车用天然气加气站设计
摘 要 CNG及其下游应用将在“十二五”期间面临重大机遇：新增气源和贯通全国各省的输气干线将减少供气短缺的现象；根据中华天然气全图、配套名录和行业报告的统计，到2013年6月全国的在役压缩天然气母站将达到285座，另有至少73座新规划母站将在“十二五”结束前开始服役，这些CNG生产装置是下游应用普及的关键保障；此外，低迷的经济前景、对高企油价越来越愤怒的车主，和更环保要求正使CNG汽车市场成为更炙手可热投资领域。
关键词 CNG 压缩天然气 加气站 母站
一、CNG简介
CNG 即压缩天然气（Compressed Natural Gas，简称CNG）是天然气加压并以气态储存在容器中。压缩天然气除了可以用油田及天然气田里的天然气外，还可以人工制造生物沼气（主要成分是甲烷）。
天然气有很多组分，但各组分彼此不起化学作用，各组分的性质和含量决定了天然气的性质。由于天然气中甲烷的含量在 90%以上，所以天然气也叫甲烷气。
（1）物理性质
天然气是无色无味的，然而在送到最终用户之前，还要用四氢噻吩来给天然气添加臭味，以助于泄漏检测。天然气不像一氧化碳那样具有毒性，它本质上是对人体无害的。如果天然气处于高浓度的状态，并使空气中的氧气不足以维持生命的话，还是会致人死亡的，毕竟天然气不能用于人类呼吸。
（2）化学性质
甲烷是无色无味的气体，燃烧时有微微发光的蓝色火焰，密度比空气轻，在低温高压下可变成液体，临界温度为-82.11℃，临界压力为 4.64MPa。液化后体积将缩至 1/600，甲烷在空气中的爆炸极限为：下限5%；上限 15%。天然气的成分有甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷等，并合有少量重碳氢化合物、氮、 氦、二氧化硫等。
二、CNG母站
CNG母站工艺设备介绍：
CNG母站主要由压缩机组、计量装置、气体净化干燥器、储气装置、充气顺序控制盘、加气柱售气机等设备组成。
（1）压缩机组
压缩机（compressor），将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械。是制冷系统的心脏，它从吸气管吸入高温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出低温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝（放热）→膨胀→蒸发 （ 吸热 ） 的制冷循环。
（2）气体干燥器
为了实现循环使用，一般采用再生吸附式干燥器。
再生吸附式干燥器（Regenerative desiccant dryers）是通过"压力变化"（变压吸附原理）来达到干燥效果。由于气体容纳水汽的能力与压力成反比，其干燥后的一部分气体（称为再生气）减压膨胀至大气压，这种压力变化使膨胀气体变得更干燥，然后让它流过需再生的干燥剂层（采用颗粒活性碳吸附）（即已吸收足够水汽的干燥塔），干燥的再生气吸出干燥剂里的水份，将其带出干燥器来达到脱湿的目的。两塔循环工作，无需热源，连续向用户用气系统提供干燥气。为化工、轻工、电讯、石油、纺织等行业的气动控制、气动仪表、气动元件以及各工业中的工业用气提供干燥的压缩空气气源，具有体积小，工艺流程简单，投资省，使用维修方便，自动控制，节约能源等特点。
（3）流量计
热式气体质量流量计采用热扩散原理，热扩散技术是一种在苛刻条件下性能优良、可靠性高的技术。其典型传感元件包括两个热电阻（铂RTD），一个是速度传感器，一个是自动补偿气体温度变化的温度传感器。当两个RTD被置于介质中时，其中速度传感器被加热到环境温度以上的一个恒定的温度，另一个温度传感器用于感应介质温度。流经速度传感器的气体质量流量是通过传感元件的热传递量来计算的。气体流速增加，介质带走的热量增多。使传感器温度随之降低。为了保持温度的恒定，则必须增加通过传感器的工作电流，此增加的部分电流大小与介质的流速成正比。
（4）储气装置
CNG加气站储气井分三组设置：分别为高压组、中压组、低压组；设计压力32MPa，额定工作压力为25MPa。井身结构：井深为80-150米，套管上、下底封头与套管采用管箍连接，封头采用优质碳素钢材、套管底封头腐蚀裕量大于5mm，套管与井底、井壁空间用水泥浆固井。储气井井口设进出排气口；为排除井内积液，从井口下排液管至井底，通过气压排液。
三、CNG母站技术说明
CNG加气站的关键技术可分为压缩系统、天然气预处理系统、储存系统和售气系统、控制系统等多个系统。
1、天然气压缩系统
天然气压缩系统主要由压缩机主机、进气缓冲罐、冷却系统、润滑系统等部分组成。压缩机主机最为重要，它是加气站的心脏，其性能好坏直接影响加气站运行的可靠性和经济性。CNG加气站一般采用排气压力高、排量小的往复式压缩机。从润滑方式分，主要有油润滑和无油润滑两种，对于有油润滑，在其最终排气口后应安装脱油装置。
2、控制系统
控制系统的功能是控制加气站设备的正常运转和对有关设备的运行参数进行监控并在设备发生故障时自动报警或停机。目前，国外加气设备的控制系统多采用PLC（可编程逻辑控制器），这种方式可靠性高，能实现设备的全自动化操作，也可远传到值班室实现无人看守，减轻操作工的劳动强度。
3、储存和售气系统
为避免压缩机频繁启动及在不需要进行充气时提供气源，CNG加气站需设有储气装置。典型的设计是储气系统和售气系统通过优先顺序控制盘的顺序来实现高效充气和快速加气。通常加气站采用分级储存方式，将储气瓶组分为高压、中压和低压瓶组，由优先顺序控制盘对其充气和取气过程进行自动控制。充气时，先向高压组充气，当高压组的压力上升到一定值时，中压组开始充气，等到中压组压力上升到一定值时，低压组开始充气，随后三组气瓶一起充气，上升到最大储气压力后停止充气。取气时，先从低压组取气，当低压组的压力下降到一定值时，开始从中压组取气，等到中压组压力下降到一定值时，开始从高压组取气，随后从三组气瓶一起取气，直到三组储气瓶中的压力下降到与车载气瓶的最高储气压力相等时，停止取气。如果仍有汽车需要加气，则直接从压缩机排气管路中取气，等到汽车加气完成后，压缩机再按照充气顺序完成三组储气瓶组的充气，然后停机。这种工作方式的优点可以保证储气瓶组充气最多，提高其利用率，也可使汽车加气的速度最快。
参考文献：
[1]《汽车加油加气站设计与施工规范》（GB50156-2002）[S].国家技术监督局。
[2]《城镇燃气设计规范》（GB50028-93）[S].国家技术监督局.
[3]马丽，王昭.城市发展液化石油气汽车势在必行[J]. 煤气与热力，1998，18（4）：34-35.
作者简介：赵伟，性别女，民族汉