CNG加气站工艺流程和主要设备解析

i录

1.天然气及其应用

1.1天然气的物理特性

1.2天然气的重要用途

2.天然气汽车及其燃料系统

2.1天然气汽车及其分类

2.2天然气汽车的燃料系统

3.天然气加气站

3.1天然气加气站的分类

3.2天然气加气站的功能

4.橇装式CNG加气站

4.1加气站的工艺流程

4.2加气站的重要技术指标

4.3加气站的系统构成和工作原理

4.4加气站的重要子系统和基本配备

4.5加气站的操作程序

4.6加气站设备的平常维护

5.运营安全是加气站工作的核心

5.1严格按规范施工和操作，加气站就应当是安全的。

5.2采用科学态度，对的结识并熟悉天然气的物理特性。

5.3纯熟掌握设备的工作原理和操作技能。

5.4严格按照规范和程序进行设备操作和维护保养。

6.加气站工作人员的素质规定和基本职责

6.1素质规定

6.2基本职责

7.加气站的运营管理规范

7.1消防规范

7.2岗位责任制规范

7.3交接班制度

7.4安全生产规范

7.5设备定期维护保养规范

8.加气站常用故障的诊断和排除

8.1脱水干燥器

8.2压缩机润滑系统

8.3压缩机进排气系统

8.4压缩站安全放散系统

8.5压缩站控制系统

8.6售气系统

8.6其他

附录：

1.CNG加气站常用专业英语词汇表

2.常用公英制单位换算表

CNG汽车加气站系统

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刖S

本技术培训教材根据国内目前迅猛发展的天然气汽车产业和世界先

进的加气站技术，结合我司近年从事该项业务所积累的丰富的实践

经验编写而成，重要针对CNG加气站工作人员，特别是在进口橇装

式加气站工作的人员。

1.天然气及其应用

1.1天然气的物理特性

天然气是产生于油气田的一种可燃气体。其重要组分是甲烷，大概占

80〜99%,另一方面还具有乙烷、内烷、息丁烷、总戊烷、以及二氧

化碳、一氧化碳、硫化氢、总硫和水分等。由于天然气的构成绝大部

分为甲烷，因而其特性可用甲烷特性来表达。相对分子质量16.063,

是无色无臭的可燃气体。在101.325kPa绝压下沸点一161.52C,原则

状态下，气体甲烷（抱负气体）对干空气的相对密度为0.5539,密度

0.6785kg/m3o

1.2天然气的重要用途

天然气和煤、石油（及其副产品）等物质同样，都是重要的的工业原

料和燃料，其重要用途有如下诸方面。

①电厂、热能、供暖、空调等工业公司的重要燃料；

②餐饮业和民用的重要燃料；

③化工工业的重要原料，可合成或提炼甲醇等多种工业原料和半成

品；

④作为符合环保规定的机动车辆的干净燃料，汽、柴油的抱负替代物,

这是近年来国内外迅速发展起来的一项新技术。目前临时用于汽车，

但随着液化天然气技术的进一步发展，必将用于轮船、火车甚至飞机

±c

2.天然气汽车及其燃料系统

2.1国内为什么要发展天然气汽车

⑴天然气作为汽车燃料可明显减小大气污染，改善环境。

在所有的清洁燃料中，天然气以其应用技术成熟、安全可靠、经济可

行，而被世界许多国家和专家视为目前最合适的汽车替代燃料。

汽车使用天然气作为动力燃料，与汽油相比，其尾气排放中不含铅和

基本不含硫化物，一氧化碳减少97%,碳氢化合物减少72%,氮氧化

物减少30%,二氧化硫减少90%,苯、铅粉尘减少100%,噪音减少

40%o因此，推广使用天然气燃料，对减少大气污染、改善环境将会

起到积极的推动作用。

⑵天然气汽车产业对国家能源构造的调节起到巨大的支持作用。

发展天然气汽车产业既是保护环境的需要，也是调节国内能源构造、

缓和石油成品局限性的重要战略措施。此后国内石油产量虽会增长,

但是远远满足不了国民经济的需求。然而国内在天然气的勘探和开采

方面却获得了引人注目的进展。陆上现已基本形成四川、陕甘宁、青

海和新疆四个大气田。以陕甘宁气田为例，已探明储量达2300亿立

方米，尚有5000亿立方米以上的储量有待勘探查明。这些都为天然

气汽车的发展提供了充足的资源保证。因此大力推广和使用天然气汽

车将对国内将来的燃料构造产生重大影响。

⑶汽车使用天然气作为燃料可明显提高经济效益

①节省大量燃油：一辆中型车如果改烧天然气，一年可以节省汽油

8T0吨，如果有10万辆汽车改用天然气做燃料，一年就可节省汽油

80-100万吨。

②节省燃料费用：天然气作为汽车燃料，每立方米天然气约相称于

1.1升汽油，而1立方米天然气的价格只有一升汽油的l/3-2/3o

③减少维修费用：使用天然气可延长发动机各部件的寿命，减少维修

保养次数，年平均减少维修成本50%以上。

2.2天然气汽车燃料

（DCNG（压缩天然气）

甲烷的临界温度（TC）为一82.5C,因而在高于一82.5C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，即

CNGo目前，国际上通行的车用储气瓶的压力都是20Mpa。

（2）LPG（液化石油气）

LPG是丙烷和丁烷，或者丙烷、丙烯、和丁烷、丁烯为主的烧类混合

物。在原则状态下，可在低于1.6Mpa的压力下液化，因而，储装容器

的压力级别低、重量轻、便于多种方式的储运。使用时降压便可气化,

十分以便。

油气田天然气解决工厂生产的不含烯嫌的LPG,即工业用液化气，燃

烧性能介于甲烷和汽、柴油之间，仍属比较好的；而石油炼制厂生产

的含烯煌LPG,燃烧性能相应差些。因此，烯烧（特别是丁二烯）含

量高的LPG并不是抱负的车用燃料。

（3）LNG（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在低温条件下，容器和管路只能

用不锈钢、铜、或铝合金等低温材料制作。呈液态的天然气储存在专

用的容器中作为燃料，其密度是原则状态式天然气密度的625倍：绝

热容器的承压为0.05〜0.5Mpa。LNG的分子量和H/C均与CNG相

似，只是LNG通过深冷前的预解决，几乎除尽了天然气中的所有杂

质，使LNG成为天然气汽车燃料中质量最佳的燃料。

为了便于学员们掌握天然气的的性质，我们将以上三种燃料与汽油

和柴油的性质作了比较，请详见表lo

表

1:车

用燃料的性能LNGCNGLPG汽油柴油

比较

参数、燃料

状态液态气态液态液态液态

储存压力

0-1.120-250.8-1.100

(MPa)

储存温度(℃)-160--120常温常温常温常温

密度(kg/L)0.42-0.460.16-0.20.50-0.530.72-0.750.85

热值(MJ/L)22..9-23.78.5-10.825-5632.6-34.835.7-37.6

爆炸极限(％)5-155-152.4-9.51.0-7.60.5-4.1

着火点(℃)650650466427260

点火能（KJ）0.290.290.270.240.24

2.3汽车用天然气的质量规定

为了保证天然气压缩系统的生产安全，提高汽车发动机中天然气的

燃烧性能，必须对天然气进行净化，尽量的除去其中的有害杂质，因

此各国都对汽车用天然气的质量提出了严珞规定。

根据国内行业原则SY/T7546-1996《汽车用天然气》可知

⑴硫化氢含量：^20mg/m3

⑵总硫含量：W270mg/m3

⑶二氧化碳含量：＜3%

⑷水含量:用露点表达，必须低于最高操作压力下最低环境温度5℃。

2.4天然气汽车及其分类

⑴广义的天然气汽车，涉及分别以CNG、LPG、LNG为燃料的汽车；

⑵两用燃料汽车，是指既可烧气油也可烧天然气的汽车，也就是说,

这种汽车有两个燃料供应系统，有天然气的时候用天然气作燃料,

没有天然气时仍可烧汽油；

⑶双燃料汽车，是指两种燃料同步燃烧的汽车。目前特指柴油车改为

天然气汽车时，发动机工作时必须用柴油引燃天然气，即先将柴油

压缩到点火温度时，再喷入天然气燃烧做工，其中柴油大概占燃料

的15〜20%；

⑷单燃料天然气汽车，即该汽车只有一套燃料系统，其发动机只能

用天然气或LPG作燃料，不能再烧汽油或柴油。

2.6CNG汽车和汽油车的比较优势

⑴可减少空气污染，使有害气体大幅度减少。CO排放量是汽油的1/5,

HC排放量是汽油的1/5,并且无铅排放，没有苯和芳香煌等致癌物

质，改善了司乘人员的工作环境。经权威机构测试，新车改装CO减

少了63〜72%,HC减少了14〜18%NO减少了23机旧车改装，CO减

O/98%,NO减少了25%,在汽车满负荷状况下，效果更明显。

⑵天然气净化解决原则高，避免了汽车许多故障。净化解决重要进行

“三脱”，即脱去天然气中的水分，使水分含量W15〜8mg/m3,以避

免CNG在减压膨胀降温过程中，使供气系统导致冰堵；脱去天然气中

的重燃，使乙烷及重煌含量达到W3%,以避免发动机点火燃烧不正

常；脱去天然气中的硫化氢等酸性气体，使其分压W0.35Mpa(或W

20mg/m3),以避免对设备管线的腐蚀，同步规定CNG中的甲烷含量

达到90%以上，以利于提高汽车燃烧效率。

⑶天然气汽车比汽油车更安全。与汽油相比，压缩天然气自身就是比

较安全的燃料•，这表目前：

①燃点高，天然气燃点在650℃以上，比汽油燃点427℃高出223℃,

因此与汽油相比不易点燃。

②密度低，与空气的相对密度为0.58-0.62,泄漏气体不久在空气

中散发，很难形成遇火燃烧的浓度。

③爆炸极限范畴宽，仅为5〜15%,在自然环境中形成这一条件十分

困难，比汽油的爆炸极限1〜6%高出1.7〜5倍，即在同样条件下天

然气比汽油更不易爆炸。

④释放过程是一种强吸热过程，当压缩天然气沉着器或管路中泄漏

时，泄孔周边会迅速形成一种低温区，甚至结冰，使天然气燃烧困

难。

⑤天然气在压缩、储存、输送、减压、燃烧时都在严格密闭的状况下

进行，所有核心零件的生产、安装、调试等都严格地遵守国家颁布的

技术原则。

⑷天然气辛烷值高，抗爆性能好，使发动机热效率高，噪音小。减小

了机件的冲击力和磨损速度，延长了汽车和引擎的工作寿命。由于天

然气易于和空气混合，因而发动机容易启动，夏天油路系统不易产

气愤阻，高温行驶不易发生油路故障。因此CNG是一种优质汽车燃

料。

⑸天然气价格低，既可减少燃油成本，又可调节能源构造，缓和燃

油供需矛盾，

3.天然气加气站

3.1天然气加气站的分类

①按加气规模可分为常规加气站和母、子加气站

②按营业场合与否固定可分为固定式加气站和移动式加气站

③按天然气的来源可分为加气母站和子站

④按燃料类别可分为CNG（压缩天然气）、LNG（液化天然气）、LPG

（液化石油气）加气站以及L-CNG（液化-压缩天然气）加气站

⑤按供气对象可分为汽车加气站和居民社区加气站

⑥按设备的集成度可分为分散布局式（厂房式）和橇装式加气站

3.2天然气加气站的重要供气对象

①汽车加气站，重要为CNG或LNG汽车供气，其中涉及常规加气站和

加气子站；

②汽车加气母站，重要为子站拖车加气；

③居民社区加气站，重要通过拖车为社区供气输配站供气；

④工业用加气站，重要通过拖车为没有输气管道的工业公司供气。

固然也也许将多种供气对象合二而一，提高供气规模和经济效益C

4.橇装式CNG加气站

所谓橇装式构造，是指将加气站重要设备，如净化、压缩、冷却、控

制、储气等都尽量的集成在一种称为橇装的底座上，形成一种可闭环

控制的整体设备，可在工厂内完毕所有制造调试工作，便于运送和露

天安装，大大减少了现场安装调试工作量，只要通上电，接通气路就

可工作。进口加气站基本都是这种构造形式。

4.1加气站的工艺流程

国1天然气加气站工艺流程

CM；

和低FK精绢

气

CNG压CNG（：N（；

中东瓶组

播

机

CiM；

pT*T""7一|Ai，K板绢

加气机

图2常规加气子站工艺流程

LNG低温泉

•和彳

L、（；槽车LNC低温泉

LNC加气机

堆压器

图3橇装式LNG加气站工艺流程

4.3加气站的系统构成和工作原理

⑴CNG常规加气站

一般由六个子系统构成：

①调压计量系统；

②天然气净化干燥系统；

③天然气压缩系统

④压缩天然气的储存系统；

⑤压缩站的控制系统；

⑥压缩天然气的售气系统；

这六个子系统，对于不同地区，不同环境条件的顾客来说，其设备配

备也许大不同样，有少，有多，有简朴，也有比较复杂的，但作为一

种完整的加气站却是缺一小可的。

⑵母、子加气站的系统构成

母站和常规站的系统构成基本同样。只是其供气量大得多（压缩机排

气量和站用储气瓶的储气量都比较大），售气系统除了售气机以外还

需配备1~2台大流量加气柱，为子站拖车加气。

子站和常规站相比，由于没有管网输气，因此就不需要调压计量系统

和净化干燥系统，但须此外配备1〜2台子站拖车，以便从母站拉气。

⑶加气站的系统工作原理

图1是一种典型的橇装式CNG汽车加气站系统工作原理图，从图中

可以清晰地看出，系统的重要工艺流程、控制系统与各子系统之间的

关系及其工作原理。

4.4加气站的重要子系统及其基本配备

（1）调压计量系统

调压计量系统重要作用是，使从输气管道来的天然气的压力保持稳

定，并满足压缩机对入口压力的规定。同步对输入加气站的气量进行

计量。其重要设备为过滤器、调压器、流量计、压力表、旁通阀，以

及主阀门等。

(2)净化干燥系统

净化干燥系统，重要涉及除尘、脱硫、脱油、脱水、干燥等工序，可

分为前置解决和后置解决两类形式。严格讲，压缩系统中每级压缩前

后的冷凝除油过程也可归于净化系统。

所谓前置解决，即在压缩前对天然气的干燥和净化，目的是保护压

缩机的正常运营；而所谓后置解决，即在压缩后对压缩天然气的净化

和干燥，其目的是保证所售气质的纯净，不仅保证在发动机中燃烧

良好，不会对发动机产生任何危害，同步也可避免也许浮现的对售

气系统的损害。

这两种净化干燥解决方式，既可同步应用，也可只采用其中一种。

从目前国内外实际应用来看，基本上都采用一种，并且近年来前置

解决的方式逐渐成为一种趋势，这样可保护加气站的核心设备一压

缩机不会受到腐蚀和损坏。

(3)压缩系统

这是CNG加气站的核心部分，重要涉及：①进气缓冲和废气回收罐；

②压缩机组；③压缩机润滑系统;④压缩机和压缩天然气的冷却系统;

⑤除油净化系统；⑥控制系统等六大部分。其中控制部分比较复杂,

我们将把它作为一种单独的子系统，预以讲述。

a.进气缓冲和废气回收罐

进气缓冲罐，严格讲应涉及压缩机每一级进气缓冲，其目的是减小

压缩机工作时的气流压力脉动以及由此引起的机组的振动。

废气回收罐，重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；多种气动阀门的回流气体等先回收起来，并通过一种调压减压阀,

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。同步凝结分离出来的重燃油也可定期从回收罐底部排出。

事实上有的厂商在保证使压力脉动足够小的前提下，取消了缓冲耀,

或以进气分离罐替代缓冲罐的作用，尚有的将进气缓冲罐和废气回

收罐合二为一，具有双重作用。

b.压缩机组

压缩机组涉及压缩机和驱动机。压缩机是压缩系统，也是整个加气站

的心脏。不同厂商生产的压缩机构造形式都不同样。用于天然气的压

缩机压比较大，基本上都是活塞往复式压缩机。其构造形式有卧式对

称平衡式，有立式，有角度式（V型、双V型、w型、倒T型等）c国

内生产的压缩机重要有V型和L型两种类型。

压缩机组的驱动机有两类，一是电机，用的最多，最以便；二是天然

气发动机，重要用于偏远缺电地区，或气田附近，可减少加气站的

运营成本。

c.压缩机润滑系统

压缩机润滑系统，涉及曲轴、气缸、活塞杆、连杆轴套，以及十字头

等处的润滑。该系统由预润滑泵、循环泵、分派器、油压表、油温表、

传感器、油冷却器、油管、过滤器、油箱（曲轴箱）、废油收集器等

部件构成。

其中气缸润滑方式可分为有油润滑，无油润滑和少油润滑三种。

d.压缩机和压缩天然气冷却系统

压缩机和压缩天然气冷却系统可以分为水冷、风冷两大类。水冷又分

为开式循环和闭式循环两种。风冷也可分为两种，一种是气缸带有散

热翅片的，多用于构造紧凑的角度式，另一种是气缸不带散热翅片

的，用于构造分散的对称平衡式。

开式循环的水冷却方式由于规定建有专门的冷却水池，属于落后技

术，国内尚有厂家采用。而此外三种方式的应用更为合理，技术也比

较成

(4)压缩天然气的储存系统

压缩天然气的储存方式目前有四种形式，一是每个气瓶容积在500L

以上的大气瓶组，每站3—6个，在国外应用得最多；二是每个气瓶

容积在40—80L的小气瓶组，每站在40—200个，国内外，特别国内

基本上是这种形式；三是单个高压容器，容积在2M3以上，国内现仅

有一种生产厂应用；四是，气井存储；每井可存气500NM3,这是国

内石油行业的发明，在四川等地应用诸多。

⑸控制系统

完整的加气站控制系统对于加气站的正常运营非常重要。一种自动化

限度高，功能完善的控制系统可以极大地提高加气站的工作效率，

保证加气站安全、可靠地运营。

加气站的基本控制系统可分为六个部分：

电源控制；

压缩机组运营控制；

储气控制（含优先顺序控制）；

净化干燥控制；

系统安全控制；

售气控制（含顺序加气控制和自动收款系统）；

6.售气系统

售气系统涉及高压管路、阀门、加气枪、计量、计价以及控制部分。

最简朴的售气系统，除了高压管路外，仅有一种非常简易的加气枪

和一种手动阀门。先进的售气系统，不仅由微机控制，还具有优先顺

序加气控制、环境温度补偿、过压保护，软管断裂保护等功能。有的

还增长了自动收款系统和计算机经营管理系统等。

4.7复习题

①试述CNG加气站的工艺流程。

②加气站的重要技术指标均有哪些？

③试述CNG加气站的系统构成和设备配备。

④母子站和常规站的工作原理及设备配备有哪些不同？

附录：

1.CNG加气站常用专业英语词汇表

BlowoutDisc安全爆破片

Compressednaturalgas压缩天然气

CNGforvehicle汽车用压缩天然气

CNGfuelingstation压缩天然气加气站

CNGstoragesystem压缩天然气储气系统

CNGcompressorstation压缩站

Compressorcapability压缩机容量

CompressorPackage压缩机组

Captiverecoverytank回收罐

COMP(Compressor)压缩机

CYL(Cylinder)气缸

CheckValve单向阀

CylinderLubrication气缸润滑

DoubleactingReciprocatingCompressor水平对称双作用压

缩机

Dischargepressure排气压力

DCH(Dischargepressure)出口、排气压力

DischargeTemperature排气温度

Displacement（理论）排量、行程容积

Dispenser售气机

Drycr(Forwatervaporremoval)干燥器（脱水装置）

Dehydrator脱水装置

Dischargedryer后置干燥器

Duplextower-manualRegeneration双塔手动再生（干燥器）

ESD(EmergencyShutDown)紧急停机

Explosion-proofEnclosure防爆箱体

ElectronicTemperatureCompensation电子温度补偿

Hosebreakaway软管脱断装置

InletPressure进气压力

Lowbank低压罐

LubeOilFilter润滑油过滤器

Naturalgasvehicle天然气汽车

NPT—LH（GB/T12716-91）60。圆锥管螺纹一左旋

NoFlowShutdown(switch)不流动停止阀

NFPA52有关压缩天然汽气车燃料系统（美国原则）

Midbank中压罐

MCDS(MicronComputerDispenserSystem)微机控制售气机

系