关键词： 压缩天然气 压缩机 液压平推 液压活塞 机械活塞
我国目前是世界汽车保有量最大的国家。高速发展的汽车工业带来的高速发展的经济，同时也消耗了大量能源，汽车燃料燃烧后产生的尾气，对环境也带来了巨大的伤害。现如今，国家对环保问题越来越重视，国家从2016年开始就大力推进煤改气，用天然气替代煤炭，可见天然气的需求越来越大。天然气燃料车不仅对环境无污染，而且成本更低，跑相同的公里数，成本只是汽柴油的一半，大大减少的用车成本。在天然气资源丰富的地区，天然气燃料车得到快速发展。
发展车用天然气，对改善城市的能源结构、提高能源利用率、改善城市环境具有重要的意义。国际上应对气候变化不断推出新措施，各国对燃油车销售限制愈加严格，2017年G20汉堡峰会上，挪威、荷兰宣布2025年禁售燃油车，印度、德国、法国等2030年后禁售燃油车；2017年9月9日，我国工信部启动了对传统能源汽车禁售的相关研究。
一、CNG加气站的分类
CNG加气站主要分为加气子站和加气母站，加气母站主要直接对CNG管束车进行天然气的充装，CNG管束车将充装好的压缩天然气运往加气子站进行销售或者直接用于工业及民用方面的供气，母站占地面积较大，直接从城市天然气官网取气，进气压力低，必须采用多级压缩对天然气进行加压后充装。加气子站可直接对天然气燃料汽车进行加气，分为常规子站和标准站，其中标准站与母站工艺基本类似，也是直接从城市管网取气，使用的压缩工艺与加气母站相同。常规子站采用CNG管束车供气，随着加气站工艺的不断发展，压缩机的工艺已有多种选择。
二、压缩机设备分类
压缩系统是加气站的核心，目前使用的压缩系统主要有三种，一是液压平推式系统，二是液压活塞式系统，三是机械活塞式系统。由于其工作原理及结构形式的差异，它们的工艺流程差别很大，因此，选择合适的压缩系统，决定着加气站的主要功能。
1 .液压平推式
液压平推式基于液体性对不可压缩性质，通过高压泵将专用液压油增压到高压，并将其注入特定的CNG长管拖车的储气钢瓶中。将储气钢瓶中的CNG气体等压置换出来，经过加气机计量，完成对车辆加气。主要设备包含专用CNG管束车和液压撬，其工作原理见图1.1。
其技术特点是：
（1）机功率为30KW或60KW，实现一定的节能效果。
（2）槽车价格昂贵，不能用普通槽车代替。
（3）排气量恒定，适应性较差，在加气高低峰时段客户流失量较大。
（4）建设投资成本高。
（5）出口气体温度高，造成加气量不足，用户评价较差。
（6）专用液压油价格非常高，损耗大，天然气含油量大，可能造成汽车发动机损坏、尾气检测不合格。
2.液压活塞式
液压活塞式系统主要设备为液压压缩机橇、储气瓶组。液压活塞式压缩机的工作原理是通过液压系统推动压缩机缸内活塞在缸体内作往复运动，将天然气加压后压入储气瓶组，其工艺流程见图1.2。
其工艺流程是：①液压站输出的高压油进入C腔，B腔的油回油箱，活塞杆运动至下方，A腔抽取槽车内气体，D腔排出压缩后的气体，进行冷却处理，这个过程称为一级压缩；液压系统的换向阀自动打开，B腔的液压油阀门打开，C腔的液压油回到油箱，活塞向上运行，D腔抽取槽车内气体，A腔排出压缩后的气体，进行冷却处理。②利用两个气缸串联，就完成两级压缩。
功能特点：
(1)电机功率小，能耗较低。
(2)抗污能力强，具有磨损自动补偿性能，功率损失不变。
(3)采用压力换向，震动小，工作平稳。
(4)结构简单，噪音小，使用寿命长。
(5)泄露量极小，压缩机结构设计合理，几乎没有磨损造成的泄露。
(6)活塞压缩时没有空隙，压缩效率高，排量大。
(7)占地面积小，维护方便，运行成本低。
3.机械活塞式
工作原理：电动机启动后带动曲轴旋转，通过连杆的传动，活塞做往复运动，由汽缸内壁、汽缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞从汽缸盖处开始运动时，汽缸内的工作容积逐渐增大，这时，汽体即沿着进气管推开进气阀而进入汽缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞反向运动时，汽缸内工作容积缩小，气体压力升高，当汽缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出汽缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。当活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。总之，曲轴旋转一周，活塞往复一次，汽缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。其工艺结构见图1.3。
Fig.1.3 Technical structure diagram of mechanical compressor
其技术特点是：
（1）适用范围广，不论进气压力或流量大小，均能达到所需压力；
（2）热效率高，单位耗电量少；
（3）适应性强，即排气范围较广，且不受压力高低影响，能适应较广阔的压力范围；
（5）对材料要求低，一般普通钢铁材料，容易加工，成本较低；
（6）技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验；
（7）缩机的装置系统比较简单，容易维护。
三、结论
液压平推式系统由于必须使用专用CNG管束车取气，只能用于CNG加气子站，不适用于加气母站。由于母站进气压力一般1.6MPa,如果使用液压活塞式压缩机，则会大大增加压缩机的能耗，此设备主要用于加气子站中，机械活塞式压缩机，通过多级压缩，对天然气进行增压，直接从城市管网气的加气母站和标准子站。随着科技的发展，加气站压缩机设备已经越来越多样化，压缩机设备的选择要充分考虑加气站建设的实际情况，对比压缩机的优缺点，选择最经济实用的设备。
参考文献：
[1]杨杰.CNG加气站工艺设计及设备配置.化工管理,2015,(08):193-194.
[2] 于海欢.CNG加气站工艺流程优化设计探讨.石化技术,2016,(09):202.
[3] 张泽.CNG加气母站工艺系统分析及设备选型研究.化工设计通通讯，2017,43(10):102-104.
[4] 王健.常见天然气场站概述.现代物业,2014,(04):54-57.
论文作者:李志勇, 郭小伟
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第21期
论文发表时间:2019/12/16
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