关于CNG压缩机与关联装备之浅见

再造蓝天的伟业，功在当代，利在千秋。中国通用机械协会压缩机分会及成员单位，为提供 CNG压缩机和相关的干燥、净化等装备，已奋斗了近20个春秋。至今，我们虽已取得长足进步，但与高标准仍存在距离。今后，我们将更加努力，强化质量控制，以如履薄冰、如临深渊之谨慎、严细来研发加气站所需之新品种CNG压缩机，让业主安心、让操作者放心！

一、适用性是选择 CNG压缩机等加气站装备的根本出发点

（ 1 ）注重经济性是必要的，但万不可以偏离实际状况太远的资金限额为基线，来谋求装备全一座加气站。此类不成功的实例，委实不少。

（ 2 ）加气站的加气能力之确定，不宜超前，而宜与当前实际需要一致，但应有增容的理想方案——模块化增容模式。

（ 3 ）务必准确敲定站的进气管网压力值，选用进气压力与之匹配的压缩机，万万不可出差错。

因天然气进站实际压力远低于业主给定的设计值，而引发的加气能力严重不足、补设增压压缩机并改造机房、总投资超预算等等问题，教训惨痛。对于可预见的管网压力衰减，宜在站的初始设计阶段告知设计院。四川地区某加气站的管网进站压力，由初始的 2.0MPa 降至两年后的 1.0MPa ，以至于不得不更换压缩机。

压缩机额定进气压力低于进站管网压力过多，而不得不实施人为减压进气的状况，再也不应重现了。

（ 4 ）条件不具备的城市盲目地要上“加气子母站”，是异常可怕之举，其弊端毋需赘叙。

二、车载气瓶卸压作业最低压力值如何确定

加气子母站及配套长管半挂车系统工程的实施，在条件成熟的城市是必要、经济的。然而其车载高压气瓶组的工作压力区间和与之相应的子站压缩机的进气压力范围之确定，都应慎之又慎。

气瓶的寿命取决于其充气 / 卸载的工作循环次数，亦即加压 / 减压的循环次数。其中，卸载时气瓶压力最低减至何值为宜，颇值得探讨、商榷。因为该值决定了气瓶工作的应力幅大小。而过高的应力幅将严重减少气瓶可以安全工作的充气 / 卸载循环次数，换言之，气瓶寿命大打折扣。

2005 年 3 月　西安压缩天然气加气站建设技术交流与研讨会交流资料

北京地区目前实施的子站压缩机进气压力范围规定，似更可取——车载气瓶工作的应力幅合理。

众所周知，车载气瓶单只水容积甚大但价昂，理应尽量延长其寿命——循环工作次数。

毋需讳言，使车载气瓶在高应力幅下工作，必获高的“取气率”，长管半挂车的供气转运效率高，能减少其日送气次数，供气公司的经济效益好。然而，由此降低了车载气瓶寿命所招致的经济损失，又是几何呢？

三、加气站配用 CNG压缩机的台数

以 CNG 压缩机运行可靠为前提条件，当加气站日供气能力确定之后，配用压缩机的台数建议为：

常规站—— 1~2 台。

母站—— 2~3 台。

如此，则建站所需总装备费节省，站的运行成本低、收益高。

即：加气站内的压缩机皆无备机名份，都是在役者，除了常开压缩机就只有调峰压缩机，而没有备用压缩机。

四、关于 CNG压缩机各级排气温度限值

确保装备运行的安全性，对于天然气汽车加气站至关紧要。自然， CNG 压缩机排气温度限值备受人们关注。

无论气缸润滑方式如何，也不论压缩机的冷却方式怎样，均应限定 CNG 压缩机各级排气温度不超过 180 ℃，这是出自运行安全性的需要。

五、对 CNG压缩机气缸润滑方式的选择

售气机输出的高压 CNG 之含油量，必须得到控制。

具有双间隔室并以惰性气体封隔的中间接筒，能够保证气缸无油压缩机输出气体不含油。

但是 CNG 压缩机不宜采用此种结构，因为其制造成本过于高昂、占地面积过大、运行费用也太高。所以，迄今为止，国内外 CNG 压缩机无一如此。况且， CNG 压缩机气缸绝对无油并非必须，规范的加气站工艺流程完全能够控制外输高压 CNG 之含油量。

由于 CNG 压缩机的高压填料、高压活塞环工作条件恶劣，气缸注油润滑时金属填料 / 活塞环中的优秀者寿命甚长，气缸无油润滑时工程塑料制填料 / 活塞环寿命难以保证。这就导出了对工程塑料元件实施“少油润滑”之举，甚有利于密封气体的功能和延长其寿命。客观地讲，无论何种气缸润滑方式，在 CNG 压缩机之后设置液气分离器和高效滤油器都是必要的。

六、对 CNG压缩机冷却方式的选择

压缩机气缸风冷或自然冷却，各级冷却器风冷，这种冷却方式具有在全天候地域运行的强适应性，同时也免除了水冷却方式时需对热载体（水）实施的二次热交换。从换热效率、能量节省及设备购置与运行费用诸角度讲，风冷方式拥有明显优势，而全球又面临水资源的严重短缺，故而冷却方式为风冷，已成为全球 CNG 压缩机的一致趋向。

压缩机排气温度和冷却方式的关系如何？并非水冷时排温一定低，也不是风冷时排温一定高。这和环境气温、水温，风扇、冷却器、凉水塔与压缩机的具体设计都有关系。

国产 CNG 压缩机中，既有风冷式排温低的实例，更不乏水冷式排温高者。

七、宜选择各级缓冲器、分离器配置齐全的 CNG压缩机

压缩机各级配以吸排气缓冲器，对于改善气阀工作条件、减轻气流压力脉动消减管线振动作用明显，也有助于降低功率消耗。

各级冷却器之后的分离器，能将可能凝聚的多碳组分、水份、过量的润滑油分离出来，利于压缩机的正常运行。

勿忘这是积近 20 年之经验，并付了不少“学费”才得出之结论。

八、宜选用具有进气压力变化适应性的 CNG压缩机

主要是在低进气压力区间（如 0.3 ～ 0.5MPa ），某些优秀 CNG 压缩机，无需改动任何零件，却能在设计给定的进气压力区间都正常工作（当然应注意电动机功率匹配）。它能适应进站管网压力在一定范围内的波动，以及管网压力一定程度的衰减。

九、 对压缩机结构型式和结构参数的选择

要冷静地看待压缩机的结构型式，其优劣不是绝对的，且务需紧密结合其性能参数来分析。对称平衡型 CNG 压缩机，当其设计、制造不良时，振动可能大于其他结构型式；而在技术处理优秀时，不但振动最小，其占地面积也可能小于其他结构型式。高水准的角度式 CNG 压缩机，将兼收振动小和制造成本低之利。立式 CNG 压缩机气缸 / 活塞环 / 填料 / 活塞杆工作条件的优势，又为其他结构型式所不及。

必须清醒地理解加气站业主对压缩机的适用性要求。业主需要的是压缩机性能参数达标，即：压缩机吸气压力与站的天然气管道压力匹配，排气压力为 25MPa ，供气量与站的加气能力一致。同时，压缩机的噪声、振动，除了应符合我国机械行业标准 JB/T 10298 — 2001 《汽车加气站用天然气压缩机》规定外，还需符合有关标准、规范对站所在地的噪声限值要求。无疑，业主的这些要求，理所当然的成为压缩机必须实现的目标。压缩机的结构型式与结构参数，仅仅是实现目标的技术手段、途径。将对称平衡型、 L 型、 W 型、 V 型、立式等结构型式，和活塞力、转速、行程、各级气缸直径等结构参数进行优选，可查实性能参数和噪声、振动达标的一或数个型号的压缩机。不同的结构型式、结构参数，必然存在差异，有着一定前提条件下相对的优缺点，应以求实态度对待。切忌本末倒置，将原是技术手段、途径的结构型式、结构参数中的某几项作为中标的必要条件。如限定为某种结构型式，又如规定转速不得低于（高于）若干。

十、 CNG压缩机运行的特点有哪些？

（ 1 ）总体说来， CNG 压缩机排气表压力均为 25MPa ，世界各国皆如此。 NGV 加气站中的常规站、子站所装备的 CNG 压缩机，其排气表压力恒为 25MPa 。至于加气母站中的 CNG 压缩机排气表压力，则依长管半挂车上的 CNG 高压气瓶的工作压力而定，为 25MPa 或 20MPa 。

（ 2 ） CNG 压缩机的吸气压力，对用于常规站 / 母站者而言，都取决于进站天然气管网压力。而加气子站中的 CNG 压缩机，其吸气压力则是变值，最高吸气压力值和最低吸气压力值皆由 NGV 加气站的工艺设计确定。一般来说大体以介于 7.7 ～ 5 MPa 之间为合理。

（ 3 ） CNG 压缩机都具有有别于多数工艺流程用压缩机的间断运行的特点。近代的 CNG 压缩机，其启动、运行或停机的控制，都自动地取决于加气站的高压储气瓶组的实际气压状况；而每一次的运行时间、停机时间，则由站用高压储气瓶组（对加气母站而言多为长管半挂车上的移动储气瓶组）的水容积和车辆所需之加气量综合确定。

（ 4 ）由 NGV 加气站的智能化控制目标出发，理所当然地要求 CNG 压缩机及机组的机械部分、强弱电部分，都具备适应无人值守、全自动控制运行的必要条件。

（ 5 ） CNG 压缩机吸入的天然气，其品质应符合有关标准规定。一般情况下，在压缩机吸气口之前，需将进站天然气作适当工艺处理并使之达标。

（ 6 ） CNG 压缩机排出的高压天然气，一般亦应进行工艺处理，使之符合对车辆加气的品质规定。气缸极少油润滑的 CNG 压缩机、气缸不注油润滑的 CNG 压缩机（机身和气缸之间的中间接筒非“双间隔室”型的），都难以摆脱机身内传动机构润滑油对其排出高压天然气品质的不良影响。

（ 7 ） CNG 压缩机的各级排气温度，无论压缩机的冷却方式如何（水冷、风冷或混合冷却），均应符合出自安全角度确定的排温限值，当气缸、填料为注油润滑（或极少油润滑）时，更是如此。

（ 8 ） CNG 压缩机的供气量与高压储气瓶组的水容积值之间，应匹配合理，其核心目的有二：一是防止 CNG 压缩机过于频繁的启动，以避免由此导致的机件、电器、动力电费的额外负荷；二是为了在最低电价时间区段将气瓶组充足气，以减少压缩机在电价高的时间区段的运行时间，从而节省加气站的动力费用。

（ 9 ）压缩机一般皆以电动机拖动，而 CNG 压缩机不乏用天然气发动机驱动的。受运行场所动力电条件的制约，只能采用天然气发动机配套，为情况之一。为追求加气站的动力费用低，站内压缩机全部由天然气发动机驱动，为情况之二。情况之三是，站内压缩机之驱动机，电动机和天然气发动机兼而有之，以求控制灵便及节省动力费用：夜间工业电价最低时，以电动 CNG 压缩机将大水容积的高压储气瓶组充满气；当高电价的白天需启动压缩机时，就以天然气发动机—— CNG 压缩机组为主力。

（ 10 ） CNG 压缩机还具有运行地域极为宽泛、气象条件差异极大的特点：严寒、高海拔、缺水、湿热俱有之。固定式 NGV 加气站用、室外移动式 NGV 加气站用的 CNG 压缩机，又有其明显差别：固定用者，务必满足运行场所的环境噪声限值规定，且有时是很苛刻的；室外移动用者，需适应无冷却水源、高寒气候条件甚至是无动力电的条件。

（ 11 ） CNG 压缩机应能够适应进站天然气管网压力变化这一重要因素，既包括一天之内因城市居民炊事、洗浴用气而可能出现的气压变化，也包括可能的管网改造升压或天然气衰减降压等情况。

（ 12 ） CNG 压缩机规格型号的确定，不仅要与建加气站时所需的实际加气能力相符合，尚应考虑可能实施的加气站增容的需要。宜在扩容后压缩机台数增多而规格型号相同，即采用“模块式”的增容方法。

（ 13 ）把天然气能燃可爆的特性和 CNG 压缩机在 NGV 加气站中的运行实际状况结合考虑，压缩机房应是大敞开式的，更宜采纳遮雨棚下置橇装压缩机组方式。如为后者，在我国长江以北地区则以全风冷 CNG 压缩机为相宜。

（ 14 ）对于配用循环冷却水系统的 CNG 压缩机组来说，闭式系统较开式系统更为适宜。冷却水直排，导致宝贵的水资源浪费巨大，理应摒弃之。闭式系统是指采用风冷式散热器，使水在冷热交换过程中不和环境空气接触的冷却水循环系统。开式系统是指在环境空气中曝气降温的冷却水循环系统。使用含防冻液的软化水的闭式系统，在防止水垢、金属腐蚀的产生等方面，有着强的综合优势。

（ 15 ） CNG 压缩机运行的安全性应得到保障，这是确定无疑的。 NGV 加气站要求 CNG 压缩机确保安全、运行可靠、节能长寿。因此，填料处微量泄漏气的处置方式（引出放空、集污箱回收气、承受内气压的机身贮留泄漏气等），各级排气温度限值，易损件的更换期，运动件承载面的比压值，气流速度与压力降等，均需受到控制。

让我们携手共勉，使环境更美好！