CNG加气站压缩机及储气瓶组选型研究

2015-07-19路兴禄张武涛陈新武中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司河北任丘062550

中国新技术新产品 2015年8期

关键词：均匀分布气瓶排量

路兴禄刘欣李简张武涛陈新武（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘 062550）

CNG加气站压缩机及储气瓶组选型研究

路兴禄刘欣李简张武涛陈新武
（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘 062550）

本文简单介绍了CNG加气站工艺流程，结合CNG加气站不同的工况对压缩机及储气瓶组选型进行了详细研究，便于以后CNG加气站的设计、建设和优化，以期获得经济可行的CNG加气站解决方案。

CNG加气站；压缩机；储气瓶组；设备选型

1 CNG加气站工艺流程简介

CNG加气站经过计量、调压系统接收管道、槽车或船运来的天然气，然后经脱硫、脱水净化后进入压缩机，经压缩的天然气可直接销售亦或储存在储气瓶组内用于销售或运输。

脱硫主要包括物理吸收法、化学吸收法和物理-化学吸收法三种。物理吸收法主要是通过溶液溶解硫化物进行脱硫，可选择吸收H2S以及小分子有机硫化物。化学吸收法主要是通过碱性溶液吸收H2S和CO2等酸性气体，可循环利用。物理-化学吸收法是综合前两种方法，主要通过配方或复合溶液进行脱硫，脱硫效果较好。

脱水可分为低压和高压两类。两者分别在压缩机前、后对天然气进行干燥和净化，前者为了保证压缩机的正常运行，后者为了保证售气的纯净。与低压脱水相比，高压脱水处理量较小，吸收周期短，再生次数多。

2 压缩机

压缩机是加气站最关键、最重要的核心设备，对整个加气站运行的可靠性及成本有决定性影响。压缩机进气压力范围较广，排气压力不应大于25MPa（表压）。关于压缩机的排量，需要根据加气站具体工况、地理位置等进行选择，分为加气负荷均匀分布和不均匀分布两种情况。

2.1 加气负荷不均匀分布

在此种工况下，加气负荷集中在几个时间段，对加气时间要求比较苛刻。当进行设备选型时，需增大压缩机的排量。若压缩机流量偏低，将导致加气速度偏低，造成汽车加气排队或CNG槽车加气断节子站气源供应不上等问题。当加气负荷不均匀分布时，压缩机将频繁启动，影响其使用寿命，同时，CNG加气站的设备能力并未充分发挥，建站投资较大。

为便于分析，做以下规定与假设：

（1）日加气车辆为160辆；

（2）以公共天然气汽车为例，每辆加气量为80m3；

（3）双枪连续加注，每辆汽车加气时间不超过6min；

（4）加气负荷不均匀分布。

当加气负荷不均匀分布时，为实现连续加注，需通过压缩机直接供气。此时，压缩机的设计排量为2.2 加气负荷均匀分布

此种工况一般发生在具有固定车源的加气站，例如公交停车场等。进行设备选型时，需适当降低压缩机的排量。当加气负荷均匀时，可以避免压缩机频繁启动，且加气站设备能力可以充分发挥，经济效益明显。

为便于分析，做以下规定与假设：

（1）日加气车辆为160辆；

（2）以公共天然气汽车为例，每辆加气量为80m3；

（3）加气站每日操作时间为16h；

（4）加气负荷均匀分布。

下面按2种情况进行分析：

（1）全部通过储气瓶组加气，压缩机不直接供气

在此种工况下，适当增大储气瓶容积，采用9个钢瓶（高、中、低储气单元比例为2∶3∶4），每个储气瓶的容积为1.306m3，总水容积为11.754m3，相当于2939Nm3天然气，按气体利用率42%计算，则给汽车加注的气量为1234Nm3，可以满足15辆汽车的加注需求。单枪加气时，按6min/辆进行计算，采用2台双枪加气机同时加注，则15辆汽车完成加气耗时24min，因此，160辆汽车完成加气需要10.7个周期，每1周期耗时1.5h，其中储气瓶组加气时间为0.4h，压缩机运行时间为1h，辅助操作时间为0.1h。因此压缩机的设计排量为1234m3/h。在此种工况下，所有的天然气汽车只能通过储气瓶组加气，因而可最大发挥储气瓶组的储气功能，避免压缩机频繁启动，但是，需增加天然气汽车的调度要求，加气灵活性较差。

（2）压缩机和储气瓶组组合供气，压缩机可直接供气

在此种工况下，先由储气瓶组加气，当储气瓶组未完成加气要求时，启动压缩机给汽车加气。当加气结束时，再由压缩机给储气瓶补气。此种工况优先给汽车加气，也就是说，当存在加气车辆时，总是先加气后补气。

首先通过储气瓶组加气的车辆数为15辆，假定每一周期压缩机直供的车辆数平均为10辆，那么，160辆汽车则需要6.4个周期，每个周期为2.5h。在此工况下，压缩机的设计排量为

（10×80+1234）/2.5=814m3/h

此种工况对天然气汽车的调度要求不高，加气灵活性较好，比较经济，但单车加气时间会略有增加。