CNG基础知识及工艺流程.ppt

天然气的基础知识 1 主要成分是甲烷 CH4 因而其特性可用甲烷特性来表示2 甲烷的临界温度是 82 5 标准大气压下沸点为 162 3 密度为0 717kg m 空气密度为1 2931kg m 4 着火点为650 汽油着火点为427 5 爆炸极限5 15 汽油的爆炸极限为1 0 7 6 6 热值为8000 10000大卡 煤气的热值为3000 4000大卡 7 水露点指天然气在水汽含量和气压都不改变的条件下 冷却到饱和时的温度 露点温度越低 空气的干燥程度越高 这个参数可以作为可能发生冰堵的参考温度 8 标准状态 压力为101 325kPa 温度为20 注 Nm 9 储存压力 CNG是20 25MPaLNG是0 1 1MPa10 绝压 表压 大气压 大气压 真空压真空压 表压 基本的单位换算 1 物体所受压力的大小与受力面积之比称压强P 帕 F N S m 2 1bar 0 1MPa 1kg 760毫米汞柱 1个大气压3 1m 1000L1m 1 1L汽油 可以跑十几公里 4 CNG的压缩比例为1 260例 65L的车用气瓶可充装多少压缩天然气 65L 0 065m 根据压缩比例可得知该气瓶可充装0 065 260 16 9m 的压缩天然气 CNG和LNG简介 1 高于 82 5 的温度条件下 无论加多大的压力 甲烷都不会液化 为了在大气温度条件下多储气或减少储气容器的尺寸 只能进行压缩 这就是压缩天然气 CNG 2 压缩天然气的储存压力为20MPa3 液化天然气 LNG 是液体甲烷 由于甲烷临界温度为 82 5 常压下的沸点为 161 5 其储存和分散系统也就处于低温条件下 容器和管路只能用不锈钢 铜 或铝合金等低温材料制作 密度是标准状态下的天然气密度的625倍 4 液化天然气的储存压力为0 8MPa 车用燃料的性能比较 CNG加气站简介 1 加气站分类 母站 标站 子站 液压子站2 加气站按登记分类 3 母站加气量为2500 4000m h标站加气量为600 1000m h子站加气能力为20000m 天液压子站加气能力为10000 20000m 天 母站工艺流程图 标准站工艺流程图 子站工艺流程图 CNG加气站基础知识 1 加气站由四大系统构成 预处理系统 压缩系统 控制系统 储存售气系统 2 预处理系统有 过滤 调压 计量 干燥3 压缩系统即压缩机 其主要设备包括 驱动机 冷却器 排气系统 润滑系统 进气缓冲系统 控制系统 安全阀 供电接口等4 控制系统有 PLC控制柜 顺序控制盘等顺序控制盘是用来降低压缩机的启动次数 提高充气效率5 储存售气系统即储气井和加气机储气井有低压 中压 高压三口 是为了提高充气效率而设置加气机结构有 入口球阀 过滤器 单向阀 电磁阀 质量流量计 应急球阀 压力传感器 压力表 安全阀 拉断阀 软管 枪阀 加气枪 电脑控制器等 干燥器 主要包括除尘 脱硫 脱油 脱水 干燥等工序 可分为前置处理和后置处理两类形式 所谓前置处理就是在压缩前对天然气进行干燥和净化 目的是保护压缩机正常运行 原理 1 脱水 利用分子筛的表面活性微孔吸附天然气中的水分2 再生 利用低压高温的天然气 清除活性微孔中的水分子作用 利用塔内的分子筛有效吸附天然气中的水分 使天然气中的水分含量达到车用压缩天然气水含量的要求干燥器每小时记录巡检一次气液分离器每小时排污一次前后置过滤器每八小时排污一次 缓冲罐 缓冲罐置于压缩机前 利用其容积大的特点 对天然气压力起到缓冲作用 保证天然气平稳的进入压缩机 减轻进气脉冲对压缩机带来振动 同时也能过滤掉天然气中的杂质 进一步净化天然气 回收罐 主要是将每一级压缩后的天然气经冷却分离后 随冷凝油一起排出的一部分废气 压缩机停机后 滞留在系统中的天然气 各种气动阀门的回流气体等先回收起来 并通过一个调压减压阀 返回到压缩机入口 当罐中压力超过其上的安全阀压力时 将自动集中排放 同时凝结分离出来的重烃油也可定期从回收罐底部排出 按工作原理分类 压缩机 容积式 速度式 往复式 回转式 透平式 喷射式 活塞式 隔膜式 自由活塞 罗茨式 滑片式 螺杆式 回转活塞 离心式 轴流式 混流式 压缩机的分类 压缩机的分类 1 按冷却方式分为 风冷 水冷 混合冷2 按润滑方式分为 有油 无油 少油3 按排气压力分为 鼓风机 低压 中压 高压 超高压4 按排气量分为 微型 小型 中型 大型 往复式压缩机分类 按活塞的压缩动作可分为1 单作用压缩机 气体只在活塞的一侧进行压缩又称单动压缩机 2 双作用压缩机 气体在活塞的两侧均能进行压缩又称复动或多动压缩机 3 多缸单作用压缩机 利用活塞的一面进行压缩 而有多个气缸的压缩机 4 多缸双作用压缩机 利用活塞的两面进行压缩 而有多个气缸的压缩机 按结构形式分类可分为立式 卧式 角度式 对称平衡型和对制式等 一般立式用于中小型 卧式用于小型高压 角度式用于中小型 对称平衡型使用普遍 特别使用于大中型往复式压缩机 对制式主要用于超高压压缩机 国内往复式压缩机通用结构代号的含义如下 立式 Z 卧式 P 角度式 L S 星型 T V W X 对称平衡型 H M D 对制式 DZ 往复式压缩机分类 余隙容积及活塞式压缩机系统 1 余隙容积由于压缩机结构 制造 装配 运转等方面的需要 气缸中某些部位留有一定的空间或间隙 将这部分空间或间隙称为余隙容积 又称有害容称或叫存气 2 活塞式压缩机系统三个主要系统 运动机构 工作机构 机身三个辅助系统 润滑系统 冷却系统 调节系统3 压缩级数 以本公司的压缩机为准即四级压缩 压缩机初始压力 0 6MPa一级压缩0 6 2MPa二级压缩2 5MPa三级压缩5 10MPa四级压缩10 25MPa 往复式压缩机的工作原理 当活塞式压缩机的曲轴旋转时 通过连杆的传动 活塞便做往复运动 由气缸内壁 气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化 活塞式压缩机的活塞从气缸盖处开始运动时 气缸内的工作容积逐渐增大 这时 气体即沿着进气管 推开进气阀而进入气缸 直到工作容积变到最大时为止 进气阀关闭 活塞式压缩机的活塞反向运动时 气缸内工作容积缩小 气体压力升高 当气缸内压力达到并略高于排气压力时 排气阀打开 气体排出气缸 直到活塞运动到极限位置为止 排气阀关闭 当活塞式压缩机的活塞再次反向运动时 上述过程重复出现 总之 活塞式压缩机的曲轴旋转一周 活塞往复一次 气缸内相继实现进气 压缩 排气的过程 即完成一个工作循环 整个工作过程分吸气 压缩和排气三个过程 活塞式压缩机工作示意图 往复式压缩机原理 往复式压缩机原理 往复式压缩机原理 cmax 1 排气压力p2 进气压力p1 2 3 4 活塞行程 活塞速度 s 行程n 转速 pv示功图 进气压力p1 排气压力p2 c v 往复式压缩机工作过程 1 气缸 2 活塞 3 气缸 4 气阀 5 填料 6 活塞杆 7 十字头 8 连杆 9 曲轴 10 机身 11 滑道 12 挡油圈 13 中体 14 流量调节器 补助余隙容积 15 流量调节器 压 开进气阀 16 润滑油泵 17 注油器 返回 往复式压缩机的结构 往复式压缩机的结构 压缩机主要由机体 曲轴 连杆 活塞组 阀门 轴封 油泵 能量调节装置 油循环系统等部件组成 往复式压缩机主要由工作腔部分 机座部分及辅助系统 润滑 冷却 仪表控制 安全放空等 等三大部分组成 往复式压缩机的结构 机体 包括气缸体和曲轴箱两部分 一般采用高强度灰铸铁 HT20 40 铸成一个整体 它是支承气缸套 曲轴连杆机构及其它所有零部件重量并保证各零部件之间具有正确的相对位置的本体 气缸采用气缸套结构 安装在气缸体上的缸套座孔中 便于当气缸套磨损时维修或更换 机身外形图 往复式压缩机的结构 气缸 气缸是活塞式压缩机工作部件中的主要部分 根据压缩机不同的压力 排气量 气体性质等需要 应选用不同的材料与结构型式 基本要求是 应具有足够的强度与刚度 应具有良好的冷却 润滑及耐磨性 应尽可能地减少余隙容积和气体阻力 应有利于制造和便于检修 应符合系列化 通用化 标准化的 三化 要求 以便于互换 一般说来 工作压力低于60 105Pa的气缸用铸铁制造 工作压力在 60 200 105Pa的气缸用稀土球墨铸铁或铸钢 更高压力者用碳钢和合金钢锻造 与活塞外圆相配合的气缸 或缸套 的内壁表面称为工作表面 也称镜面 为增加气缸耐磨性和密封性 工作表面的加工要求较高 一般表面粗糙度Ra不大于0 4 m根据气缸的冷却方式 可分为风冷和水冷两种 风冷式气缸一般用于小型低压移动式压缩机 它的结构简单 重量轻 靠气缸外所铸环向或纵向散热片强化散热 大部分压缩机的气缸用水冷却 铸铁气缸可铸成有冷却水道的双层壁或三层壁结构 冷却水道包围着气缸工作容积 阀室及填料函 多层气缸冷却效果好 但铸造较困难 气阀在气缸上布置方式对气缸结构有很大影响 布置气阀的主要要求是 通道截面积大 余隙容积小 安装和修理方便 气阀在气缸盖上 其轴线与气缸轴线平行或成角度 称轴向或斜向布置 另一种是气阀配置在气缸体上 气阀轴线与气缸轴线相垂直 称径向布置 再一种是混合布置 常用于双作用气缸 盖侧气阀采用轴向配置 轴侧气阀采用径向或斜向布置 以减小余隙容积和气缸长度 气缸 往复式压缩机的结构 曲轴 曲轴是往复式压缩机的主要部件之一 传递着压缩机的全部功率 其主要作用是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动 曲轴在运动时 承受拉 压 剪切 弯曲和扭转的交变复合负载 工作条件恶劣 要求具有足够的强度和刚度 主轴颈与曲轴销足够的耐磨性 故曲轴一般采用40 45或50号优质碳素钢锻造 曲轴部件 结构特点 六列六拐 错角120 往复式压缩机的结构 连杆 连杆是曲轴与活塞间的连接件 它将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动 并把动力传递给活塞对气体做功 连杆包括连杆体 连杆小头衬套 连杆大头轴瓦和连杆螺栓 连杆体在工作时承受拉 压交变载荷 故一般用优质中碳钢锻造或用球墨铸铁 如QT40 10 铸造 杆身多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道 连杆 往复式压缩机的结构 十字头 十字头是连接活塞与连杆的零件 它具有导向作用 十字头与活塞杆的连接型式分为螺纹连接 联接器连接 法兰连接等 螺纹连接结构简单 易调节气缸中的止点间隙 但是调整时需转动活塞 且在十字头体上切削螺纹时 经多次拆装后极易磨损 不易保证精度要求 故这种结构常用于中 小型压缩机上 不在十字头体上切削螺纹 而采用两螺母夹持固定的结构 可用于大 中型压缩机 联接器和法兰连接结构 使用可靠 调整方便 使活塞杆与十字头容易对中 但结构复杂笨重 多用在大型压缩机上 十字头 往复式压缩机的结构 活塞组 活塞组是活塞 活塞销及活塞环的总称 活塞组在连杆带动下 在汽缸内作往复直线运动 从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积 以实现吸气 压缩 排气等过程 活塞 活塞可分为筒形和盘形两大类 活塞的材料一般为铝合金或铸铁活塞销 活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件 在工作时承受复杂的交变载荷 活塞环 活塞环包括气环和油环 汽环的主要作用是使活塞和气缸壁之间形成密封 防止被压缩气从活塞和气缸壁之间的间隙中泄漏 油环的作用是布油和刮去气缸壁上多余的润滑油 活塞环为一圆环 环周上有一处切口 切口形式菜直口 斜口与搭口 斜口斜度为45度 活塞环的材质常用灰铸铁或合金铸铁 活塞 活塞及活塞环 往复式压缩机的结构 填料函 填料函一般设置在双作用的气缸上 其主要目的是为了防止气缸内被压缩的气体从活塞杆方向泄漏至缸外 它是由多组密封填料组成的密封组合件 它的密封功能大多数是借助气缸内外压差力使用权填料产生自紧以及自身的结构特点得到 填料函的结构有平面型和锥形填料两种 平面填料函的结构形式有三瓣或六瓣组成 每组环的外圆上由拉抻弹簧抱紧 以使各瓣间或填料与活塞杆间有良好的接触 填料函 填料 往复式压缩机的结构 气阀 气阀是压缩机的心脏 属于易损件 它的质量及工作的好坏直接影响压缩机的输气量 功率损耗和运转的可靠性 气阀包括吸气阀和排气阀 活塞每上下往复运动一次 吸 排气阀各启闭一次 从而控制压缩机并使其完成吸气 压缩 排气等工作过程 气阀的结构气阀主要由阀座 阀片 弹簧 升程限制器和将它们组为一体的螺栓 螺母等组成 排气阀的结构与吸气阀基本相同 两者仅是阀座与升程限制器的位置互换 吸气阀升程限制器靠近气缸里侧 排气阀则是阀座靠近气缸里侧 环状阀因其阀片为薄圆环而得名阀座与升程限制器上都有环形或孔形通道 供气体通过 阀片与阀座上的密封口贴合形成密封 升程限制器上有导向凸台 对阀片升降起导向作用 气阀的要求 1 阻力损失小 气阀阻力损失大小与气流的阀隙速度及弹簧力大小有关 气速越高 能量损失越大 弹簧力过大 阻力损失也大 其大小按气阀运动规律的合理性准则设计确定 2 气阀关闭及时 迅速 关闭时不漏气 以提高机器的效率 延长使用期 3 寿命长 工作可靠 限制气阀寿命的主要因素是阀片及弹簧质量 一般对长期连续运转的压缩机 希望寿命达8000小时以上 对移动式 短期或间歇运转的压缩机 要求可稍低些 4 形成的余隙容积要小 5 噪声小 6 此外还要求气阀装配 安装 维修方便 加工容易等 气阀的材料阀座和升程限制器均受冲击载荷 阀座还承受阀两侧的气体压力差 要求材料耐冲击并有足够强度 阀座和升程限制器的材料可根据气体性质的不同和承受压力差的不同而选择相应的材料 阀片材料应具有强度高 韧性好 耐磨 耐腐蚀性能 气阀弹簧一般采用碳素弹簧钢 合金弹簧钢及不锈钢等材料 气阀片气阀阀盖 气阀座座 气阀组件 往复式压缩机的结构 润滑系统 润滑的作用润滑是压缩机中的重要问题之一 它不仅影响到压缩机的性能指标 而且对压缩机的寿命 可靠性 安全性也直接相关 润滑的作用如下 1 使摩擦表面 即轴与轴承 活塞环与气缸壁等运动部件接触面 被油膜分隔 形成液体摩擦或半干摩擦 从而降低压缩机的摩擦功 摩擦热和零件的磨损 提高压缩机的机械效率 增加压缩机的可靠性和耐久性 2 带走摩擦热 使摩擦表面温度不致过高 3 润滑油充满活塞与气缸的间隙和轴封的摩擦表面之间 增强了密封作用 4 带走磨屑 改善摩擦表面的工作情况 5 压缩机的润滑系统还向能量调节装置供油 往复式压缩机的结构 润滑系统 压缩机润滑系统工作原理主油泵从机体油池吸入润滑油 将润滑油泵入油冷器进行冷却 冷却后的润滑油进入油滤器进行过滤 过滤后的润滑油进入机体下部的主油管 被输送到主油管的油 首先进入主轴承座油道 润滑主轴瓦和曲轴主轴颈 其次进入曲轴油道 润滑连杆瓦和曲轴连杆轴颈 再进入连杆体油孔 润滑连杆小头衬套和十字头销 然后进入十字头销孔 润滑十字头两端衬套和十字头销 最后进入十字头油管 润滑十字头上下瓦和十字头滑道 各部位润滑后的润滑油均返回到机体油池 润滑方式及润滑系统压缩机的润滑方式可分为飞溅润滑和压力润滑两种类型 飞溅润滑是利用运动零件的机械作用 将润滑油送至需要的摩擦表面 半封闭压缩机就有很多的采用飞溅润滑 一方面在连杆大头下端装设甩油勺 将曲轴箱中的油甩向气缸镜面 润滑活塞与气缸壁之间的摩擦表面 另一方面 在电动机一端的轴上装有甩油盘 将油甩起并收集在电动机侧端盖的集油小室上 通过曲轴中的油道 润滑主轴承和连杆轴承 压力润滑就是设置小型润滑泵通过传动机件或电动机带动 从油池中将润滑油供送到润滑点 压缩机常见故障及处理 压缩机的保养与检修 PLC防爆控制箱 每台压缩站配置一套自动控制系统 其中安装控制单元的电子控制面板等电气部分设置在橇装箱体中的防爆箱内 顺序控制盘 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 PLC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 储气井 1 原理 利用天然气的可压缩性来储存CNG2 作用 A 调峰B 满足间隙式充装的需要 减少压缩机的频繁开机次数 从而减少设备的磨损3 分类 主要有瓶储式 罐储式 井储式 井储式目前在广泛应用中 公司储气井容积为9m 水容积分别为2m 3m 4m 每年做一次严密性实验3 6个月排积液一次注 储气井是加气站重大危险源易发生冒井 开裂 下陷 加气机 汽车用压缩天然气加气机是用于加气站贸易结算的终端设备 加气机生产厂家一般都选用科里奥利质量流量计作为计量核心部件 由于它内置温度传感器可以实现温度补偿 因此计量精度受温度 压力变化的影响很小 而且它直接测量的是介质的密度和质量 所以测量精度高 对于气体介质的测量精度一般都可以达到 0 5 为了提高加气机操控的可靠性 主要的阀件一般都直接进口 电气部分采用防爆结构以适应加气站的 爆炸性 环境 确保加气机安全可靠 加气机工作原理 压缩天然气经过输送管道进入加气机 依次流经气体过滤器 控制阀 单向阀 质量流量计 应急球阀 二位二通球阀 拉断阀 高压软管 枪阀 二位三通阀 加气枪 最后流入被充气汽车的气瓶 在这个过程中质量流量计测出流经加气机的气体的质量 并传送到加气机电脑控制部分 电脑经计算得出相应的体积 质量 金额并由加气机的显示屏显示给用户 从而完成一次加气过程 在这个过程中 电脑对控制阀的顺序控制直接影响到加气的速度 由于国内加气站一般有高 中 低三个储气瓶组 相应就有高 中 低三条管线接入加气机 合理地配置加气机三个瓶组的取气比例 不但可以加快加气速度 而且可以充分利用三个瓶组中的天然气 减少压缩机的频繁启动 节约电能并延长压缩机的使用寿命 为了安全起见 规定汽车车瓶压力一般不超过20Mpa 为了实现对最终车瓶压力的控制 在加气机内一般都设有压力传感器 电脑控制器通过压力传感器全程监控加气压力 并通过控制阀使车瓶最终压力准确达到20Mpa左右 一次加气计量过程图 加气机零部件功能简介 1 入口球阀 在加气机需要维护或检修时可方便切断气源2 过滤器 过滤杂质 有效保护各阀门密封件 提高使用寿命3 控制阀 是实现加气过程三压力自动切换的执行机构4 单向阀 防止三条进气管线串气 保证气体的流向5 质量流量计 不论外界环境怎样 气体的质量是一定的6 压力穿管器 加气过程中检测加气机出口压力 以保证加气安全7 应急球阀 当出现软管破裂三通枪阀失效时可迅速切断气源8 拉断阀 拉断力控制在400 600N之间 保