來(lai)源：天然氣（煤層(ceng)氣）與管道網(wang)
轉載武漢市燃氣熱力規劃設計院

1 概述

隨著全球石油資源的日趨短缺以及對環保節能的新要求，天然氣在車用能源上的優勢日顯突出。我國在20世紀80年代后期，由四川石油管理局引進第一臺成套天然氣加氣和車輛改裝設備。截至2006年，我國已經建成了不同類型的天然氣加氣站(CNG站)逾700座，擁有天然氣汽車逾30×104輛。隨著陜一京線、西氣東輸、忠武線等大型輸氣管道的陸續投入運行，我國的CNG汽車加氣站的發展將迎來新的機遇。筆者在平時的設計工作中，接觸的進口的壓縮機品牌分別有美國Ariel、加拿大IMW、意大利Safe、意大利Fornovo Gas，國產的壓縮機品牌分別有自貢通達、重壓、四川金星、安瑞科等。

天然氣壓縮機作為CNG加氣站最主要的核心設備，其采用的技術與很多基礎機械工業相關。無論是設計理念、材質、熱處理技術、加工精度都必須要達到很高的水平，以壓縮機的連桿為例，不僅要考慮到它的負載特征，還要對其運行的溫度作嚴格的限制。因此，在確定氣體組成、進氣壓力、排氣壓力等重要參數后，還必須使用專用設計軟件對壓縮機的各項參數進行計算，在合理的溫度條件、合理的連桿負載下核實其負載能力。在這方面我國壓縮機制造水平與國際先進水平相比，特別是與國外大型壓縮機公司相比，還有很多可學之處。

國內使用的天然氣壓縮機在氣缸布局上是以W型、V型、D型、L型為主，排氣量為300～1500m3/h，也有排氣量在1500m3/h以上的機型，冷卻方式為水冷或混冷(壓縮天然氣采用風冷，氣缸與潤滑油采用閉式循環水冷)。國外天然氣設備成橇商陸續進入中國，也給國內帶來了先進的壓縮機技術，壓縮機大排氣量、小體積、少油潤滑、全自動運行、風冷技術等都反映了當今的國際先進水平。隨后國產壓縮機也不斷地學習和開發研究，部分產品已經開始推廣使用，但其技術水平與國外先進水平仍然有一定的差距。

2 壓縮機選擇的評估標準

2.1 制造標準

在各國的制造標準中，設立最早并且最為完善的是美國石油協會API 618《石油、化工和氣體工業往復式壓縮機》標準，其標準號為API 618—2008。相對于其他制造標準，該標準對制造商的設備性能提出了很多的約束條件，以保證用戶使用設備的安全性和穩定性。

2.2 適用性

設計應與應用條件一致，系統才能高效率運行。

① 設計的吸氣壓力、排氣壓力、氣體流量應滿足需要，確保加氣量和加氣速度滿足用戶需要。

② 系統各部分的性能應匹配，特別是壓縮機、電機、冷卻系統、控制系統、過濾回收系統之間的性能應匹配。

③ 系統設計應滿足實際運行環境，特別是冷卻系統。目前壓縮機風冷技術是國際發展趨勢。

2.3 可靠性

系統和各元件的質量可靠，減少維護費用和停機檢修時間。這一點往往容易被用戶忽略。質量一流的部件是創造系統高可靠性的重要保證，這包括：

① 壓縮機，其中包括缸體、連桿、活塞和氣閥等。

② 用于驅動壓縮機和冷卻風扇的電機。

③ 儀器、儀表、手動或自動閥門、調壓閥、安全閥、各種壓力和溫度傳感器及開關等。

④ 穩定高效的控制系統。

⑤ 易損件，其壽命應保證長時間運行，少油潤滑壓縮機應保證8000h。

2.4 安全性

系統的安全性由壓縮機每個元件所設立的安全措施來進行保障。它包括：

① 系統的泄壓閥。

② 系統入口的自動切斷閥。

③ 系統壓力容器和主要管道要設立安全閥。

④ 壓縮機的各級之間和出口應有溫度和壓力傳感器。

⑤ 壓縮機應裝有振動保護開關。

⑥ 電機應裝有過流過載保護裝置。

⑦ 系統中的電氣設備必須滿足防爆要求。

2.5 經濟性

系統的經濟性可以通過以下的指標進行衡量：

① 系統的能耗指標，特別是壓縮機組主電機的能耗，這是加氣站的主要運行成本。我們在壓縮機選型時，通常的做法是在同樣的入口壓力條件下，對不同型號壓縮機的單位能耗進行對比，在這個過程中通常進口設備有較大的優勢。

② 冷卻方式也對設備的經濟性有較大的影響。現在公認風冷是CNG壓縮機發展的方向。一般風冷卻器的制造費用是水冷卻器制造費用的1.5倍。而在壽命期內，水冷卻器的維護費用是風冷卻器的幾倍甚至更多，還要建水處理裝置等，而且對銹蝕和水垢的處理仍然無法徹底解決。

③ 易損件的使用壽命決定了壓縮機無故障運行的時間。如果易損件壽命短，將會增加設備的停機維護時間、人員的工作量、零件的采購費用，從而增加運行成本。

3 CNG壓縮機選型的技術要點

3.1 壓縮機結構型式

天然氣壓縮機結構型式多為w型、L型，曲軸為常曲拐設計，導致往復運動部件——活塞、活塞環、活塞桿、填料、十字頭均易產生偏磨，造成壓縮氣體泄漏、氣體含油量增加。由于其體積流量和功率等級很難達到大型要求，角度式天然氣壓縮機以中小型為主，在實際運用中排氣量多在3000m3/h以下。

隨著越來越多的國內用戶引進國外的天然氣壓縮機，我們選用了更為先進的水平對稱式壓縮機。該機型氣缸為水平對稱平衡式結構，曲軸互成180°，使得慣性力、慣性力矩均平衡，而且切向力十分均勻，因此，振動非常小，運轉平穩，運行噪聲低。相對于角度式天然氣壓縮機，對稱平衡式壓縮機的轉速更高，活塞環、填料的工作條件較好，現在是國內大排氣量天然氣加氣母站和標準站用天然氣壓縮機的主導結構型式。

3.2 潤滑方式

選擇有油潤滑還是無油潤滑壓縮機，一直困擾著許多的用戶。從目前國內對國產和進口壓縮機的使用情況來看，少油潤滑壓縮機是天然氣壓縮機的發展趨勢。這是因為少油潤滑壓縮機在運行過程中潤滑油參與氣缸和填料函的動作，保證了壓縮機在高轉速(1500r/min)下易損件的壽命，且潤滑油也參與了氣缸的密封、清潔和降溫。如進口少油潤滑壓縮機的易損件壽命都達到8000h以上，甚至能達到16000h。

大部分的無油潤滑壓縮機由于需要考慮氣缸的磨損以及摩擦熱的問題，只能保證壓縮機在低轉速(1000r/min)下運行，即使這樣還是不能保證易損件的壽命。通常無油潤滑壓縮機的易損件壽命為4000h，有些國產壓縮機的易損件壽命只能達到2000h甚至更低，而且在填料函和活塞環過早損壞后，曲軸箱潤滑油也進入氣缸，導致氣體含油量增大。

3.3 氣流脈動和振動

這是很多用戶在選擇壓縮機時容易忽視的問題之一。氣流脈動也是往復式壓縮機都必須解決的一個問題，過大的氣流脈動會引起壓縮機的振動，對整個橇體內的元件造成損傷。API 618《石油、化工和氣體工業往復式壓縮機》第3.9條對氣流脈動和振動的消除作了明確的規定，用戶在采購壓縮機時可以要求制造商提供脈動分析報告，并且要明確氣流脈動裝置的設置。

3.4 冷卻方式

筆者通過對國內外多款壓縮機的實際運行狀況的分析認為，要消除水冷壓縮機的固有弊病，較好的辦法是選擇全風冷壓縮機。有的企業認為，水冷或混冷的壓縮機冷卻效果要優于風冷。這種看法是不全面的。CNG壓縮機在國外已經有逾70年的歷史，從最初的水冷、風冷兩種冷卻方式并存，演化到現今以風冷為主流。這說明：①國外成熟壓縮機技術更傾向采用風冷，由于很好地控制了壓縮機各級的壓縮比，并不存在排氣溫度過高的問題。②國內由于CNG壓縮機領域的技術相對滯后，在宣傳中夸大水冷機組的表面好處，卻回避了水冷機組的許多不足：結垢、腐蝕增加運行成本等。

實踐證明，很多進口全風冷壓縮機的壓縮工藝流程設計的合理性保證了每級氣缸的排氣溫度不超過160℃，在實際運行中有的氣缸排氣溫度不到100℃，在分級冷卻后出口溫度高于環境溫度的值小于15℃，冷卻效果非常明顯。

4 結語

作為天然氣加氣站的核心設備，用戶在天然氣壓縮機的選型和購買過程中，不要只注重壓縮機排氣量是否滿足生產需求、價格是否足夠低廉，還應該從制造標準、結構形式、維護費用等各方面綜合考慮設備性能，確保加氣站投產后的正常運營和預期收益。