压缩天然气在城镇燃气供应中的应用研究默认分类 2010-05-06 09:11:19 阅读236 评论0 字号：大中小 订阅
摘要
随着我国城市燃气事业的蓬勃发展，作为燃气应用的新领域已有长足发展，应用范围从车用气到居民用气，自已得到社会效益和经济效益的协调发展，分析其运行中的特点对压缩天然气在城镇中的应用具有重要意义。本论文主要从压缩天然气母站的气源选择(城市外高压管网、城市内高压环网、城市中压管网)进行对比，分析其特点，提出城镇压缩天然气加气站站址选择的依据：从压缩天然气作为车用气体燃料的技术成熟性，替代燃油的经济性，分析其优缺点；以北京市车用压缩天然气成功发展的实例，分析清洁气体燃料推广应用的可行性；以压缩天然气作为小区燃气气源供应的实例，分析其推广作为小城镇气源的可行性；从压缩天然气作为北京市燃气管网应急气源的演练实例，分析其作为应急气源的应用范围和注意事项。论文力争为压缩天然气在城镇燃气供应系统中科学、合理地发展和使用提供参考依据。
关键词：压缩天然气 储配供应 车用燃料 设备工艺
目 录
1引言·· 2
1.1研究的背景及意义·· 2
1.2压缩天然气的基本状况·· 3
1.3压缩天然气的应用发展情况·· 4
2城镇压缩天然气的供应·· 6
2.1压缩天然气储配站供气·· 6
2.2城镇压缩天然气储配站的建设·· 7
2.3工艺流程及主要设备的选用·· 9
2.4压缩天然气站供气的经济性分析·· 10
3压缩天然气作为车用气体燃料的应用·· 12
3.1压缩天然气加气站·· 12
3.2车用气体燃料发展情况·· 14
3.3车用压缩天然气经济分析·· 16
4压缩天然气作为居民用气的应用·· 18
4.1压缩天然气供气在中小城镇的应用·· 18
4.2CNG供气的适用范围·· 18
4.3经济性比较·· 19
4.4工艺·· 20
4.5CNG调压站·· 21
5压缩天然气作为城市管网应急供气的应用·· 23
5.1概述·· 23
5.2调峰设施与工艺流程·· 23
5.3应用情况分析·· 24
6结论与展望·· 25
6.1结论·· 25
6.2展望·· 25
1引言
天然气是优质高效清洁的能源，管道输送是天然气的基本方式。实践证明，大规模天然气输送，采用管道是最经济和有效的输送方式。此外，还可采用其他两种输送方式。一种是液化天然气（LNG），是将天然气液化后再进行储运；另一种是压缩天然气（CNG）。由于输气干线的建设受城市气化条件，经济实力，用户气价承受能力等综合因素的限制，使得输气干线难以联网，供应范围受到限制，并且只能向长输管道沿线城镇供气。因此如何满足长输管线周边中小
规模城镇的天然气需求，将成为一个新的研究课题。压缩天然气（CNG），是将天然气净化压缩后，储存在专门的容器内用汽车运送。我国目前除了应用于天然气汽车之外，对城镇的天然气供应也已陆续开始。以下就CNG技术在城镇燃气供应中的应用进行探讨。
1.1研究的背景及意义
三十年代初，富气贫油的意大利首先研制了压缩天然气汽车。经过几十年的发展，全世界已有了几千万辆CNG汽车，万余座CNG加气站。天然气作为汽车燃料的使用，在中国经历了两个阶段。第一个阶段为六十年代初期，我国开发了第一代天然气汽车，采用橡胶气包固定于车顶，行程只有十几公里，显得笨重而又不美观；八十年代末期，我国研制成功了第二代高压天然气汽车——CNG汽车，并以极大的优势取代了气包天然气；九十年代中期，我国开始进行CNG汽车的推广工作，自1999年起，我国开始在北京等12个试点城市开展了“空气净化工程---清洁汽车行动”，以治理汽车尾气对环境造成的污染，其中发展CNG汽车是该行动的重点之一。目前，这项活动收效显著，截至2001年10月，全国共建成CNG加气站173座，已拥有CNG汽车42646辆。北京更是提出自2004年起，城市公交车尾气要求达到欧洲Ⅱ排放标准，到2008年，北京90％的客车要装配尾气优于欧洲Ⅱ排放标准的清洁型CNG发动机。CNG技术未来在中国将有更广阔的应用前景。
随着我国城市燃气事业的蓬勃发展，压缩天然气作为燃气应用的新领域已有长足发展，应用范围从车用气到居民用气，已得到社会效益和经济效益的协调发展，分析其运行中的特点对压缩天然气在城镇中的应用具有重要意义。
1.2压缩天然气的基本状况
1.2.1天然气的基本性质
1、什么是天然气？
天然气是从地下开采出来的一种可燃性气体，它是埋藏在地壳下面的生物有机体，经过漫长的地质年代和复杂的转化过程而形成的。天然气是理想的气体燃料和宝贵的化工原料。
2、天然气的基本性质是什么？
天然气是由几种单一气体所组成的混合气体，其主要成分是甲烷，约占体积的95％以上，它具有无色、透明、比空气轻、易燃易爆的特点。
（1）天然气具有易燃性
天然气在摄氏645度时就可点燃，一般使用明火，如用火柴、打火机等去引燃。
（2）天然气热值
热值是指单位重量或体积的燃料完全燃烧后产生的热量，分为高热值和低热值。
天然气主要成分甲烷的热值：
高热值5.55×104（kJ/kg），低热值5.01×104（kJ/kg），汽油的低热值为4.44×104kJ/kg。天然气的单位重量热值高于汽油。按体积计量计算，1立方米天然气的热值高于1升汽
油的热值。天然气是理想的气体燃料。
（3）天然气比重
常温、常压下的甲烷、天然气比重以及与空气比重的比值
单位
比重
与空气比重的比值
甲烷
kg/m3
0.71
55%
天然气
kg/m3
0.78
60%
天然气比重小于空气，当从储存容器、管道中泄漏出来后，天然气将向上移动，扩散到空气中。
（4）天然气具有爆炸性
天然气在室内空气中的含量达到5％－15％时，一遇明火或高温物体，甚至开关电灯时所产生的电火花，都可引起门窗紧闭的房间发生爆炸，其威力甚大。
（5）天然气中含有少量的硫化氢气体，具有难闻的臭皮蛋气味，并且硫化氢气体还是一种强烈的神经毒物。
3、天然气具有哪些有毒成份？
天然气的主要成份，是由95％以上的甲烷组成。甲烷本身并无毒性，但当其在空气中的含量达到一定浓度时，能够使人窒息。同时，天然气中的硫化氢、和硫化氢燃烧后产生的二氧化碳、以及天然气不完全燃烧时产生的一氧化碳，都是有毒气体，能够使人中毒死亡。
1.2.2压缩天然气的应用状况
CNG技术特点
随着中国政府对环境保护工作的重视和能源结构战略设想的调整，与世界上其他国家一样，CNG技术在中国也得到快速发展及推广应用，并展现出广阔的前景。CNG技术在环保和经济效益方面表现出来的优势开始逐渐被专家、政府、企业、民众所认识，主要表现在以下几个方面
1、环境污染少天然气作为气体燃料比固体或液体燃料燃烧更完全、彻底。由于天然气含碳量相对较低，燃烧时单位热值所产生的CO2比石油低约30％，比煤炭低约43％，废气排放总量约是汽油燃料的1/5，说明，CNG技术能减轻大气污染和温室效应，有利于环境保护。特别是随着全球温室效应、酸雨和光化学烟雾危害的加剧，应用CNG替代石油、煤炭燃料具有越来越重要的意义。
2、延长汽车使用寿命CNG技术以气代油，设备腐蚀小，燃烧后结炭少，可降低机械摩擦的耗损，减少发动机维修，延长其使用寿命。且发动机噪音小，操作方便。
3、经济效益好CNG技术的应用，大大降低了燃料和机车维护的成本，经济效益可观。据统计数据，CNG汽车较普通燃油汽车燃料费节约近1/3，维护维修费用下降40％，发动机寿命延长2～3倍，大修间隔里程延长2～2.5万公里，可减少50％的机油用量，经济效益非常明显。
4、实用性好中国石油资源严重不足而天然气资源相对丰富，CNG技术的应用可在一定程度上弥补石油紧缺的困境。CNG热值高、挥发性好，冷热起动驾驶性能好，尤其在冬季寒冷地区的起动性能好。
5、安全性好
CNG的压缩、
储运、减压、燃烧过程，都是在密闭状态下进行的，不易发生泄漏。且天然气比空气轻，即使有泄漏，在高压下也会迅速扩散，不易着火。天然气燃点为650～700℃，不易发生燃烧。CNG储气瓶和相关汽车配件的加工、制造、安装有严格的规范和标准，可确保安全。
1.3压缩天然气的应用发展情况
1.3.1相关的规章制度
政府为治理环境污染在CNG技术方面制定了一些鼓励和保证措施。如国家正在进行燃油费税改革，在实行费改税后，燃油价格将上升，对CNG技术的发展会有重要的促进作用；如广州市政府出台的措施，每改装一辆CNG公交车，政府补贴4500元；再如北京市政府对CNG加气站建设投入50％的初始资金，同时对公交车和出租车行业新车中CNG汽车所占比例也有强制规定。同时制定了严格而详细的技术标准。国家技术监督局制定了“天然气和液化石油气国家标准体系”，共有标准近50项。技术标准包括基础、整车、专用装置及部件、车用储气罐及附件、CNG气体质量、CNG加气站建设和售气机等34项，管理标准有8项。这些规范、标准的制定，有力地促进了CNG技术在中国的推广和应用。
1.3.2应用效果分析
通过我国应用CNG技术所产生的经济和环境效益的情况可以看出，CNG技术带来了显著的经济效益和环境效益，特别对缓解城市汽车尾气污染，起到了良好作用。因此，CNG技术是减轻汽车尾气污染的根本途径之一。据统计，改用CNG技术后，每辆出租车每天节省约15元的燃料费，年合计5400元，出租车司机的年收入约50000元，每天节省的燃料费约占其收入的1/10，经济效益非常可观。
2城镇压缩天然气的供应
2.1压缩天然气储配站供气
2.1.1城镇压缩天然气储配站的作用
1、作为在管道天然气到达之前的过渡阶段主气源。近年来我国的天然气事业发展很快，特别是长输管道的建设，到2003年底，巾国已建成陆上天然气管道约2．0×104km，海底天然气管道约0.2×104km，天然气管道总长约2．2×104km但目前仍有很多地区，特别是一些中小城镇在一段时期内长输管道还无法敷设到其附近，为能够在管道天然气到达之前使用上清洁、高效的天然气，建设压缩天然气储配站作为过渡阶段主气源便成为一种选择。
2、作为已有天然气城镇的季节性调峰气源或补充气源。随着燃气应用技术的不断扩展，城镇的燃气用气量也在逐年上升，气源紧张状况也时有发生，特别是在我国北方的冬季。为解决城镇燃气使用上的季节性不平衡问题或作为补充气源，压缩天然气储配站在我国的东北地区已经较多地使用。
3、
作为中小城镇的主气源。在输气管道无法到达的地区为能够使用上天然气，可建设压缩天然气储配站作为主气源。由于压缩天然气储配站存在供应中断或供气不足的可能性，需采取可靠措I(设置应急备用气源或调峰储罐)以保证供气的连续性、可靠性。
4、作为城镇工业、商业用气的主气源或补充气源。
2.1.2城镇压缩天然气储配站的适用条件
1、压缩天然气储配站的气源情况
压缩天然气储配站的气源一般为压缩天然气加气母站，接受从母站来的压缩天然气气瓶车(充装压力为20MPa)的来气。因此需综合考虑压缩天自气加气母站的天然气气质、气量，气瓶车的数量、运输距离、交通运输等因素。
（1）加气母站的天然气气质、气量情况
一般情况下，加气母站出站的压缩天然气气质均符合现行国家标准GB18047--2000《车用压缩然气》的规定，除被压缩到高压和杂质含量控制严格外，与民用和工业用天然气无本质区别，可直目供给压缩天然气储配站(没加臭的需在压缩天然自储配站加臭后输入城镇燃气输配管网)。加气母站的日供气规模扣除其他用气需求量外应满足压缩天然气储配站的日供气量要求。
（2）CNG的运输距离及交通运输情况
此因素至关重要，CNG的运输距离直接关系到储配站供气的可靠性和工程造价。运输距离过大会导致气瓶车的途中时间过长，周转次数减少，车的数量增加，从而直接增大了工程造价，还影响供气的可靠性。一般情况下，CNG的运输距离在100～400km为宜，同时也应考虑道路交通运输及气候情况能否满足气瓶车的行驶要求。
2、压缩天然气储配站的供气规模
压缩天然气储配站一般作为在管道天然气到达之前的替代气源、调峰气源或补充气源，因此其供气规模一般不宜过大。从工程投资效益考虑，站内不设置备用气源或调峰储罐的情况下，其规模不宜超过2．5×104m3／d。另外，压缩天然气储配站的供气规模过大，还会导致气瓶车的数量过多，站址占地面积及储气容积相应地增大，造成站址不易选择、造价过高、供气的安全可靠性降低等不利因素。
3、经济条件
综合考虑压缩天然气储配站的造价与管道输气工程的可比性、CNG到站单价、运营成本以及城镇用户的可接受价格等因素后确定是否建设压缩天然气储配站。
2.2城镇压缩天然气储配站的建设
2.2.1工程建设规模
建设压缩天然气储配站首先应对其供气对象进行深入调查，确定各类燃气用户的用气量及用气规律，从而确定压缩天然气储配站的供气规模及技术方案。压缩天然气储配站的天然气总储气量不应小于本站计算月平均日供气量的1.5倍。当压
缩天然气储配站总储气量>30000m3时，应建天然气储罐等其他储气设施以保证供气的稳定性及可靠性；当总储气量≤30000m3时，可采用简易的城镇压缩天然气储配站(不设置备用气源或调峰储罐)。
2.2.2站址选择及总平面布置
1、压缩天然气储配站选址原则
符合城镇总体规划和土地利用规划的要求；与周围建筑物的防火间距应符合《建筑设计防火规范》(GB50016--2006)及《城镇燃气设50028--2006)的有关规定；应具备适宜的地形、工程地质条件，不应设置在受洪水、内涝威胁的地带；交通方便，供水、供电、供热、通信条件好；尽量少占农田、节约用地并注意与城市景观相协调。
一般简易的城镇压缩天然气储配站的占地面积约0．2～0．3hm2，站内设置备用气源或调峰储罐的压缩天然气储配站的占地面积约O．5～O．6hm2。
2、压缩天然气储配站总平面布置
压缩天然气储配站一般由CNG卸气、调压、计量、加臭等主要牛产工艺系统及循环热水、给排水、供电、自动控制等辅助的生产工艺系统及办公用房等组成。储配站的总平面应遵循现行国家相关规范，结合储配站的性质、生产工艺流程、安全、运输等要求进行布置，一般应分为两个区域，即生产区和辅助区。具体要求按《建筑设计防火规范》(GB50016--2006)及《城镇燃气设计规范》(GB50028--2006)中相关章节的有关规定执行
2.2.3压缩天然气储配站工程技术方案
1、工艺流程
压缩天然气气瓶车进入压缩天然气储配站后，首先通过卸气柱上的高压软管将CNG气瓶车与减压计龟加臭装置连接。在减压计量加臭装置内天然气经换热器换热，二级或三级调压后把压力调至所需要的压力，然后经计量、加臭后进入城市中压管网。
换热器中的热水由燃气热水炉提供，通过热水泵循环供给，燃气热水炉所用天然气可由站区中压管网提供。
当CNG供应不足时启用应急备用气源。液态LPG自LPG瓶组橇送至气化混气橇，在气化混气橇内通过热水循环式气化器使液态LPG变成气态LPG，经过滤、调压进入比例式混合器。在混合器内与净化、干燥后的压缩空气按一定的比例混合后，经热值分析仪检测、流量计计量后，送至城市中压管网。
热水循环式气化器所需热水来自燃气热水炉和热水泵、膨胀水箱组成的热水加热循环系统。
压缩空气系统(橇装)由活塞式空气压缩机、缓冲罐、除油过滤器和冷冻式干燥器等组成。
上述系统为带有应急备用气源(橇装LPG混气系统)的城镇压缩天然气储配站工艺系统，其气化、混气、空气加压、净化、干燥、热水加热和热值检测、热值调整均可由仪表间内的中央控制盘监测、控制。简易
的城镇压缩天然气储配站的工艺系统只需将应急备用气源(橇装LPG混气系统)或调峰储罐去掉即可。
2、压缩天然气储配站主要设备选择
压缩天然气储配站主要设备包括气瓶车、CNG减压计量加臭装置、卸气柱、控制装置及应急备用气源或储气装置等。应根据储配站的供气规模、设计参数、工艺流程，本着技术上先进可靠、经济上合理适用的原则选择设备。一般可采用整体型橇装没备，既保证技术上先进可靠、自动化程度高，义因其结构紧凑、体积小，运输及安装都很方便。
3、备用气源方案
作为中小城镇的主气源或过渡阶段主气源的压缩天然气储配站，其作用相当于城镇燃气储配站(或门站)，因此保证燃气供气的稳定性及连续性十分重要。在压缩天然气储配站内没置备用气源或调峰储罐是解决该问题的较好方法，其功能主要为在供气高峰时补充CNG减压计量加臭装置供气能力小足的部分或者当卸气柱无气瓶车卸气时保持不间断供气。
（1）对于不设置备用气源和调峰储罐的城镇压缩天然气储配站，可利用停靠在固定车位的CNG气瓶车作为调峰储罐(不包括在线供气的气瓶车)。
（2）对于采用上述方法仍无法满足供气要求的，站内需设置调峰储罐。从有利于选择城镇输配系统及便于日常的运营维护角度出发，储气方式宜采用次高压级储存。次高压储罐的选型，应根据城镇输配系统所需储气总容积、输配管网压力和储罐本身相关技术要求等因素进行技术经济比较后确定。
（3）对于解决城镇燃气的季节性不平衡问题或气源不足问题，可采用设置小规模的LPG混气系统作为应急备用气源，当CNG供气不足时启用。应急备用气源(橇装)T艺装置主要包括：橇装LPG混气系统、LPG瓶组橇(或储罐橇)、压缩空气橇等。
（4）在储气方案中还可以采用地下储气井、地下高压储气管束、地上气瓶组储气等方式，可根据实际情况进行选择。
4、公用辅助工程
压缩天然气储配站公用辅助工程主要包括建筑、给排水及消防、供暖及通风、电气、仪表自控、绿化等专业工程，可参见相关标准规范进行设计。
2.3工艺流程及主要设备的选用
2.3.1压缩天然气输配由以下3个工艺组成:
1、天然气的加压工艺.天然气经净化处理后,利用多级压缩机组将天然气压缩到20-50Mpa,经灌装设备装入压缩天然气钢瓶中,天然气气质必须满足高压运送要求,并严格控制硫化物、水及二氧化碳的含量.
2、压缩天然气的储运工艺.利用汽车、船舶将压缩天然气瓶组运送到用气点.这一过程充分利用公路、船运便利灵活和压缩天然气瓶组量可随意调整的特点,满足不同用户的需要.
运送方式有两种:管束式、集装箱式.
3、减压输送工艺.为满足城市燃气管网系统的需要,可选用多种工艺、设备将压缩天然气的压力减至城市燃气管网的各种高、中、低压的压力级别,以满足不同用户的需要.此项工艺是压缩天然气的一个绝热膨胀过程,需要有伴热系统提供热源,也是天然气输配技术的核心部分.
https://www.doczj.com/doc/0a16507034.html,G系统工艺流程
CNG系统供应城镇方式源自天然气汽车加气的子母站系统。由于子母站系统技术成熟，灵活方便，而且投资比建独立加气站少，因而提出借鉴子母站系统的运行方式采用CNG供应城镇燃气。CNG城镇燃气供应系统主要由取气点加压站，CNG钢瓶拖车，城镇卸气站，城镇输配管网组成。
天然气首先经计量，调压后进入净化装置，脱除水，硫化氢，二氧化碳，达到标准要求。经压缩机加压至15~25MPA，通过加压站的高压胶管和快装接头向CNG钢瓶拖车充气，当钢瓶压力达到设定值后，压缩机自动停机。CNG钢瓶拖车通过公路运输到达城镇卸气站，通过卸报站的高压胶管和快装接头卸气，CNG首先进入一级换热器加热（防止天然气通过调压器减压时温降过大，影响后续设备及管网的正常运行），再进入一级调压器减压，之后依次经过二级换热器，二级调压器，三级调压器，将压力调至城镇管网运行压力，经计量，加臭后进入城镇输配管网。
卸气装置的加热和调压级数应综合钢瓶拖车最高工作压力，调压装置卸气能力，城镇管网设计压力等因素确定。卸气站的调峰可采用多种方式，如管束储气，储罐储气，设调峰气源以及利用钢瓶拖车等。由于每辆钢瓶拖车的载气能力为3000~6000立方米，具有一定的调峰能力，利用CNG钢瓶拖车调峰不失为一种经济，灵活的调峰手段。
2.4压缩天然气站供气的经济性分析
由于受拖车数量，运输条件，运距，气候等因素限制，决定了CNG系统供气规模不宜过大。现以供气规模为2万户和5万户居民为例，分析CNG供应和长输管道供应两种方式的适用范围。方案一为CNG供气方案，包括取气点加压站，钢瓶拖车，城镇卸气站，城镇输配管网。方案二为长输管道方案，包括长输管道，城镇门站，城镇输配管网。两种方案均暂不考虑供应沿线城镇，从而得出不同输送方式与供气规模，运距（以10~500千米为限），投资及成本等因素的相互关系。其中城镇输配管网方案相同，调峰储气设施根据不同方案分别考虑，长输管道输送方案的储存容积根据用户计算月平均日用气量确定，CNG方案储存容积由于目前尚无规范可依，考虑该供气方式的特点，暂按2~3天计算月平均日用气量考虑。天然气原料价格暂按0.55元每立
方米计算。
通过方案比较分析如下：
1、供气规模相同的情况下，随着运距的加大，CNG输送和长输管道输送的投资及成本均呈增长趋势，其中长输管道的增幅较大。
2、随着供气规模的扩大，长输管道的投资增加幅度相对较小，成本的下降趋势较为明显，而CNG输送的投资增加幅度较大，成本降低趋势不明显，可见供气2规模对CNG输送方式的投资影响较大。
3、当供气规模2万户左右，成本控制在一点六元每立方米以内时，运距在80千米以内采用长输管道输送较为合理；而在80~250千米范围内采用CNG方案在用户承受能力，投资和成本上较占优势。
4、当供气规模在5万户左右时，300千米以内宜采用长输管道输送，300~400千米范围内可采用CNG输送。但考虑到供气规模较大，应结合当地气源状况，运输条件等具体情况，在确保能够安全稳定供应CNG的前提下采用该方案。
5、随着供气规模的扩大，由于受拖车数量，运距等条件制约，CNG输送方式的适用范围逐步缩小，供气规模不宜过大，宜控制在5万户以内。
6、通过定量分析两种供应方式，当城镇供气规模过大或供气距离过长时，宜采用其他供气方案。
7、以上CNG城镇供应方式是在将取气点设气田附近（原料价格0.55元每立方米）这一特定条件下进行比较的，如果考虑从长输管道所连接的就近城市取气，其原料价格将会增加（据初步估计到城市门站的天然气价格为1.1~1.3元每立方米），如果销售的平均气价不变（1.8~1.9元每立方米），CNG供气方式的供气范围将会缩小。建议CNG取气点建军在气田附近以便能够得以廉价的CNG，或可以将这一供应方式应用于气价承受能力较大的城镇。
3压缩天然气作为车用气体燃料的应用
3.1压缩天然气加气站
1、加气站工艺流程
压缩天然气是一种最理想的车用替代能源，其应用技术经数十年发展已日趋成熟。它具有成本低，效益高，无污染，使用安全便捷等特点，正日益显示出强大的发展潜力。天然气加气站一般分为三个基本类型，即快速充装型，普通（慢速）充装及两者的混合型。
快速充装站形同我们一般加油站，一般轻型卡车或轿车需在3-7分钟之内完成加气。一个典型的快速充装站所需的设备包括天然气压缩机，高压钢瓶组，控制阀门及加气机等，辅肋设备包括一种单塔型无胶粘剂的可再生分子筛干燥器及流量计。
快速充装站主要是利用钢瓶组中的高压结合压缩机快速向汽车钢瓶充气。高压钢瓶组通常由3至12个标准钢瓶组成，一般分成高、中及低压三组。阀门组及控制面板包括3个子系统：优先
系统控制压缩机向各钢瓶组供气的次序；紧急切断系统当系统出现紧急情况时，可快速切断各高压钢瓶组向加气机供气；顺序控制系统是负责控制高压钢瓶向加气机的供气次序，以保证加气机的加气时间最短，效率最高。
目前三储气瓶（组）三线进气加气系统被认为是较理想的高效低成本加气控制方式，这种系统，压缩机一般仅向储气钢瓶充气，因而排气量并不需要完全满足各加气机的实际加气速率。加气机首先从低位（优先）瓶组中取气，当汽车钢瓶内的压力与低位储气瓶的压差或加气速率小于预设值时，加气机转而从中位瓶中取气直至高位瓶。在整个加气过程中，压缩机仅在各钢瓶组内的压力低于它们各自的预设值时才会启动。
普通充装站则是针对交通枢纽，大型停车声等有汽车过夜等停留较长时间的情形，汽车可充分利用这段时间加气。普通充装站的主要设备仅包括天然气压缩机，控制面板及加气软管总成，天然气压缩机从供气管路抽气并直接通过加气软管送入加气汽车。这种加气系统的优点为站内无须高压气瓶组及复杂的阀门控制系统甚至加气机，因而投资费用极省。
2、天然气充装压缩机
典型的天然气汽车加气站的充装压缩机一般排气量少于150Nm3/H,电机功率60马力左右。依据不同的吸排气压力及排气量，压缩机通常采用2-3级压缩，双活塞杆结构。为满足24小时不间断工作的要求，压缩机应为连续重载设计。根据车内的气质条件，为降低气缸冲击应力，提高设备运行的可行性，小型压缩机的转速一般宜限制在1000RPM以内，加气母站所用的大型压缩机转速宜更低些。
由于天然气含油对汽车发动机的损坏非常大，因而天然气汽车加气站内的小型压缩山村一般宜选择无油润滑的干气缸型。一台完整的组装好的汽车加气站专用压缩机通常应包括压缩机本体，防爆电机及皮带传动系统，一体型的水冷循环系统，压缩气体级间以及末级冷却器，安全泄压阀，自动气路控制阀，现场安全控制开关与仪表等。加气母站配套的大型压缩机，考虑到设备运行的可靠性，可以选用有油或少油润滑方式，但曲轴箱与气缸之间真正意义的隔离段及可靠的甩油板与填料密封结构，以防油气间的相互。<
3、什么是天然气加气站？
天然气加气站是指以压缩天然气（CNG）形式向天然气汽车（NGV）和大型CNG子站车提供燃料的场所。天然气管线中的气体一般先经过前置净化处理，除去气体中的硫份和水份，再由压缩机组将压力由0.1-1.0Mpa压缩到25Mpa，最后通过售气机给车辆加气。
4、天然气加气站是如何分类的？
一般根据站区现声或附近是否有
管线天然气，可分为常规站、母站和子站。
什么是常规站？常规站是建在有天然气管线能过的地方，从天然气管线直接取气，天然气经过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机进行压缩，然后进入储气瓶组储存或通过售气机给车辆加气。通常常规加气量在600-1000M3/h之间。
（1）什么是母站？
母站是建在临天然气气管线的地方，从天然气线管线直接取气，经过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机压缩，然后进入储气瓶组储存或通过售气机给子站中或
母站的加量在2500-4000M3/h
之间。
（2）什么是子站
子站是建在加气站周围没有天然气管线的地方，通过子站运转车从母站运来的天然气给天然气汽车加气，一般还需配小型压缩机和储气瓶组。为提高运转车的取气率，用压缩机将运转车内的低压气体升压后，转存在储气瓶组内或直接给天然气车加气。子站建在加气站周围没有天然气管线的地方，通过子站运转车从母站运来的天然气给天然气汽车加气，一般还需配小型压缩机和储气瓶组。为提高运转车的取气率，用压缩机将运转车内的低压气体升压后转存在储气瓶组内或直接给天然气车加气
3.2车用气体燃料发展情况
目前，天然气被世界公认为是最为现实和技术上比较成熟的车用汽油、柴油的代用燃料，天然气汽车已在世界和我国及我市得到了推广应用。
我国目前推广应用的是可分别燃用压缩天然气或汽油压缩天然气—汽油两用燃料汽车，简称CNG汽车，今后还将大力推广应用单燃料天然气汽车。车用压缩天然气的压力一般在20MPa左右。可将天然气，经过脱水、脱硫净化处理后，经多级加压制得。其使用时的状态为气体。
4压缩天然气作为居民用气的应用
4.1压缩天然气供气在中小城镇的应用
压缩天然气（CNG）供气是近年来发展起来的一项新的供气方式，它采用了一些新的技术，并且已在中小城镇的供气中发挥作用。
4.1.1天然气的前景
近年来我国城市的天然气供应发展迅速，整体形势非常好。1996年陕甘宁天然气田向北京供气，东海气田向上海浦东供应天然气，并相继在新疆的塔里木，吐哈和青海的柴达木盆地发现了新的气田，为西气东输在气源上做了充分的准备，最近在内蒙古的鄂尔多斯地区天然气勘探又有了新的成果，储量可达5000亿立方米。仅目前已掌握的储量可以至少供应30-50年。
与此同时，进口俄罗斯天然气的工作也在紧张有序地进行，预计2007年可以供应每年100亿立方米，从而有效地满足我国东北、华北地区的天然气需求。
要发展天然气供气，气源是关键，有了足够的天然气，城市供气才有
保证。
4.1.2中小城镇的天然气供气
西气东输和引进俄罗斯天然气的输送管线将经过那些经济发达，人口密集，环保要求高，工业集中的大型中心城市，并向它们供气。这是我国十五计划的重点，是国务院的重点工程，也是我国经济发展的重大项目。
但是，对于距长输管线较远的中小城市，怎么办？如果从干线上接一条几百公里的管道，建设费用高，需要地方自筹，干线开口又有一定的位置，距市近的地方不一定有预留采气口，开口还需付开口费。这些，对于用气规模较小的城市在经济上划不来。那么，有没有办法让中小城市也经济地用上清洁方便的天然气呢？有。这就是压缩天然气（CNG）供气。
4.2CNG供气的适用范围
CNG供气并不适用于所有地区、所有城镇，它有一定的适用范围。
1、用气地区距天然气管线不太远，且有CNG采气的地方（即“采气站”）；CNG的运输距离最好在300公里以内，最远不应超过500公里，应根据具体情况认真核算。一般讲，远距离输送超过500公里就不经济了。
2、运输方面要有良好的道路条件，在较恶劣的气候条件下仍能保证畅通的运输，即使在大雨、洪水、大雪、大雾等情况下也不会造成长时间的交通断绝。城市天然气储备量一般按2-3日考虑，不超过一周，否则需较大的设备投资。
3、CNG的供气规模不宜太大，一般在5万户以内；对工业用户的供气量也不宜太大，以天然气为原料或燃料的大型工业企业，用CNG的方式供气也是不适宜的。
4、CNG可以作为城市/小区先期供气的一种方式；例如在规模很大，长输天然气管道已有计划，但一时来不了，却又有迫切供气要求的城市，可先采用CNG的方式部分供气，待天然气管道建成以后再进行转换，这样既解决了燃眉之急，又省去了燃气置换的种种麻烦。因为对用户供气的各项参数，如燃气的压力、华白数以及管线的材质、管径及表灶等来说，先期CNG供气和以后的管路天然气供气是完全一致的，将来只需将管道连接好，拆除CNG供气设备，即可进行转换，非常简单方便。
4.3经济性比较
对于城市燃气来说，天然气的优质、廉价是其他燃气无法与之竞争的。当然，在用户稀少且分散的偏远地区，还需发挥瓶装液化石油气的优势。
1、与人工煤气相比
人工煤气具有污染严重，投资高，建设周期长，成本高，效益低等缺点，经营人工煤气的企业很少有不亏损的，即使不计较是否盈利，人工煤气项目也越来越难通过环保部门的审核。只有煤矿附近的居住区，原料非常便宜，且矿区一般地处偏远，对环境要求不高，才有可能建设人工煤气项目。对于
人口密集的大中城市，人工煤气的新建项目往往由于不能通过环境评估而不能立项。所以，人工煤气无论从经济效益还是从环境保护的角度，都无法与天然气相比。
2、与液化石油气相比
液化石油气的供气方式有：瓶装液化石油气供气方式；液化石油气混空气管道供气方式；纯液化石油气汽化后管道供气方式等。不论那种方式都以液化石油气价格为基准价格。
这里按一般的价格情况进行对比，如：
液化石油气3000元/吨
压缩天然气1.8元/立方米
那么换算成单位热值的价格可见下表：
燃气
热值
批发价格
单位热值价格
LPG
93MJ/M3
3000元/吨
0.27元/4.18MJ
CNG
35MJ/M3
1.8元/立方米
0.215元/4.18MJ
通过上表可知单位热值的燃气批发交割价CNG只相当于LPG的80%，而CNG厂站的基本建设费用和日常管理费用都明显低于LPG供气方式。
4.4工艺
CNG的中小城镇供气系统主要由以下几个部分组成：
1、采气点加压站
由天然气田或输气管线引进天然气后，经过调压，然后进入净化装置，脱水，脱硫，脱二氧化碳，净化后的天然气经压缩机加压至15-25MPa。
2、CNG钢瓶拖车
在加压站向CNG钢瓶拖车充气，到达规定压力后，拖车将CNG送往用气城镇。
3、卸气站（储配调压站）
4、城镇输配管网
在卸气站内，天然气一般经过加热、调压、计量、加臭后进入城镇输配管网。
减压输送工艺是压缩天然气（CNG）供气技术的核心部分。根据应用场合的不同，典型的流程可有以下两种：
工艺一：无储气装置，天然气经两级调压后将压力减至管网运行压力（一般为0.3～0.4MPa）,再经计量加臭后，输入城镇输配管网。此工艺适用于小规模的城镇或小区供气，或应用于用气量较小的专用户，一般用气量不超过4000Nm3/d，而CNG钢瓶拖车的运载能力应能满足2～3日的用气量要求。
工艺二：应用于供气量较大的场合，采用三级减压，其中天然气经二级减压至1.6MPa后一部分进入调峰储气设备，另一部分经第三级减压至管网运行压力（一般为0.3～0.4MPa），再经计量加臭后，输入城镇输配管网。一般此工艺的供气规模在5000Nm3/h以下。
上述两种工艺，其核心减压、加热部分均可采用箱式或橇装调压站的方式，这种调压站结构紧凑合理，占地面积小，总体造价低，其优越性已逐渐为越来越多的用户所认同，并得到广泛应用，如北京周边的密云、平谷、昌平，青岛的黄岛等。仅在京津地区，已有愈10座投入使用。其中，北京密云的CNG调压站采用意大利飞奥公司进口设备，于2000年元月投用，作为国内第一套全进口设备，已成为CNG调压站
的典范。
4.5CNG调压站
由于CNG调压站超高压减压的特点，比之常规的调压系统，有以下一些特点和需要注意的地方：
1、CNG调压站由调压器、紧急切断阀、放散阀、热交换器及截断阀（一般为球阀）等关键设备组成，并配以相应的管道、管件、仪表等。如配置有对热交换器提供热水的专用锅炉，则调压装置中还应配置该专用锅炉的燃气（天然气）供应系统。
2、进入调压装置的CNG应是清洁无油的，如不能保证这一点，则在调压装置前应设除油及过滤装置。
3、调压一般至少分两级进行，这样比较安全合理。在每级调压器的燃气出口处均应设紧急切断阀和安全放散阀，在调压器出口压力过高时，紧急切断阀立即动作切断气流以保障安全。紧急切断阀宜选用人工复位型。
4、调压装置中宜设置备用调压路，以保证不因发生故障而中断供气。
5、调压装置中应设置热交换器，在每级减压之前加热天然气以避免因减压节流带来的大幅度温度降低而发生冷凝结冰等现象。加热介质一般为80℃的热水，取自现成的热水源或专门设立的锅炉，锅炉可直接利用CNG调压装置中的经减压后的天然气作能源。
6、调压装置中在每级调压器的进出口均应设置压力表和温度计，每级热交换器后应有温度计并宜设置温控开关。
7、CNG调压装置内各器件及管道的布置应便于操作和维护检修；CNG调压站装置可设置在地上单独的箱内或地上单独的建筑物内；设置于空旷地带的CNG调压站应单独设置避雷装置。
CNG供气由于具有工艺简单、建设周期短、投资省、运营成本低等特点，对于距离气源较近或长输管线所到达的大城市的周边地区，对用气量不大的城镇的居民用气或中小型工业用户，不失为一种很好的供气方式。在天然气管网已经十分密集的欧洲各国，由于CNG供气方式独特的优越性，近年来，在管网铺设不到的偏远地区或地形复杂的山区，这种方式也越来越多地被采纳。随着CNG供气站在国内的逐步推广应用，有关的规范、标准也将逐步完善，这种供气技术的应用日趋成熟。实践证明，CNG供气在中小城镇有颇高的推广价值。
5压缩天然气作为城市管网应急供气的应用
城市供气管网特点
1、天然气输配公司将油气田采集的天然气集中处理净化后，通过压缩机将天然气升压至4～10MPa，经输气主管线送到沿线各城市。在各城市的天然气门站中，经调压器等减压装置将天然气分级降压至2.5～4MPa后输入城市输配主干线，再根据不同区域用户的使用压力要求经区域调压装置再将天然气压力调至0.002～0.4MPa。
2、各城市天然气使用量都较大。苏州市2008年
计划供应量为6×108m3，南京市为3.5×108m3，但供应量仍不能满足城市飞速发展的需要。
3、冬季、夏季用气量相差大。以苏州为例，夏季用气量最少时仅120×104m3/d，而冬季用气量大时可达240×104m3/d，冬夏季的峰谷差达到2倍。据统计北京的冬夏季峰谷差接近8倍。
5.1概述
在以前人工煤气时代，商业用户一般只是餐饮及热水类用户，不发展供暖用户。随着环境保护意识的加强，有很多设备从使用煤、柴油、重油及电等能源转变为使用天然气，尤其是燃煤锅炉逐步改造为燃气锅炉，改变了用气规模及方式，这就使燃气用气不均匀而需要调峰的问题更加突出。天然气长输管道是高压输送，有一定的储气能力，但由于它需要通过不少的城市，储气调峰能力将大为减少，因此，各用气城市需要自建储气调峰设施来解决早、中、晚各时段居民及工商用户的不均匀用气高峰问题。随着城市棚户区改造进程的加快，区域人口密度越来越高，燃气用量增长迅速，寻找城市燃气经济合理的储气调峰途径已迫在眉睫。另外，东北地区城市冬季的用气量可达夏季用气量的4倍，季节不均匀性也应引起足够的重视。
5.2调峰设施与工艺流程
在人工煤气时代，各燃气公司基本上都采用低压储气罐来储气调峰。在用气低峰时采用储气罐储存，在用气高峰时，用压缩机升压后将燃气送入管网进行调峰。随着天然气时代的到来，人工煤气转换为天然气的城市越来越多。在市区建设储气罐，尽管能够保证足够的防火距离，但是周边的居民区、商业区等区域的人们仍然心存疑虑。随着人民生活质量的提高，将会增加用气量及不均匀用气调峰量，地面上的燃气储气调峰设施与城市景观产生矛盾J。在东北地区冬季气源不足和小时不均匀用气的问题显得尤为突出。在解决这个问题时，压缩天然气(CNG)充当了很重要的角色。在气田或城市门站建设CNG母站，将天然气压缩成20MPa的压缩气体，充装在容积为18m的CNG气瓶车里，每辆CNG气瓶车可以储存4000m的天然气，在200km运输距离范围内用CNG气瓶车运输CNG比较经济合理。2×10m的低压储气罐，可用5辆CNG气瓶车来代替。CNG气瓶车交替地停靠在加气站，同一时间停靠在站内3辆CNG气瓶车时，天然气调峰量可达4000m／h以上。城市燃气管网在早、中、晚每时段持续约2h的高峰期，采用CNG气瓶车从20MPa减压到0．1～0．4MPa，将天然气释放到中压管网。
5.3应用情况分析
工业用户的用气负荷基本稳定，居民用户和公建用户的用气负荷波动范围较大，需考虑设调峰设施。
调峰储气量的计算公式为：
V＝QK
式中：V--调峰储气量（Nm3/
d）
Q--高峰月平均日用气量（Nm3/d）
K--小时调峰储气系数
分别计算不同供气规模的调峰量如表3。（民用:非民用=8:2，K=20%）
不同供气规模的调峰量
规模
1000
户
3000户
5000户
10000户
20000户
30000户
调峰量(Nm3)
232
694
1158
2315
4630
6943
由此表可知：
1、当供气规模＜20000户时，调峰量不大，可利用备用的气瓶组来调节用气的高峰负荷，而不需建储气罐，以减少投资；
2、当供气规模≥20000户时，调峰量较大，需备用气瓶组的数量增多，运行费用也较高，进行经济技术比较后，可考虑建中等压力储气罐来调节用气的高峰负荷。
6结论与展望
6.1结论
1、CNG为缺能城镇提供了一种新的供应方式，也为天然气在国内市场开发出一片新的领域。
2、CNG供应城镇系统具有工艺简单，投资省，成本低，工期短，见效快的优点，适于向距气源较近的中小城镇供应燃气。通过实际应用，证明CNG城镇燃气供应方式具有一定的推广价值。
3、由于影响CNG城镇供应方式的因素较多，应综合考虑其供气规模，用气性质，气源位置及数量，原料价格，运距等因素，合理地确定供气方案。
6.2展望
由于能源紧缺和人们环保意识的不断提高，利用城市天然气管网压力差来液化天然气进行调峰、LNG中所蕴藏的冷热能利用会越来越快地提到议事日程。一些较成熟的工艺装置在投入实际运行。期待在不久的将来，LNG调峰和冷能的利用会更好地服务于社会，创造更多的财富。