CNG加气站概述技术及操作

CNG加气站设备系统工作原理及技术

CNG汽车站装备五大系统，了解加气站装备各系统的作用和关键

技术所在，对优化加气站的设计建设，控制初始投资、降低运行成本和

维修成本、安全、高效地管理加气站具有重要的意义。

典型的CNG加气站的工艺流程简图，从图中我们可以大至了解到

加气站工艺流程。

CNG加气站的工艺流程图

1、脱硫设备2、调压器（含进气过滤气）3、前处理设备4、进

气缓冲罐5、压缩机6、后处理设备（备选择容器）7、顺序控制盘8、

储气罐9、售气机

注；前处理或后处理设备点选择。

CNG加气站成套设备系统流程图

加气站共有五大系统;

天然气净化和干燥（含调压控制即；调压门站））

天然气压缩

天然气储存（储气罐）

控制（自动保护、停机及顺序、充气等）

CNG售气（即加气机）

CNG要合理的而经济的建站，首先我们要了解加气站装备的各个系

统的作用及其关键技术的所在，下面我们分别讲述五个系统装备的作用

及基本技术要点。

天然气的净化和干燥（含调压控制）系统：

1.车用天然气技术要求、

从地下开采的天然气由于含有水、烯燃、硫化氢的杂质，是不能直

接用于汽车燃料的。美国协会NFPA关于压缩天然气CNG规定。

CNG气质要求如下：

HS和可溶牲硫化物分压WO.00035Mpa

水蒸气W16mg/m3

C02分压W0.048Mpa

02W0.5%（体积面分比）

［注］:当进入气瓶的气体的露点低于最高储存压力下的最低储存温度

时，上述条件不适用。

根据我国石油天然气行业标准”汽车用压缩天然气》（SY/7546T996）,

满足CNG汽车用天然气的技术要求，见于表；

项目质量指标试验方法《

高位发热量（MJ/卜产）231.4CB/T11062

硫化氢（H2S）含量（MG/M）W20GB/T11060.1

总硫（以硫计）含量（MG/M）<270GB/T11060.1

二氧化碳(C02)含量(V/V)W3.0SY/T7506

低于最高操作压力下最

水露点SY/T7507

低环境温度5℃

车用天然气的主要净化措施

由于CNG从高压气瓶到发动机的过程中要经过几次减压，减压过程

中会出现局部低温，因而对于作为汽车燃料的天然气需要比管道天然气

更严格的气质标准，以避免天然气的高压、低温或腐蚀造成水和烧类的

聚集，使材料失效或管道堵塞而影响正常工作。这就要求对进入加气站

的天然气在压缩前和压缩机后进行净化和干燥处理。这一过程可以概括

为“三脱”：即脱硫、脱烧、脱水。

1)脱硫、当天然气中含有的硫化氢过量时，会严重腐蚀高压气瓶。

因为通常情况下，在高压气瓶的底部总是积存有一定量的水，如果CNG

中硫化氢含量超过20mg/nA硫化氢与金属铁发生氧化一还原反应，其

反应方程式为：

H2S+fe->H2+feS

上述反应的发生，不仅使设备被腐烂，而反应会产生的氢气不能从金属

中逸出，就会造成金属开裂，也就是所谓的氢脆现象。所以天然气中的

硫化氢一定要严格加以控制。天然气必须先脱硫，即脱除其中的硫化氢

H2s等酸性气体，使其分压W0.35Mpa以防止设备管线腐蚀和钢质气

瓶

发生“氢脆现象”。

脱硫分为化学法和物理法：

化学法原来是利用Fe3O4与H2s之间的不可逆的化学反应，即

FeO.Fe2O3+4H2S=)FeS,FeS+4H2O

所需设备为加湿器、脱硫塔、脱硫剂。

物理法：采用多孔吸附剂，其优点是可进行再生、循环使用。

化学法应用广泛、无法再生使用，生成物将会污染环境、后续处理不便;

物理法技术；较新颖、可再生、循环使用。

2）脱煌；

通常表示天然气中可凝结垃含量大小是用燃露点，既在一定压力

下、天然气析出第一批液烧时的温度、单位为。C。当天然气中含有一定

量的C3的重燃时、在充气站对天然气进行压缩过程中、由于压力变化

较大,就会导致燃露点升高，使得这些C3的重燃在天然气中凝结成液

体。由于这些液体不能被及时汽化，在储气瓶中越积越多，会降低储

气瓶的有效体积。为此、在天然气压缩前，应除去重烧，既脱去天然

气中有高压下易液化气的重烧，使乙烷及重烷含量＜3%,以防止发动

机点火燃烧不正常,不过只要在天然气压缩前所用管网气的净化较为

彻底，充气站

一般不考虑除去这些液体燃。

3）脱水

天然气中含有水分，对天然气的燃烧尤其是用作车用燃料十分有

害。根据国际公认的管道输气标准，在0℃,0.IMpa压力下，天然气的

湿度为112Vppm,相当于水露点为42.78℃,但是如果将管网气加压到

25Mpa（也既是CNG压力），水露点上升为1L67C。事实上，在管网气

中，天然气的湿度比112Vppm要高，也就是说水露点远大于11.67℃,

在20~30℃。此时如果直接用管网压缩后作为车用燃料，就将存在三个

方面的危害；

（1）生成水合物，造成管道、储气瓶嘴、充气嘴等的堵塞；

在一定的温度与压力下，如果天然气中含水处于过饱和时Z当体系

温度小于一临界温度时（天然气水化合物的临界生成温度），液态的水

就会与天然气分子生成一种固体物质一一天然气水化合物。在CNG压

缩时的压力25Mpa下，形成天然气水合物的温度为18.88℃。那么当水

露点越大时，就会产生更多的液态水，因而会生成更多的天然气水合物。

如果管网气真正能将湿度控制在112Vppm,应该说不会生成水合物。但

是实际中天然气的湿度远大于112Vppm,水露点在20c〜30C,在压缩

过程中很容易生成天然气水的。天然气水的是一种象冰一样的固体，它

在管线、钢瓶表面沉积，不仅降低了有效容积，阻碍了天然气的流动，

严重时会堵塞气嘴。

（2）加速天然气中酸性气体对金属设备的腐蚀。

在天然气中，总是含有少量的酸性气体，如硫化氢、二氧化碳等，

这些气体在水中会电离质子的存在会腐蚀金属设备，严重时还会造成金

属开裂。

（3）当环境温度时，会出现结冰。

由于实际管网气的水露点在20℃~30℃,也既是说，在充气站对天

然气进行压缩的过程中，由于压力升高至25Mpa,就会有液态水析出，

如果环境低于0℃（例如北方冬季）时，这些液态的水凝结成冰、造成

管道、储气嘴、充气嘴等的堵塞。

因此，天然气中的含水量必须严格控制，以防止这些危害的发生。

其方法就是对天然气进行脱水。CNG加气站一般采用的分子筛吸附法脱

水。

3.13吸附干燥的基本原理和过程

吸附作用一般分为化学吸附和物理吸附。压缩气体吸附剂干燥过程

属于物理吸附。当压缩气体与多孔的固体吸附剂相接触时，吸附质（被

去除的物质碰到固体吸附剂的表面后被吸附，气体进入吸附塔后。吸附

质被吸附剂吸收。在吸附过程中在吸附塔中存在一个有效区，通过有效

吸附区的压缩气体中的吸附质完全被吸附，其后的吸附剂不再起吸附作

用（吸附状态见图）不断的通入气体。当吸附剂的吸附容量达到饱和时，

不再具有吸附作用，此时原有的吸附剂区就不能完全吸附质了，在有效

吸附区后部的吸附剂开始产生作用开始吸附质、此刻的有效吸附区比原

有的有效吸附区后退了一步（吸附状态2国），这个持续吸附变化就好

象是有效吸附区在向后不断的移动。当有效吸附区移动至吸附塔的出口

时，此时不再有新的吸附剂投入吸附♦（吸附状态3图），如果继续使用

就会致使出口气体吸附质含量上升（露点上升、H2S含量下降），因此，

必须对吸附剂进行再生，吸附剂的吸附容量与吸附时的温度有极大的关

系，吸附温度升高时吸附容量降低，反之吸附容量提高，加热再生法利

用吸附剂的这一特性进行了压缩气体再生，吸附剂再生温度越高吸附剂

的再生越完全，残余的吸附质含量越少，有利于增大下次干燥吸附时吸

附容量，但温度过高会使吸附剂性能下降。在实际操作过程中一般使用

的再生温度为；硅胶150、200℃;活性氧化铝250'300℃;分子筛

300~350℃,但对于天然气从安全性考虑，故将再生温度控制在

210"230℃o

有效吸附区

末使用吸附区

无效吸附区

效吸状态1效吸状态2效吸状态3

有效吸附区变化示意图

3.1.4天然气双塔脱水流程

天然气脱水流程可分单塔和双塔两类，单塔脱水容量较小，只能用

于每天充气少于10辆车的家用站等埸合。对CNG加气站一般采用双塔

式干燥器脱水。一塔脱水时，另一塔再生，循环脱水、再生，保证脱水

连续进行。见双塔脱水图，是压缩天然气站双塔式中压脱水流程，按脱

水装置在CNG加气站工艺流程中的位置可分为低压，中压和高压脱水

三种，见图。这三种方式都能从一定程度上达到CNG的脱水要求。但

各有优缺点。

表三种脱水塔方式的比较（对CNG而言）

序号项目低压脱水中压脱水高压脱水

设备复杂程度、较高、

低、简单复杂

1工艺难度较复杂

设备外形尺寸大大（约为中压的8小（约为中

2小倍）（约为高压的中中压的

（占地面积）15倍）50^60%

分体（现场安装整体撬装

设备组合形式整体撬装

3工作量大）（小型）

4设备压力等级低压中压高压

5脱水量10.1050.03

6脱水效果可达低于-65℃低于-65c低于-65℃

7干燥剂用量比高压约多9倍效少少

8可操作性容易比高压容易效难

A.三类容器

A..二类压力容

B高温高压

器

A.一类压力容器阀件

制造工艺B.阀件相对有

9B.低压阀件C密封件尚

难易程度定型产品

C.配件容易解决无定型产品

C.配件易解决D制造难度

I）.制造要稍低相对较大

约为中压的约为中压

10一次投资费用1.0

1.5倍的2.0倍

11操作费用高中低

12维修费用低较低高

用于再生的产

1306%2%

品气比率

能耗（电热炉高（为高压稍高（高压

小

14功率）KW的2.0倍）的2.5倍）

15

（注：上表所列数据基准为：压缩机入口压力为0.3Mpa,25Mpa压力下

CNG的水露点相同，干燥剂为分子筛。）

由表中可以看出，低、中、高压脱水各有优缺点，高压脱水法若能

在配件、阀件质量和气分离装置的设计、制造等方面解决好相关的技术

工艺质量，是比较好的脱水方案，从CNG加气站的工艺设计而言，也

是比较理想的工艺流通程方案。（国外大多是采用高压干燥器。鉴于目

前国内配套工艺水平，中压脱水方案的综合性能和效果也是比较理想。

中压脱水，干燥器设置在压缩机一级进口前，一般脱水压力控制在

4.（）Mpa左右。此时投资费用和维修费用较低，过程相对简单，设备压力

等级不高。

3.1.5油水分离

经过压缩后的天然气因压力升高和在冷却器中降温后发生水和燃

类的凝结，加之在压缩过程中润滑油也会混入天然气，囚此应设置油气

分离器对压缩天然气进行脱油处理。

经过液气分离的压缩天然气可能仍未达到CNG汽车使用的气质要

求，所以在其后还要设置过滤器，干燥器和后过滤器，进一步对CNG

进行净化和干燥。

天然气进行净化和干燥后方可对加气站的储气瓶充气储存、直接售

气或给CNG汽车瓶充气。

除了直接售气（CNG不进入加气的储气瓶而直接进入售气机给汽车

充气）之外，为了保证从储气瓶中进入售气机的CNG质量，防止因为

气瓶原因产生的气质下降和因此而可能对售气机造成的损害，在储气瓶

与售气机之间也应设置精密过滤器对CNG进行过滤。除此以外，净化

和干燥系统必须在压缩机进气管线设置进气滤网以防止管道天然气中

颗粒粗大的杂质进入压缩机进气管线。

天然气净化和干燥系统的基本配置如下图所示：

进气滤网-|分离/过滤器-|液气分离器一

3.1.6天然气回收系统

从图中可以发现，加气站中还有一个重要的系统一一天然气回收系

统。它最主要的作用是用于压缩机的卸载启动；压缩机停机后需要再启

动。必须将排气管线中的高压天然气放到这一系统中，使压缩机卸载启

动，从而保证机组的正常操作，以免烧毁主电机：另外，还可以回收各

级安全阀泄放的天然气，压缩机中泄漏的天然气以及前、后分离器收集

的天然气，干燥中再生的天然气等。这一系统是加气站中必不可少的设

备，对于保护加气站的工作环境、节约能源、保障机组正常运行都具有

重要意义。

另外，在天然气进入压缩机前，有些厂家设计的加气站中，还要对

进气管线的天然气进行调压控制，以便压缩机进气压力保持在某一范围

内，保持压缩机的正常工作。所以，广义地讲，净化和干燥系统应是干

燥器在工艺流程中不可缺少的位置。中压脱水，根据具体工艺流程来考

虑设计。

从系统配置上讲，上述配置是为了确保在压缩天然气、气质标准设

计的。但考虑到管线天然气质量的高低不同，及压缩机种类的不同，以

及加气站的经济性要求等等多种因素，也有一些加气站将液气分离器和

干燥器作为可选择设备。但其原则是保证加气站售出气体达到质量标

准，同时尽可能减少建站设施，降低建站成本和运行成本。

中压脱不，即在压缩机I-

一级进气口,压力4.OMpa

压缩机

油气分离器

储气罐

储气瓶或售气机

3.2天然气压缩系统

经过净化和干燥处理后的天然气即可进入压缩系统进行压缩

压缩系统包括下部分：

(1)进气缓冲罐(有的机组以进气分离器代替缓冲罐)：

(2)压缩机主机：

(3)润滑系统：

(4)冷却系统:

3.2.1进气缓冲罐

根据设计方案的不同，所采取的措施有所差异，但其相同目的是减

轻天然气的进气压力脉动给机组带来的振动，以免对机组零部件造成损

害。由于压力脉动主要与管道的设计有关，其脉动大小因为不同的机组

和管道而有很大差别，有的在保证使压力脉动足够小的前提下取消了缓

冲罐，而以进气分离器兼缓冲作用来消除一部分压力脉动。

3.2.2压缩机

压缩机主机是整个加气站的心脏，压缩机性能的好坏直接影响到整

个加气站运行的可靠性和经济性。

CNG加气站用的压缩机排气压力高、排气量小，一般采用往复式活

塞压缩机，若采用其他类型压缩机，一是难以达到加气站所要求的高压：

二是即使达到排气压力要求，也必将造成机组庞大，造价昂贵。

CNG加气站用压缩机的生产厂家很多，技术成熟。从结构形式上看

CNG压缩机有立式、对称平衡式(卧式)、角度式：又可分为L型、7

型、双V型、S型等。

从气缸润滑方式看，主要有有油润滑和无汕润滑两种。

从冷却方式看，即有气缸水冷的，也有气缸上设置散热翅片进行风

冷的。

加气站用压缩机的排气压力一般设计25Mpa。也有的稍高一些，达

到27.8Mpa,进气压力范围很广，最小可为0.035Mpa,最大可达9Mpa。

其排气量可根据不同加气站规模进行选择。小的如家用CNG站排气量

可低至16m到h大的快充站排气量可达2000m3/h。但应用最广的是排气

量适中的压缩机，比如200~300m3/ho一般加气站设计为两台压缩机，

采用一开一备方式。

压缩机的排气温度经过冷却后一般要求在40℃以下。

早期的CNG加气站用压缩机大多是从空气压缩机改进的。只是在密

封结构等方面作了一些改进，所以进气压力较低，加上进气管线无法长

期承受高压力的天然气。必须先降压。这样，除了由于降压系统本身的

成本及相应的安装工作引起的投资增加外，压缩机的总压力比增大，也

会增加能量消耗。现在大多数厂家都研制出了专门用于CNG加气站用的

压缩机，其进气压力一般约在13.7Kpa〜3.4Mpa范围内，最高可达

9.0Mpao大多数情况在0.4Mpa以下。对于目前来讲我们国家的标准母

站都采用3.4Mpao

目前最主要的问题是：针对所处地区的天然气压力选择合适的压缩

机，对于管线压力波动较大的情况。则在压缩机进气前设置一个压力调

节装置，使其进气压力保持在某一范围内。

压缩机的排气压力一般取25Mpa,这是目前最为合适的加气站。而

加气站技术的发展趋势表明以25Mpa较为经济、可靠和安全。

3.2.3润滑系统

对加气站来说，压缩机的另一个重要技术性能指标是其气缸润滑方

式。目前主要分两大类，即有油润滑和无油润滑。

压缩机是一种作高速旋转运动和往复直线运动的机器，在运动部件

之间必须进行良好的润滑才能保证机器的正常运行，以减少磨损延长使

用寿命。压缩机润滑系统包括曲轴主轴承的润滑、曲轴连杆间的润滑、

十字头的润滑、活塞与气缸之间的润滑等。

所谓压缩机的有油润滑方式的划分，是指气缸与活塞间润滑，因为

只有这部分润滑油才能被带入压缩介质里（如天然气）这样就给后面工

序分离器带来一点负担。为了保证介质的洁净，还设计成无油润滑压缩

机。

CNG压缩机一般均采用强制润滑方式。使用润滑油泵将集油池中的

润滑油强制输送到各润滑点，润滑油经循环油路进行过滤、冷却后返回

集油池（有时是以曲轴箱代替），如此循环往复。

强制润滑一般在各润滑点设置，可以保证润滑的可靠性。

天然气压缩机润滑油的性能要求比空气压缩机润滑油高，这是因为

天然气更容易与润滑油混合，以致将润滑油稀释，另外天然气中所含的

少量杂质会加快润滑油的变质，所以要求天然气压缩机润滑油具有更好

的性能：

a）适当粘度及优良的粘温性能和低凝点特性：

b）良好的抗氧化能力及分散能力：

c）较强的油膜粘附性以及防锈抗腐性能力。

对有油润滑的压缩机而言，在其排出的压缩气体中必然会携带一些

润滑油油雾，从而导致以下问题：

消耗价格昂贵的压缩机润滑油：

对油路系统进行监控和加油维护，费时费力：

气体中的油雾还会污染干燥剂，使之降低效率甚至失效：

在汽车燃料供气系统中的机油可能使调压阀发生胶结：

使发动机可能出现提前点火，影响发动机性能和寿命：

压缩机冷却、分离出的油水混合物，将按含油废水进行处理。

所以，对有油润滑的压缩机必须设置油气分离器。

发展这一技术的主要难点在于活塞环材料的选择，保证活塞与气缸

之间的自润滑性能和低磨损率是其中最为关键的因素。而且一般来说为

了延长活塞环的使用寿命在保证其圆周方向上的磨损是均匀的，这就要

求无油润滑压缩机尽量采用立式结构，但立式结构，的压缩机在惯性力

和力矩的平衡性能方面又比其他结构形式的压缩机要差。如果这两方面

的技术有所突破，CNG加气站用压缩机将向采用无油润滑迈进一大步。

3.2.4冷却系统

冷却系统的作用是为了保障天然气在最终排气压力下的温度不超

过设计要求。冷却系统分为两部分：一部分为压缩气体的冷却：一部分

为润滑油的冷却。

对压缩气体的冷却一般有两种方式，即水冷和风冷。水冷的主要特

点是冷却效果好，适用于较大热负荷和高压比的压缩机。但气缸要增加

水套，结构复杂，而且在缺水干旱的地方不适宜。一般用于直立式和对

称平衡式压缩机（即卧式）。

风冷压缩机的气缸一般设置有散热翅片，排出的高温气体进入冷却

器的散热管束后，风扇吹风进行冷却。比起水冷方式来讲，风冷压缩机

的每级压比不能太高，因为过高的压比将导致排气温度过高，可能会造

成冷却效果不好的后果。

润滑油的冷却是保证润滑系统正常工作的必要措施，也可以象压缩

气体的冷却一样采用风冷或水冷。CNG压缩机的润滑油冷却器一般与天

然气的冷却器设计成整体式的，这样可以使机组结构紧凑、美观。

冷却系统是压缩机的常规系统，技术发展比较成熟，对CNG压缩机

而言，这一系统不是技术上的难点。无论是风冷还是水冷，从技术性能

角度来讲，通过良好的设计均能达到CNG加气站所要求的供气温度条件。

3.2.5其他

压缩系统中还包括其它一些如排气调节阀，进气卸荷控制阀、安全

阀、泄漏气体回收或放空装置等辅助部分，有的和加气站的性能相互联

系：有的对机组起保护控制作用。

在压缩机驱动机的选择上，遵循经济有效的原则。一般来说，大多

采用电动机驱动。但对于天然气资源特别丰富的一些地区，也可以将电

力驱动改为天然气发动机驱动。

3.3天然气存储系统

从压缩系统排出的压缩天然气经过进一步净化和干燥处理后，就可

以直接供给天然气汽车使用。但是，如果采用直接方式售气的话，必将

导致压缩机的频繁启动和停机，严重影响机组使用寿命：同时，可能使

得充气时间过长，效率不高。因此，在加气站中应配置储气瓶组。压缩

机工作时，首先向储气瓶组充气，当储气瓶组中的压力达到设定的最高

压力后，压缩机自动停机：此时，若有汽车充气，则按顺序充气程序，

首先使用的是储气瓶组中的压缩天然气：当储气瓶组中的天然气压力降

到设定的最低压力时，压缩机会自动开机，向储气瓶组再次充气。

加气站储气瓶组的设计储存压力表和压缩机排气压力表相同，为

25Mpa。总的储气容积依加气站的不同规模和标准而不同，各个加气站

设计容积也有差别。但其原则是保证加气站的高效和建站的经济性。

储气瓶组是加气站压力容器组件，分为立放式和卧放式两种，是专

门为CNG加气站而设计的。

作为CNG储存系统，气瓶组有单组式和多组式之分。单组式为容积

较大的气瓶，如500L、1000L、1750L、的大型压力容器，钢瓶数量有三

罐、六罐、九罐组合。多组式气瓶组为了容积较小的气瓶，如45L、50L、

80L、（水容积）等，气瓶数量为80〜200只。

关于单组式和多组式的使用对比简述如下：

c

1）地面储存一般为单组式气罐，（有三罐、六罐、九罐之分，根据

加气站大小而定）适用于任何地面安装，气瓶制造按照ASME标准。气

瓶壁厚比多组式的小气瓶壁厚39%左右。每个气瓶之间连接接头和阀门

比多瓶式少（如三罐组则三个接头，气罐数少，接头少，输气直径大，

结构紧凑，有良好的受冲击和抗震能力。气瓶上设有排水孔，每只气罐

的容积大，如三罐组合的3000L（水容积）单组式气罐，一般可相当于

每只46L（水容积）的气瓶60只，没有定期检查和试验的强检要求。

多组式

单组式

2）多组式气瓶组按加气站设计充气量的大小，一般由80〜200只小

气瓶组成。无论采用立式或卧式瓶组装置，都必须用管线将钢瓶联结一

个单独的储气装置，而每一个气瓶都要装截断阀。困而，气瓶组的组装

接头多于单组式（相比而言，增加了管道泄漏的潜在可能性）。输气管

直径较小（相比于单组式，充气时流动阻力较大），气瓶定期检查和试

验周期的标准要求为5年。

3）以上两种CNG的储存系统相比而言，各有利弊。单瓶组一次性投

入大，但维修费用低：多瓶组初期一次投入费用小，但使用维修费用高。

如何确定选用CNG的储存系统形式，还得依据加气站的具体酌情选择。

加气站储气系统可分为两类一一大批储存和分级储存。两种储存方

式之间的差异是向汽车充装压缩天然气的方式不同。

大批储存可采用一个大型储气罐或一些较小的储气瓶（用管道连接

起来）。加气时，所有气瓶中的压力下降速度相同。这种储气方式下气

罐的高压气体利用率为20%,这样导致加气时间逐渐延长。

分级储存是为了提高气体利用率设计的，采用高、中、低三组储气瓶组，

由顺序控制盘进行充气和售气的自动控制，储存气体的利用率提到

3.4控制系统

作为加气站的五大组成系统之一，在工艺流程图上看不到加气站的

控制。

但控制系统对于加气站的正常运行是非常重要的，它使加气站中的

其余四个组成部分之间得到有机的联系，形成一个自动化程度高、功能

完善的整体。

控制系统就好象人的大脑，负责加气站各部分之间的协调运行，指

挥着各部分的正常运行。没有设计完善、性能良好的控制系统，再先进

的压缩系统、储气系统和售气系统和售气机也会”有劲使不上”，从而导

致整个加气站性能的降低甚至瘫痪。

控制系统涉及面较广。从功能方面划分，我们可以将其概括为4个

部分:

电源控制：

压缩机运行控制：

储气控制（优先/顺序系统）：

售气控制。

3.4.1电源控制

我们以驱动机为电动机的加气站来进行说明。这是因为加气站压缩

机功率大多为132KW左右（母站电机功率为315KW）,实际应用中的

加气站采用电动机作为驱动机的占绝大多数，只有少数加气站的驱动机

为天然气。同时加气站中的控制盘，售气机等系统均要在有电源供给的

条件下工作。

电源控制包括电源的分区供电，主电机的启动系统主电机和辅助电

器的保护系统。通过对电源的控制。将直接完成对下述各个系统的自动

控制。关于防爆措施的考虑。由于工作介质为天然气，且压缩机的工作

压力为25Mpa,按国家标准GBJ58-83和SYJ25-87（等效参照国际电工

委IEC和API标准）所规定，根据各地所建加气站环境条件、设计具体

情况，采用相应的防爆措施，电机及电气配套设施作相应的选择和考虑。

3.4.2压缩机运行控制

设置有自动启动、自动停机、故障点自动停机和紧急关机等控制项

目。主要由压力、温度传感器，电子启动装置、微电脑控制装置及相应

的自动阀门组成，达到状态控制功能和故障控制功能的目的。

a.自动启动控制

当加气站储气瓶组的压力下降到设定的最低储气压力时，压缩机将

自动启动、运行。

b.自动停机控制

当加气储气瓶组的充气压力均达到最高设定储气压力时，压缩机将

自动停止运行。

C.手动控制

在其他情况下，需要时使用各自的手动按钮也可以完成压缩机的启

动或停机控制。

d.故障停机控制

这是对压缩机的一种保护性控制。当发生下列情况之一时，为了保

护压缩机不受严重损害，将会自动停机。

I传动机构润滑油压力过低，油位过低：

II进气压力过低或过高：

nn冷却水温度过高：

IV任何一级的排气温度过高：

v产生强烈振动（压缩机）：

vi天然气外泄浓度过高（适用于有罩房的机组）

VII紧急情况。

对压缩机的启动或控制是通过电源的接通或断开，压缩机进、排气

管线上各种阀件的能通断等一系列控制过程的共同作用完成的。所以启

动或停机控制又直接表现为对这些阀件的控制，及电源的通断控制。

阀件的控制可以分为电磁阀控制、气动阀控制及手动阀控制三种。

前两种用于自动控制，一般也可以进行手动控制：手动控制主要应用于

紧急情况或停机检修时的控制。

3.4.3储气控制（优先/顺序系统）

通过优先/顺序控制装置实行对加气站的储气。该系统为机械自动

程控装置。采用高精度的多级顺序阀组成对储气瓶组的程序控制充气，

其主要技术参数如下：

a.工作压力（Mpa）25

b.顺序阀调节压力（Mpa）25

c.调节阀调节压力（Mpa）20

d.试验压力（Mpa）40

e.工作流量（CNG）（m3/h）600〜800

注：调节阀调节压力一般设定为该装置的充气工艺流程：

储气瓶组通常设计成具有三种不同设定气压力的三级储气瓶组，分

别称为高端组、中端组、低端组，每组有一个或若干个储气瓶（根据所

设计的容积及单个气瓶容积而定），其储气容积比一般为1:2:3。

压缩机启动工作，达到一定压力后，按顺序阀对每一级（端）储气

瓶加气首先对高端气瓶组充气，达到设定压力（22Mpa）后，停止对高

端组充气；自动切换到中端组充气，达到中端组设定最高压力（22Mpa）

后停止对中端组充气；切换到低端组充气；低端组达到设定压力（22Mpa）

后，对三端组同时充气的方法使得每一组气缸内的气都能得到冷却，从

而使气缸能达到可能的最高压力。对气瓶组的充气完成，压缩机自动停

机。此加气顺序称为加气优先。

当加气站为汽车进行加气时，储气瓶组中的气体压力会降低。加气

时先用低压组气瓶的CNG,其次是中压组，最后是高压组。高、中、低

压三组气瓶均设定了最低压力（20Mpa）,气瓶中的压力降到设定的最低

值时（20Mpa）,压缩机不经过分级燃料贮气瓶，而直接给车辆充气（慢

充）。加气完成后，压缩机将自动对储气瓶组进行充气补偿，直到达到

各自的最高设定压力时停机。按优先顺序给分级CNG贮气瓶补充气源，

仍为高压组一中压组的气动控制阀共同完成。

3.4.4售气控制

售气控制主要包含在售气机系统内，自动化程度更高，由程序控制

盘完成，程序控制盘是一种计算机系统,

软件由四个部分组成，即；①系统自检程序；②单价设置程序；③

开放、关闭、电磁阀及流量检测计量、计价；④显示输入程序。

售气机与储气瓶组之间通过程序控制盘进行连接、控制、操作者只

需取下加气枪接入汽车上的加气点，全部计量过程均由电子售气机自动

完成。这一系统一般通过与加气站的储气相连，与压缩机组设备按标准

规定有一定的距离。

控制系统还可以对整个加气站可能出现的故障进行自我诊断和显

示，并对紧急情况作声光报警。使加气站向着全自动化的方向发展，从

而降低运行费用，进一步提高加气站运行的可靠性。

3.5CNG售气系统

大多数的天然气加气站属于零售性质（经营型）、快充站尤其如此。

所以售出的CNG在付款之前必须进行计量。售气系统由售气机和输气管

路系统组成。

售气机气路系统负责完成对售气过程的顺序控制和售气结束后自

动关闭电磁阀。

售气系统中最为重要的部件是质量流量计。质量流量计中目前发展

较快和应用较广的是一种被称为科里奥利式质量流量计，它是通过测量

科里奥利力的变化来反映质量流量大小的。所谓科里利力是指，处于匀

角速度转动参照系中的运动体，对在转动参照系中的观察者看来，该物

体除了要附加惯性离心力的作用外，还要附加另外一种惯性力的作用才

能利用牛顿第二定律来描述物体的运动状态。

气体入口阀口架

■a

7

5二

4

H

I

M

I

气体由天然气输气站f进入本站经旋转球阀f减压阀f过滤器

f流量阀f进储气罐f去脱水塔

阀门架在正常的操作情况下要注意一些事项，阀门的灵活性、压力

表所调整的压力是否符合我们生产工艺的技术要求。检查管路上的各个

接口是否有泄露。

DT-3500F低压天然气深度脱水装置

使用说明书

双塔外置电炉脱水装置工艺流程图图-

一、用途

该产品利用分子筛的高效吸附特性，深度脱除天然气中水份，并清

除部分CO2、H2s等杂质，适用于CNG充气站天然气深度脱水要求。

二、结构

本装置由分子筛脱水塔、换热器、分离器、循环风机和加热电炉等

部件组成，设备分干燥吸咐系统和闭式循环再生系统两大部分，安全阀

作为再生系统的保护装置。

二、

1、操作简单，维修方便，使用安全可靠；

2、单塔吸咐量大，脱水深度低；

3、采用外置电炉，闭式循环再生工艺，再生能耗低；

4、风冷换热器，换热效率高，安装方便；

5、分子筛不受压缩机油污染，使用寿命长。

四、^^呈

1、吸咐流程

原料气一吸附塔一过滤器一干燥气体至压缩机。

2、再生流程

循环风机f电炉一吸咐塔一换热器一分离器

3、冷吹

即加热完毕后，再将吸附塔吹冷至常温。

五、使用(见图1)

1、设备启动前的准备及操作注意事项

(1)设备启用或长期停用后再使用时，应用天然气逐渐置换出

装置内的空气；

(2)严禁用天然气通过设备吹扫脱水装置后面的管道；

(3)再生过程中冷却风机启动后应当每半小时放一次分离中的水，

装有排水阀的设备可自动排水。冬季北方地区再生加热时应接通电加热

-H4-

TJTo

2、吸咐操作

(1)用塔1吸咐：关闭阀2、4、5、6、7、8,逐渐开启阀1、3,湿气

经塔1吸咐后经过滤器出撬装进天然气压缩机。

(2)当吸附塔1的成品气水露点通过在线露点仪检查超标后就该用

塔2吸咐：关闭阀1、2、3、4、6、8,逐渐开启阀5、7,湿气经塔2吸咐后

经过滤器出撬装进天然气压缩机。

(3)两组干燥塔的作用：当一组进行吸咐操作时，另一组进行再生，

两组塔交替工作。

3、再生操作

(1)再生塔1

关闭阀1、2、3、4、6、8,将阀10打开，逐渐开启阀2,将塔1内的

天然气放出至常压后关闭排污阀10,然后再全开启阀2、4,启动循环风

机，当风机运转后，再接通电炉(风机与口炉的启动是互锁的)，用阀

9控制风机出口的风量，来控制电炉出口温度。即阀9开的大循环风机出

口进入塔内的天然气越少，电炉出口表T-2温度就越高，反之，电炉出

口表T-2温度就越低，表T-2温度应控制在250℃-280c之间。表T-3上限

设在37c自动开启冷却风机，北方冬季再生时，换热器的出口下限温度

控制在15C左右，15C自动关闭冷却风机，使冷却后的水不至于在换热

器和管路内结冰。当温度达到表T-1设置的上至点230℃时”,控制柜自动

关闭电炉电源，循环风机和冷却风机继续运转进行强制冷却，当温度降

至表T-1设置的70℃时，控制柜自动关闭循环风机和冷却风机，停止冷吹，

关闭阀2、4,让塔自然冷却至40℃以下，即可投入吸咐。为防止操作失

误，排污阀10在不再生时，应常开。通常情况下，由于吸附的时间较长，

当表T-2温度降到150℃可手动关闭循环风机，然后自然冷却到常温

(2)再生塔2

关闭阀2、4、5、6、7、8,并逐渐开启阀6,将塔2内的天然气放出

至常压后，又开启阀6、8,其余操作程序均与再生塔1相同。

4、系统内其它装置说明

系统内安全展A—1是防止再生系统超压而设置的，设置压力为

0.03-0.04Mpac

5、设备安装

本设备安装无特殊要求，设备管线进出口方位见图2。

六、基础参数

1、型号DT—3500F/4.0

2、设计压力4.0MPa

3、工作压力W3.8MPa

4、处理能力3500Nm3/h(3.5Mpa)

5、工作环境温度—30〜50℃

6、设计温度345C

7、再生加热温度210〜230℃

8、成品气常压露点W-60℃

9、原料气含水量W500PPmv

10、过滤器出口带精密过滤器

11、设备压降<0.01MPa

12、吸附剂分子筛

13、单塔吸附量210万方

14、再生时间W8小时

15、再生方式外置电炉，闭式循环再生

16、冷却方式风冷

17、干燥塔数2台

18、防爆等级dIIBT4

19、防护等级IP64

20、电源要求380V±7%

电炉23Kw罗茨风机4.OKw

21、电功率

冷却风机0.5K\v电加热带0.5Kw

22、控制方式专用控制柜，手动切换，自动再生

23、设备噪声W70分贝

24、防冻措施电热带、保温加热

25^固定方式撬装船形底座无需固定

26、设备重量4000kg

27、外形尺寸2000X1600X2700

七、电源及安装要求

1、接线及安装

电气接线见“脱水装置电气与控制原理图”(图3)。根据防爆要求，

现场不设开关。装置上所有电气设备，均由设在配电室(非防爆区)的

脱水撬专用配电控制屏供电。

将电缆接入随机电控柜，电控柜与脱水装置用电缆和信号线分别相

连。

其它电器接点必须牢固可靠，以防产生火花，装置必须可靠接地，电

缆敷设必须符合防爆要求。

2、控制屏的操作

再生过程中配电控制屏具体操作如下：

(1)首次使用时须检查电压的高低，工作电压最好不超过407伏，

高于此电压电炉容易烧坏。再检查安装接线和配电屏的接地线，确保无

误后，方可通电。

(2)用兆欧表检查电炉的对地绝缘，绝缘应在3兆欧以上。

(3)全开旁通阀9,按QAi按纽，启动循环风机检查循环风机的转动

方向是否与护罩上的箭头指示方向相同。

(4)在循环风机开启的状态下，按QA3按纽，短暂的启动电炉，长

不超过1分钟，通过可控柜上的电流表检查三相电流是否一致，如果相

差较大，就说明有一组电炉有问题，应该检查。

(5)按QA;按纽，启动冷却风机，检查冷却风机的转动方向是否与

指示方向一致。

(6)在循环风机和电炉都关闭的状态下，调动温度表T・3的上点与

动点接触，检查冷却风机是否能自动启动，再调动下点与动点接触，检

查冷却风机是否能自动停止。若都不能自动起停，应该分别检查接线和

电控柜。

(7)在循环风机启动状态下，关闭电炉的空气开关，按QA;按纽，

启动电炉，此后调动T-1温度表的上点与动点接触，检查电炉是否能自

动停止，否则，检查表的接线和电控柜。

3、须注意的几点

(1)在电炉加热过程中，可根据需要手动按TA3停止电炉加热，

控

制电炉温升；

(2)装置在设计中不允许在不启动循环风机时启动电炉。

八、故障判断

1、控制柜上的电流表可以用来判断用电器的使用情况，即当电流表

显示不正常时，说明电炉或风机出现故障，应及时停车检修；

2、循环风机启动不起来，可能是再生工艺管道内有不畅通的因素；

九、设备保养

1、经常保持设备的清洁卫生，发现有松动的螺栓要及时紧固；

2、设备在使用两年后应检查分子筛的状况，发现分子筛粉化或油污

染时应及时更换以免影响脱水效果；

3、循环风机的保养见《风机使用说明书》。

机械部分使用说明书

D-1.55/34-250型天然气压缩机

第一章压缩机

注意：压缩机属大型往复运转设备，由于输送的介质属于易燃易爆

气体，不正确的操作与维护皆有可能引起机械事故和人生安全事故，请

务必详细阅读和理解本说明书以下内容。

对于因对本说明书不同理解而造成的损失，本公司不承担赔偿责任。

1结构说明

1.1概述

D-1.55/34-250型天然气压缩机按照JB/T10298-2001《汽车加气站

用天然气压缩机》规范设计制造的全撬装两列对称平衡式活塞CNG压缩

机。水冷，少油润滑，两级压缩，最终排气压力为25.MPa。中压（3.4MPa）

的天然气进入压缩机，经压缩增压送入储气系统供天然气汽车加气。

压缩机主要由机身、曲轴、连杆、活塞、气缸及冷却器组成。一级

气缸为双作用。二级气缸采用盖侧单作用，隔爆型异步电机通过刚性联

轴器与曲轴相连，活塞通过活塞杆、十字头、连杆与曲轴曲拐相连。当

电动机带动曲轴回转时，活塞在气缸中作往复直线运动，实现对气体压

缩。

压缩机工作时，将来自管网系统3.4MPa（表压）的天然气经吸气阀

进入各级气缸，经排气阀排出后进入冷却器，气体压力升至25Mpa（表

压），经分离器分离后去储气系统。

压缩机设有安全保护装置和控制测量仪表，现场电仪设备均为隔爆

型或本质安全型仪表。

1.2压缩机主要技术规范Maintechnicalspecificationofthe

compressor

a.容积流量1.55m3/min（吸入状态）

b.吸入压力3.4MPaG

c.排气压力25.MPaG

d.吸入温度W25℃

e.活塞行程120mm

f.一级气缸直径130mm

g.二级气缸直径1C5mm

i.轴功率3C0kw

j.压缩机转速740rpm

k.冷却水耗量25m3/h

1.总重量14000Kg

m.旋转方向逆时针

n.电动机功率315kw

o.电动机转速740rpm

1.3机构简述

1.3.1机身

整体箱式带十字头滑道结构，两端设有两个滑动轴承座支撑曲轴，

机身十字头滑道两端部设有安装刮油器的法兰。

机身前部设有油位温度计，以观察油池内储油量和温度，并配有放

油丝堵以排出废旧润滑油。

机身前后有装卸孔，方便装卸十字头、十字头销、连杆，拧紧连杆

螺栓，装卸孔用盖板盖严。

机身用8个螺钉固定在机架上，机架靠地脚螺栓固定在基础上。

1.3.2曲轴

曲轴的两曲拐按180°分布，两端主轴颈作为支撑点，并用机身上的

盖板固定曲轴的轴向移动，飞轮（联轴器）安装在曲轴的右端以传递动

力。传递方式采用刚性联轴器驱动。

曲轴主轴承、连杆大头轴承、小头轴承和十字头滑道均采用压力油

润滑，从曲轴端部油孔注入压力油润滑。为了防止机油沿曲轴外流，两

端轴承座设有回油孔。

主齿轮油泵于曲轴的左端，用销轴传动。

1.3.3连杆

连杆由连杆体及连杆盖组成，连杆大头有巴氏合金的对开轴承，用

连螺栓及螺母固定在连杆体上，连杆小头内压入青铜轴套，内有润滑油

槽，润滑油通过十字头销油孔流入油槽中，润滑连杆小头轴套和十字头

销。

注意：连杆大头螺栓事关设备安全，务必采用千分表检测紧固后连

杆螺栓的伸长量，该值为0.22〜0.25mm,或扳手扭力矩350Nm。开口销

使用一次后应更换，严禁重复使用。

1.3.4十字头

十字头采用球墨铸铁铸成，滑动摩擦面喷焊巴氏合金耐磨层，圆柱

形十字头销与十字头体配合后，在两端装上挡圈止退。十字头与活塞杆

用螺纹连接。

十字头体与机身导轨的润滑则由齿轮油泵通过曲轴、连杆体上的汕

孔供给润滑油。同时润滑连杆小头轴套。

注意：连杆小头衬套与十字头销装配后径向间隙为0.060~0.130mm,

装配推荐控制值0.08~0.010mm,装配时请注意检测该间隙值。

1.3.5活塞

一级活塞由活塞杆、活塞体、活塞环及锁紧螺母等件组成，活塞采

用铸铁和锻钢材质，减轻往复质量，二级活塞则采用与活塞杆一体的整

体结构。

活塞环和支承环采用优质碳纤维增强聚四氟乙稀（CFRP）塑料环。

活塞杆端部通过螺纹与十字头连接，用锁紧螺母调整气缸止点间隙。

注意：一级活塞组装后，应将活塞螺母翻边止退，确保安全，活塞

环装入活塞体后，相邻活塞环缺口应互相错开角度，同时保证合适的

间隙，以保证活塞环的密封性能。

1.3.6气缸Cylinder

各级气缸由气缸体及气缸盖组成，缸体内镶有特殊材料的耐磨缸

套，借助螺栓将气缸与机身连接。气缸壁四周是冷却水，水腔将吸气阀

和排气阀的气道隔开，使气缸得到冷却。气缸轴侧和盖侧分别径向布置

吸气阀和排气阀。

气缸体采用优质碳素钢制造，并设置干式耐磨合金铸铁缸套，气缸

套过度磨损后可更换。

注意：气缸是压缩机的核心，是组成压缩容积的关键部件，活塞装

入气缸后应检查在缸内的止点间隙。

1.3.7填料和刮油器

填料装在气缸端部，填料采用水冷结构，填料密封环为优质碳纤维

增强聚四氟乙稀（CFRP）塑料环，阻流环为有良好润滑铜合金材质。

刮油器装在机身十字头滑道处。刮油器的作用是防止润滑油沿活塞

杆带入气缸，同时阻止填料泄漏的气体进入机身内，污染润滑油。

1.3.8气阀

气阀采用网状气阀，由阀片、阀座、升程限制器、弹簧和螺钉螺

母组成。一级阀片采用PEEK工程塑料，二级采用抗腐蚀不锈钢材料，

弹簧片采用17-7PH优质不锈钢压制。

注意：吸排气阀装入气缸时应注意方向，以免吸排气阀装反。同时，

气阀为主要易损件，压缩机运行时应随时注意监控，一旦气阀损坏，

应及时更换，以免影响气量及级间压力，确保设备正常、安全运行。

1.3.9主齿轮油泵

主齿轮油泵安装在曲轴端部，油泵出油口设有压力安全阀，可以调

整润滑油压。同时设置有单独电驱动辅助齿轮泵为压力润滑系统提供润

滑油备份。

1.3.10冷却器

冷却器采用卧式管壳式换热器，采用不锈钢换热管，气走管程，水

走壳程换热方式。

1.3.11分离器

在压缩机进出口设置有重力和离心分离器，分离介质中冷凝水,

同时在分离器出口配置过滤器滤除气体中杂质和润滑油，保持气体

的洁净。当气体品质下降时注意更换过滤芯。

1.3.12安全阀

在气管路上装有全封闭弹簧式安全阀，安全阀阀头借弹簧压在安

全阀阀座匕，安全阀的开启压力可用弹簧库调节。各级安全阀的开

启压力如下：

级次III

开启压力11.026.0

注；开启压力调定后应定期调校，其余时间不得随意调整。

注意：安全阀确保系统正常工作，安全阀失灵失效后果不堪设想,

因此，安全阀的使用除必须按质监部门规定定期校验外，严禁随意拆装

及调整。

1.3.13管路及气量调节系统

压缩机气管路中设置有自动二回一开关调节回路，主要用于压缩

机自动停机时卸荷。

压缩机分离器的排污由时间继电器控制气动排污阀的开启自动进

行排放。

2压缩机的安装

注意：压缩机装拆及其注意事项：必须熟悉压缩机的结构，有实

际经验的维修人员在熟读制造厂提供的产品图样和说明书以后，才

可以进行压缩机的装拆工作。

装拆的一般性原则：

装拆零件除更换者外一律要做到恢复原位保持原有方位和精度,

即使可以互换的零件也同样如此要求。分瓣的另件不能错乱、互相

对号的部位保持原有的对号。

2.1运输

压缩机整体运输至少需要起重能力为15吨的起重机。吊装压缩

机用绳索规格必须符合机器重量要求，并检杳其可靠性，绳索与机

器间必须采用软物衬垫，以防止绳索滑动。

2.2压缩机安装

该机主机为整体撬装，在用户安装时，将主机就位于基础，找正

精平紧固即可。本节叙述设备的安装程序及其要求，目的在于阐述

设备结构以及设各的安装、调整、拆卸过程，便于用户在以后的大

修装拆过程中，按此规定复原设备。

2.2.1准备工作

将曲轴、连杆、十字头机构零件上的防锈油用汽油或煤油清洗干

净，各零件的油孔必须彻底清洗和吹除。零部件的安装按照压缩机

总装配图和组件装配图顺序进行安装，打有钢印号码的零件必须按

序号组装。

2.2.2机架的安装

基础混凝土完全固结后，机架方能在基础上就位，基础顶面与机

架底部之间保留50mm空隙。

凡需最后填充水泥砂浆的基础表面应修平，但应保持粗糙，以确

保砂浆更有效地与基础结合。斜垫铁及平垫铁各一组，规格为70X

70X20mm,也可放置一组可调垫铁（用户自行购置）。地脚螺栓穿

入相应的螺孔内。

在地脚螺钉两侧放好调整垫铁，校正机器水平度（水平度不超过

0.05%）后在预留螺孔内灌入水泥砂浆，待干固后拧紧螺栓，机架与

基础空隙内灌入水泥沙浆，干固后方可投入使用。基础施工应符合

有关土建工程规范。

在地脚螺栓预留孔灌入水泥砂浆100〜150mm高，再灌入密实的

干沙至二次灌浆层下150mm左右，上部灌水泥砂浆至基础平而。机

架底面距基础而保持50mm空间，以灌入高标号水泥砂浆。待砂浆半

干后，达到规定强度的75%时，再拧紧地脚螺栓。利用斜铁调整机

身的水平度。所有螺母拧紧后机器的水平完全符合规定值。测量水

平时，水平仪测得读数后，再将水平仪调转180。，在此位置再测

量一次，两次读数均应在规定范围内。两次读数的平均值为测量值。

曲

ir:

附图1：垫铁安装

安装完毕将调整垫铁焊死，然后在机身与基础间50mm间隙内灌入标

号较高的水泥灰浆，保持底面、垫铁与水泥灰浆完全贴合，不留空

隙。

基础施工应符合有关土建工程规范。

垫铁安装及尺寸见附图1,钢制垫铁用户自备

2.2.3曲轴的安装

涂色法检查曲轴轴颈与各轴承的配合情况，接触面积不少于70机

将曲轴装于机身内，轴向定位靠机身端盖固定，其轴向间隙应为

0.5〜1毫米，轴承与曲柄销的径向间隙0.l~0.2mm。

2.2.4连杆的安装

首先检查连杆大头轴衬与曲柄销的配合情况，巴氏合金与曲柄销

的接触面积不少于70机

检查连杆小头衬套与十字头销的配合情况，衬套与十字头销的接触面

积不少于70猊径向间隙0.06〜0.13毫米。小头衬套两端与十字头体

的轴向2.2