应广大读者和本刊编辑部之邀,特撰本文,希冀能够澄清某些模糊理念及技术问题,以有助于压缩机等天然气汽车加气站装备采购方之优选及制造方产品设计的改进。
一. 天然气汽车加气站成套装备基本要求
1. 对加气站成套装备的工艺性基本要求
a. 进气压力好在一点范围内变动的气源压力一致。
对常规站、母站装备而言,进气压力和进站天然气管线压力应相匹配,而不应过低,以免浪费能源。
对子站装备而言,进气压力则与转运长管半挂车的天然气气瓶组压力一致。
b. 排气压力为20Mpa-25 Mpa。
母站装备的排气压力,目前多为20 Mpa;常规站、子站装备的排气压力的25 Mpa。
c. 所供车用压缩天然气之品质(水份、润滑油含量等),应符合有关标准规定。
d. 所供车用压缩天然气的流量,符合加气站的实际需要,不宜严重过剩或不足。
e. 成套装备的配置模式,以模块化组合为佳,既便于加气站可能之增容,又方便了加气站不同发展阶段里装备的维护。
2.天然气净化系统装备
前置,中部或高压天然气除湿及滤油装备,应起到的作用是:避免进站天然气所含水份影响压缩机正常工作;所供车用压缩机天然气品质符合有关标准要求。
合格的车用压缩天然气,既保证了汽车燃气系统工作正常,又利于加气站装备和转运气瓶的安全运行,可杜绝关键工艺喉颈处的“冰堵”等故障。
3.天然气压缩系统装备
由压缩机及其驱动电动机和相关装备构成的天然气压缩机组,是天然气压缩系统的核心,还是天然气汽车加气站的关键的动装备。
天然气压缩系统装备的电力消耗,占据加气站总电耗九成以上的份额,压缩系统装备的购置费,约为加气站装备总购置费的四分之一左右。
天然气压缩系统装备在加气站如此至关紧要,对其基本要求又是哪些呢?
a确保压缩机和加气站的安全运行。
尽管天然气的物理化学性质并非“易燃易爆”,而是“能燃可爆”,其密度甚低、在大气中逸散很快,燃点高达650℃,在空气中的爆炸极限范围又很窄,为4.8%-13.46%(体积比),但是,务必防患于未然,应尽量减少加气站装备的天然气泄露量。
压缩机气缸处的活塞杆填料,是压缩机天然气外泄漏的主要部位,是加气站安全运行的隐患所在。故应严格控制该处的天然气泄漏量在允许的安全范围内。
b提高压缩机的机、电零部件的运行可靠性。
压缩机是加气站关键的动装备,又因其机、电零部件重量和数量众多,故而同时又成为加气站易产生故障的动装备。
提高压缩机的机、电零部件运行可靠性,避免非计划停车与检修,其重要性不言而喻。
c节电、减震与降噪。
压缩机是加气站装备里大耗电者,也是机械振动和气流压力脉动的主要源头,还是机械噪音、因冷却目的而产生的空气流动噪声的主要根源。
在确保安全运行和提高机、电零部件运行可靠性的前提下,应力求压缩机节电、减震于降噪。
d天然气压缩机组的运行压力与流量
(a) 天然气压缩机组的进气压力
常规站及母站用天然气压缩机组,其进气压力和进站天然气管线压力应相匹配。尽量各站的进站天然气管线压力有所不同,甚至有时相差悬殊,但是压缩机组的进气压力必须依据本站的管线压力确定。若压缩机组的时间进气压力低于进站天然气管线压力太多,必将造成很大的能量损失。此类教训惨痛,决不可重蹈覆辙。
子站用天然气压缩机组,其进气压力则在一个变化幅度很大的范围内递减,大体是由20Mpa降为2.0Mpa(也有由20Mpa降为5.0Mpa的)。和常规站及母站用压缩机组不同,子站用压缩机组的进气压力状况皆雷同,而不是千差万别的。究其原委却十分简单,子站用压缩机组的气源,无一不是来自转运长管半挂车的天然气气瓶组。
(b) 天然气压缩机组的排气压力
常规站及子站用天然气压缩机组,其排气压力皆为25Mpa,且其排出的高压天然气都输至本站的站用天然气储气瓶组(或储气井),再由售气机向汽车内置的车用天然气气瓶(或气瓶组)注气。
母站用天然气压缩机组,目前通行的额定排气压力为20Mpa,所排出的高压天然气悉数注入转运长管半挂车的天然气气瓶组,以供子站作气源用。
(c) 天然气压缩机组的流量
常规站、母站及子站用天然气压缩机组的流量,皆由加气站的总流量和配置的压缩机组数量所确定。制造方应按照和加气站业主、专业设计院共同商定的流量等参数供应天然气压缩机组。
4.天然气储存系统装备
a.务必确保站用储气瓶组安全工作
储气瓶组(储气井)是加气站内工作压力高的关键静装备,是加气站的天然气储存系统的主体,他们所储存的天然气压力都高达25Mpa。
确保站用储气瓶安全工作,意义重大。
b.“高压”、“中压”、“低压”三组气瓶
为了实现向汽车快速加气这一个现实且有必要解决的问题,储气瓶租被人为地划分为“高压气瓶组”、“中压气瓶组”、“低压气瓶组”,并由顺序控制盘来控制其工作顺序。这里的高、中、低压气瓶组的初始工作压力都是25Mpa高压,只是在向汽车加气过程中,气瓶组的实际压力有所降低而成为“中压”、“低压”状态。此时的“中压”、“低压”也只是相对于25Mpa的高压力而言罢了,其瓶中的实际压力并不低。处于“中亚”、“低压”组的各储气瓶,也将适时被增压到25Mpa,转入新一轮工作循环。
c.气瓶类型的选择
笔者以为,综合分析各种因素,站用储气瓶以单只大水容积者更为经济、合理。他们皆可在站内露天放置,不像多多只小水容积气瓶组成的气瓶组需置于阴凉、通风的专用建筑物内。那样既增大了加气站宝贵的站区面积,又多花土建费用,在定期对气瓶安全检查时还多花销人力、财力。多多只小水容积气瓶之间的更多个连接接头,还是造成天然气泄漏的安全隐患。如果定期安检时不采用无损声发射技术,而是对小水容积气瓶实施水压试验,则瓶中残留水份更是可怕的“冰堵”祸根。
5.天然气售气系统装备
无疑,该系统的核心是售气机。计量正确。力求精准,是对售气机的基本要求。售气机配单加气抢还是双加气枪,售气机设置几台,以及对汽车加气的位置按岛式还是站式处理,皆应由加气站业主和专业设计院尽早更加估算的进站加气汽车在单位时间内的台数来合理明确。针对加气车辆拖拽加气枪这种可能发生的事故,自动切断加气枪气源的机件务应保持动作可靠。对汽车加气完成后,回收加气枪的余气,其实很有必要,应落实到每一次加气作业之中。其环保和节能意义,自不待言。
6.自动控制系统装备
对天然气汽车加气站而言,知道控制系统不可或缺。而关乎安全性的重要控制项目的缺失或设定量值不当,或传感器件失灵,或伺服机构故障,其后果当然严重。
加气站内(尤其是压缩机组处)环境空气中天然气浓度超标,压缩机各级其他压力、温度超标等,这些重要的控制项目的报警及联动处理动作,皆需确保有效、无误。
自控元器件、程序软件和电脑的品质自当严格保证。
二.关于加气站用CNG压缩机
在确认加气站的天然气压缩系统装备,应安全运行、应提高零部件的运行可靠性、应节电、减震与降噪这些前提下,对CNG压缩机作深一步的探究,这对于任何优选压缩机,甚有裨益。
1. 压缩机的流量、压强单位机器换算
压缩机的流量这一泛指名词的金一步明确化,就分解成压缩机的容积流量和压缩机的供气量,此二名词。
a. 压缩机的容积流量释义
压缩机飞容积流量,是指在额定排气压力下压缩机在单位时间内排出的其他容积值;该值在排气端测得并折算到