 加气站与加气子站的压缩机结构特点与运行工况不同，选用软启动系统时也需要注意几个问题。5.1 常规加气站在进气压力与排气量基本保持不变的条件下，电机长时间稳定运行，电流一般都小于额定电流。因此所选用的软启动

10、器规格与相应的电机相同即可；但是，加气子站压缩机的运行负载变化幅度很大，在变工况下工作，电机电流的变化也非常大，即在一二级切换时排气量与电机功率都会出现一个峰值，达到最大值（轴功率最大）。另外，温度的降低（如降低30，进气量可增加约10%）等原因，往往会使实际功率超过最大值。为了适应压缩机的这一运行工况，根据经验所选用的软启动器的规格最好比相应电机高一档。5.2 电机额定电流是以长时间运行，所产生的温升不会破坏绝缘层为依据而确定的电流值。所以电机的过载能力很强，短时间所允许的过载电流可高达额定电流的1.8 倍。如75Kw电机额定电流约为150A，则过载电流可允许达到270A（保护动作时间约为2

11、5 秒）。如果所选软启动器与电机功率一样，在软启动器设臵时，热保护动作时名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 12 页 -6 间可以适当长一些，比如 30 秒以上。这样当子站压缩机两级切换时，电机过载电流虽然可能高达额定电流的1.5 倍以上（只要不超过1.8倍），但持续时间很短，大约1 分钟左右，就开始下降。在这段时间内，只要软启动器允许电机过载就没有问题，就能保证电机安全闯过轴功率的高峰。6.压缩机的启停控制橇装式加气子站压缩机的起停和运行，都是依据储气瓶组的气体压力自动进行。许多厂商的设备，包括部分进口设备，都设臵了两个取压点，如：当高压储气瓶组的压力降到21MPa

12、 或者 当中压储气瓶组的压力降到18MPa 时，压缩机启动；当三组储气瓶组的压力度上升到25MPa 时，压缩机停机。这样的设臵并不科学。实际上，中压瓶组的压力完全没有必要作为压缩机启动的条件，而且在实际运行过程中，由于车辆类型的不同，加气量的不同等原因，造成中压瓶组压力的变化没有规律，启动压力很难设定的比较合适，也不必关注，只要系统工作正常，它的压力范围肯定在高、低压瓶组之间。而且设臵两个控制点，程序复杂还会引起误动作，造成压缩机的频繁启动（如有时高压瓶组的压力还不到22MPa，由于中压瓶组的压力很容易降到18MPa，造成压缩机的启动）。所以只需将高压瓶组的压力作为控制点即可。因为高压瓶组在为

13、汽车加气过程中的主要作用是补气与保证加满。当高压瓶组的压力降到20MPa 时必须启动压缩机，否则汽车气瓶肯定加不满气（压力达不到20MPa）。压缩机启动后，先给高压瓶组充气，直到压力上升到22MPa名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 12 页 -7 时中压瓶组开始充气，直到二者同时达到25MPa 时，压缩机自动停机，或成待机状态。实践证明这样的设臵比较合理，运行效果较好。7.自动控制系统橇装式压缩站的自动控制系统一般都采用可编程控制器（PLC）作为中央控制单元，完成主要逻辑控制功能。除了前述的压缩机的启停控制和优先顺序控制以外，还应包括以下控制功能。7.1 现场实时监

14、控PLC通过控制软件对压缩机组及其整个系统运行状态实施现场实时监控，可及时显示各个环节的压力、温度等运行参数。还可以显示各个阀门、开关的动作状态，并记录最近若干次故障信息。另外PLC还留有接口，可通过笔记本电脑现场设臵、修改和显示所有输入信号的设臵。个别厂商也许为了保密或者安全的缘故，将控制程序固化在芯片上，每次调整或修改参数（这是不可避免的）必须回到厂里进行擦除重写，给用户造成很大不便。7.2 系统安全保护系统共设三层安全保护，第一层保护是压力、温度、油位等运行参数设定最高与最低值，超出这个范围，自动控制系统立即报警，但不停机（如果局部压力超过设定压力后迅速上升，系统来不及报警时，该处的安全

15、阀就会立即起跳释放压力）；第二层保护是当第一层保护失灵，或者某传感器信号检测不到，某个环节出现较大故障，系统将自动关闭机组，并切断气源与电源；第三层保护是ESD（紧急切断系统）系统，压缩站运行过程中如果前两层保护失灵，人工按下附近的名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 12 页 -8 ESD按钮，控制系统就会立即切断气源与电源而停机。7.3 远程通讯与监控进口橇装式压缩设备一般都设臵有远程通信与监控系统。随着互联网的迅速发展，按照用户的要求，国内厂家也在逐步配臵这套系统。远程通讯功能可使压缩站管理人员通过国际互联网，对压缩机进行远距离监控，便于用户在公司总部可同时对各地

16、多座加气站进行集中控制与管理，包括实时检测、运行参数调整、故障诊断与排除。8.仪表风的选择仪表风，或者称气动执行机构的驱动气源，国内以前常常采用压缩空气。为此在主要设备之外，需增加一台排气压力为0.8MPa 的小型空气压缩机（必要时需配套的空气干燥器）和较长的气管。部分进口橇装式压缩站设备，驱动气源采用的是压缩天然气（CNG）。是将 25MPa 的天然气减压到 0.7MPa左右，输送到驱动系统。一般从压缩机末级排气管路或者从回收罐上接管。这种方式结构简单，工作可靠，性能稳定，技术先进。可国内有些厂商引进吸收，应用在国产设备上却频频出现故障，有的不得已又改回到用压缩空气。主要有两方面的原因，一是

17、天然气净化不够，含油量大，常常使调压器失灵；二是调压器选型不当，在可靠性要求较高的控制系统，选用价格较低的氧气瓶所用的低级减压阀。如果能将这两个问题解决好，CNG 的驱动方式应该是一种值得推广的比较先进的仪表风选择方式。9.中压储气单元气体的回用这一功能主要应用于CNG 加气子站。当子站的运气拖车气瓶的气名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 12 页 -9 体不足以给汽车加气，下一台运气拖车又由于某种原因耽搁，不能及时到站时，就可以将中压储气单元中的气体，导入压缩机的进气管口，启动压缩机以免子站中断加气。这样，如果中压储气单元储有1000标方气时，就可以继续维持加气半个

18、多，甚至一小时。这需要两个条件，一是中压储气单元的容积要适当大一些，比如可储气 1000 标方，储气量过少，维持加气的作用不大；二是必须在中压管路和压缩机进气管路之间增加一个球阀，需要时打开阀门即可。10.进气压力过低时的解决措施一般发生在加气母站和标准加气站上。当实际进气压力低于设备设定进气压力时，这种情况往往在城市燃气供不应求，输气压力下降的情况下发生。当进气压力低于设定压力的下限时，压缩机则启动不起来，无法运行。10.1 进一步降低进气压力的下限和设备供应商协商将进气压力的低限再适当降低一些，但为了不使最大轴功率超载，温度不会升高，以及运动部件的受力和平衡在规定范围内，需要在保持压缩比不

19、变的情况下，以牺牲排气压力为代价，将排气压力由 25MPa 降到 22MPa 即可。不可再降低，因为要保证汽车气瓶的加气压力达到20MPa，系统必须保持一个适当的压差。10.2 在压缩机前增设一台增压机该增压机的进气压力应与管输的实际压力相吻合，排气压力应达到压缩机的进气压力的上限，以便发挥压缩机的最大供气能力。但是这里需要注意一个问题。由于增压机与原压缩机属于两个独立的压缩名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 12 页 -10 单元，增压机的排气量与压缩机的进气量难于较好的匹配，控制系统也难以协调。所以必须在二者之间增设一个缓冲罐，并依据缓冲罐的压力控制增压机的运行。

20、11.回收罐的设臵回收罐的设臵最早见于进口橇装式压缩站。其主要作用有四个。一是定时自动回收各级冷凝过滤器下部排出的废液废气，使压缩天然气进一步得到净化。这些废液气主要是水分、润滑油、液态高碳烃和少量天然气等物质。经过回收罐的沉淀，定期人工排出机组外予以处理；二是压缩机每次停机时，气缸与管道中的高压气体将自动排进回收罐，使压缩机内的压力降低，接近常压，以便压缩机下次轻载或空载启动，减小能耗；三是回收罐与压缩机进气管线通过调压器相连，当压缩机运行时，积聚在回收罐里的废高压天然气，通过进气管线进入压缩机进一步压缩使用，使原料气大大节约；四是可以起到缓冲罐的作用。通过回收罐调压器再次进入压缩机进气口的

21、这部分气体，对主气流的压力和流量的脉动情况起到了缓冲和平衡作用，和过去国产分立式常规加气站相比，取消了缓冲罐，降低了设备费用。但是回收罐压力和容积的设计必须合理，否则难以发挥回收罐的作用。比如回收罐的容积至少应当大于0.5 立方米，最大工作压力应在 5MPa以上，以便收集压缩机多次排放出的气体，重复使用。否则所储气体有限，难以将压缩机启停时所排出的气体全部收集。例如某压缩机厂商生产的一种橇装式CNG 加气子站，其所谓的回收罐容积还不到 0.1 立方米，致使压缩机每次启动与停机，气缸中的大量高压气名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 12 页 -11 体从废气管中排出未

22、能回收（由于回收罐容积太小，不能在停机时一次将气缸中的气体全部泄压，必须分两次排放。停机时先将一级缸泄压，下次启动时再将二级缸泄压后，才开始启动程序），造成很大的浪费，同时产生高分贝的噪声，严重扰民。相反，进口设备及国内有些厂商处理得较好。压缩机启停时就很少有噪声产生，而且排放的废气很少。的确属于环保型产品。12.排污管的设臵与施工橇装式压缩站的排污设施一般由两部分组成，一部分为排污总管，主要指各级气液分离器、回收罐、前后臵过滤器排出的废液与废气（如气体中的润滑油、凝结出的高碳烃、水分及停机时从压缩机里排出的压缩天然气）；另一部分则是压缩机填料函排出的的冷却废油和气缸经填料泄露的少量天然气，压

23、力很低。这两部分废气液，压力级别不同，一般都是通过两根管子排放。总排污管排放量大，需要直接排到排污池，填料排污量很小，在压缩机跟前就地排放，用一个小油桶承接即可。绝不能将两根管子连在一起排放。曾经有个施工队不明机理，将两根排污管连在一起，结果压缩机每次启停时，来不及排出的废气油就从填料排污管进入到曲轴箱，将润滑油从油尺孔中喷出，甚至冲坏填料函。另外，压缩机运行时，填料函用于减压和密封的少量气体也是从填料排污管缓缓排出，但气量很小。如果该管路堵塞或者球阀关闭，该气体无法排出，就可能通过十字头泄漏到曲轴箱和油池里，使该处的压力升高，将润滑油从油尺孔中喷出。另一方面，填料函的背压过名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 12 页 -12 高不利于密封，因此填料排污管上不要加装阀门，使填料密封气体有通道可顺畅地排出较妥。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 12 页 -