天然氣子站工藝設(shè)備的核心部分是壓縮機。壓縮機主要分為三種類型:傳統(tǒng)機械式壓縮機、液壓平推式子站設(shè)備系統(tǒng)、液壓活塞式壓縮機。這三種設(shè)備在加氣子站中均能起到增壓作用。由于其工作原理及結(jié)構(gòu)形式的差異,給加氣站經(jīng)營方帶來的使用性、經(jīng)濟性有較大差異。雖然液壓活塞式壓縮機在國內(nèi)誕生較晚,但由于液壓活塞式壓縮機是專門針對子站工況特點設(shè)計,其工藝流程的適應(yīng)性強,使用效能佳,代表了當(dāng)今子站壓縮機的發(fā)展方向。
一、傳統(tǒng)機械式子站壓縮機
其傳動模式是:電機帶動曲軸旋轉(zhuǎn),通過連桿、十字頭、活塞桿,帶動活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動,實現(xiàn)氣體的壓縮過程,實現(xiàn)增壓目的。如下圖:

特點:
(1) 技術(shù)成熟。國內(nèi)外機械式壓縮機有上百年的發(fā)展歷史。
(2) 氣缸內(nèi)余隙較大,壓縮氣體溫度較高、壓縮效率較低
。
(3) 泄漏量大。曲柄帶動活塞高速運轉(zhuǎn),在氣缸設(shè)計中填料
、活塞環(huán)是必要部件,且都有間隙
,天然氣泄漏不可避免
。其中,活塞環(huán)泄漏是內(nèi)泄漏
,填料泄漏是外泄漏(目前
,填料氣體收集成本相當(dāng)高,國內(nèi)外都沒有采用)
,而且泄漏率會越來越大
。一般國內(nèi)嶄新壓縮機的泄漏率約0.6%
,隨著運行時間延長,會達到1%-3%
;
(4)能耗較大。選用電機功率較大(75
kW或90kW),啟動電流也大。因此不能頻繁啟動
。下圖是槽車壓力與軸功率和排氣溫度曲線。從圖線可以看出
,

(1) 槽車壓力在10MPa時,功率最大,其它壓力段的無功損耗較多,為了保證電機在空負荷下啟動,在停機時要將氣缸及管線內(nèi)的氣體放空。
(2) 維護費用高。易損件多、互換性較差。由于來回高速摩擦,活塞環(huán)、支撐環(huán)、連桿瓦、填料等都是易損件。這種易損件各生產(chǎn)廠家都不能互換,買了這種設(shè)備,往往需依賴其提供配件
。
(3) 噪聲大。機組振動大、運轉(zhuǎn)噪音高
。在高速運轉(zhuǎn)過程中,各運動部件都有間隙(不然是不能運動的)
。氣閥的高頻率啟閉
,都會產(chǎn)生撞擊聲,裸機噪聲大多在90分貝以上
。
(4) 其工藝流程中必需設(shè)置較大規(guī)格的儲氣裝置。
二、液壓平推子站設(shè)備系統(tǒng)
液壓平推設(shè)備系統(tǒng)工藝的CNG加氣子站,由專用槽車
、液壓工作橇、售氣機等組成
。其工作原理是:液壓工作橇提供高壓油
,通過一系列控制閥逐次注入專用槽車的每只長管鋼瓶內(nèi),將長管鋼瓶內(nèi)的天然氣以20MP
a的恒定壓力推出來,從而通過售氣機給汽車加氣
。如下圖:左邊是專用槽車,右邊是液壓工作撬
。

特點:
(1) 節(jié)能效果較好。選用電機功率一般為30
kW或60kW。但液壓系工作壓力較高,不低于20MPa
。
(2) 簡化加氣站流程。加氣站設(shè)備只需槽車和液壓工作撬系統(tǒng)、售氣機即可
。占地面積小。單線加氣
。由于沒有儲氣設(shè)備
,不能多線加氣。
(3) 使用專用槽車,與普通槽車不能通用
。
(4) 液壓油中含有專用添加劑,揮發(fā)量較大,購買成本較高 。通常高壓天然氣與高壓油的相互滲透量還是較大的
,如果不是與天然氣不相溶的專用液壓油,排出的天然氣含油量會很大
,將直接影響下游設(shè)備和CNG汽車的正常運行
。
(5) 槽車的每支鋼瓶內(nèi)天然氣通過液壓油推出以后總有一定的剩余量,在回油過程中通過放空口向大氣放散,造成損耗及環(huán)境污染
。天然氣泄漏率在1%左右。
(6) 排氣壓力不超過20Mpa,容易造成下游供氣不足的情況。
(7) 排氣量恒定,適應(yīng)性較差。其排氣量由液壓油泵的排量決定
,進多少油才能排多少氣
。油泵的排量是恒定的,因而排出的氣體量也是恒定的
,所以適應(yīng)加氣高低峰能力較差
。
(8) 由于天然氣出口沒有冷卻,其排出的氣體溫度相對要高一些。
(9) 一次性投資成本最高。

三、立式液壓壓縮機(立式氣缸)
液壓壓縮機是將傳統(tǒng)機械壓縮機的動力由曲柄四連桿機構(gòu)強制驅(qū)動,改為由含壓力能量的液壓油適應(yīng)性驅(qū)動(根據(jù)能量需求來供應(yīng)能量)。其結(jié)構(gòu)原理為:
工字形活塞桿將上面氣缸分隔為 A、B
兩個腔,將下面氣缸分隔為 C、D
兩個腔,如上圖:
工藝流程:
①液壓站輸出的高壓油進入 C 腔, B 腔的油回油箱(近似認為回油箱的油壓力為0),活塞桿向下運動
,槽車內(nèi)氣體進入
A 腔(一級進氣),而 D 腔的氣體則經(jīng)壓縮后流出(一級壓縮),進入冷卻器
,完成一級壓縮過程;當(dāng)活塞運行到極點時
,液壓站換向閥將會換向
,輸出的高壓油進入
B 腔, C 腔的油回油箱 ,活塞桿向上運動
,槽車內(nèi)氣體進入
D 腔(一級進氣),而 A 腔的氣體則經(jīng)壓縮后流出(一級壓縮) ,進入冷卻器
,完成一級壓縮過程。
②當(dāng)兩個這樣的氣缸串聯(lián)時 ,就構(gòu)成了兩級壓縮
。
特點: 節(jié)能效果好。一般選用22kW雙電機 ,進氣壓力高時為單電機工作
,進氣壓力低時為雙電機工作。下圖是槽車壓力各壓力點的排量與功率曲線:

立式液壓壓縮機結(jié)構(gòu)簡單 。氣缸和油缸雙缸一體結(jié)構(gòu)
,液壓油每運行一個行程,都會將氣缸壁冷卻一次
,因此氣體和氣缸壁的溫度較低
,不需水套缸冷卻;一組氣缸只有一級壓縮
,要想兩級壓縮需用兩組氣缸
;
軸向尺寸相對較短(僅大于兩倍行程) ,
可以立式安裝;(1) 油泵工作壓力較低 。經(jīng)過受力分析
,所需油壓=(排氣壓力-進氣壓力)/2;額定壓力為31Mpa的油泵工作范圍始終在16M
Pa以下。
(2) 噪聲低。實測噪聲不高于70分貝
。
(3) 天然氣幾乎無泄露量。設(shè)計上回避了填料等結(jié)構(gòu)設(shè)計,系統(tǒng)幾乎沒有泄露點
。
(4) 耗油量極小。油附著在缸壁上形成極薄高分子油膜,使輸出氣體內(nèi)含極少量油
。
(5) 易損件少。只有活塞環(huán)、O形圈等少量易損件。
(6) 各支承環(huán)和液壓活塞環(huán)不存在偏磨現(xiàn)象,壽命較長。
綜上所述,液壓活塞式壓縮機結(jié)構(gòu)簡單,流程適應(yīng)性強,節(jié)能性好,泄露量小,運行維護成本低,代表了子站壓縮機發(fā)展方向,是CNG加氣子站壓縮機首選設(shè)備。其具體比較見表1、表2。
表1:液壓活塞壓縮機(立式氣缸)與傳統(tǒng)壓縮機性能比較表:

表2:液壓活塞壓縮機(立式氣缸)與液壓平推系統(tǒng)性能比較表:

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