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摘要:常规压缩天然气（CNG）汽车加气站储气调峰装置设置规模应根据生产工艺及运行规律的特点确定，这关系到加气站建设投资、调峰能力、节能生产和运行成本的高低。本文结合加气站工艺技术特征、压缩机和储气装置与高峰充气运行进行储气规模优化的分析, 实例确定一座日生产规模15000Nm3的常规CNG加气站的储气规模。
关键词: 压缩天然气（CNG）；常规；加气站；储气
Abstract: conventional compressed natural gas (CNG) storage and peak-shaving device setting scale should be determined according to the features of production process and operation rules of the automobile gas filling station, which is related to the gas investment, peaking capacity, energy production and operation cost of building standing height. In this paper, combined with the gas station technology characteristics, compressor and gas storage device and peak inflating operation analysis scale optimization of gas, to determine gas storage scale conventional CNG filling a production scale of 15000Nm3 station.
Keywords: compressed natural gas (CNG) filling station; gas storage; practice;
中图分类号：F426.22 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
0、绪论
随着国际石油价格的不断上涨及国内对汽车减排节能呼声的高涨，压缩天然气（CNG）汽车的使用已成为汽车能源结构重点调整及推广发展的方向之一。目前，CNG汽车加气站的建站模式有CNG母站、CNG常规站（以下简称：常规站）、CNG子站、油气合建站等多种模式，其中，应用最典型的当属常规站，该站从高压或中压天然气管道上直接取气，对外供应自给自足，性价比高。
常规站的经济规模由CNG压缩机增压系统和储气系统决定，因而，按照单一CNG储气量来确定气站规模是不恰当的，其原因在于CNG生产规模是通过大排气量压缩机和小规模储气量或是小排气量压缩机和大规模储气量来实现的。因此, 常规站储气规模的确定与优化是建站必须首先解决的问题。本文介绍某生产规模为15000Nm3/日的常规站储气规模的确定过程。
1、储气要求及形式
常规站从高压或中压天然气管道上直接取气，低压天然气经过滤、调压稳压、计量、脱水后进入天然气压缩机，经压缩机加压至20～25MPa后，由加气机完成车辆加气，同时，也为站内CNG储气装置间歇充气，完成调峰。
常规站供应对象主要为除CNG运气撬车外的其它CNG车辆，汽车充气是按交通运输自身营运规律来确定的，表现在时间与气量上时多时少或间隙充装，由此形成气站生产的基本规律。站内压缩机是连续性生产设备，为满足间隙式充装的需要，必须设置储气系统，以减小压缩机的频繁开停机次数，从而减小设备的磨损，在生产工艺技术上为设备安全、可靠运行提供保证。
加气站的经济规模是由CNG压缩机增压和储气系统决定的。因而, 按照单一CNG储气量来确定气站加气规模是不恰当的。其原因在于常规站生产规模是通过大排气量压缩机和小规模储气量或是小排气量压缩机和大规模储气量来实现的。因此，加气站储气规模的确定是常规站必须首先解决的问题。
目前，国内外CNG加气站储气装置有地下钢管井组、高压气瓶组和大罐储气三种形式，各有优缺点。储气装置按工艺需要，通常被分为高、中、低压组，其比例常选用高压：中压：低压=1:2:3或2:3:4[1], 满足储气调峰需要。
2、气体充装与储气调峰
CNG汽车充气的特殊性通常表现为“两高一次”的充气规律, 即两个高峰和一个次高峰充装气体，时段分布为6:00—8:30为第一高峰区、次高峰则分布在11:00—14:30、第三高峰区在17:30—21:30。高峰充气集中了日生产量的70～80%, 而生产时间仅约占日生产时间的1/2。因此，解决高峰充气不但要压缩机满负荷生产，而且还要靠储气系统储存的CNG气体调峰。所以，搞好调峰生产是气站的一项重要任务, 其储气系统的设置就显得十分重要
。加气站设备是能源生产的装置，要求自身节能。从CNG生产成本构成来看，除原料天然气以外，电力消耗是成本的主要构成。因此，節电是气站降低生产成本的主要途径。我国电力生产大部分地区是以水电为主，其高峰与低谷使用的电价相差较大。所以晚间电力低谷生产储满气体，白天用电高峰期少开机也能调节好高峰充装，使气站生产处于节能状态运行。这样，不但可以降低CNG生产成本，使气站在作为城市建设基础设施的同时，更适应市场经济的发展需要。在能源使用上也更趋于合理，使之有利于经济的协调发展。总之，节能生产需要合理的储气规模与先进的储气装置。
3、储气规模的确定
（1）储气规模计算模型
车用CNG的生产规模应依据加气站经济规模确定，取常规站经济生产规模的推荐上限值15000立方米/日[1]，其生产模型由下式确定：
Q生产=q压缩机.t.η+q储气.C.n[1]
式中：Q生产—气站日实际生产能力，取15000Nm3/h；
q压缩机—气站压缩机每小时总排气量，Nm3/h；
t—压缩机生产实际开机时间，h/d；
η—压缩机排气总效率，取0.85～0.95；
q储气—储气装置在额定工作压力下的储气能力，Nm3/d；
C—储气装置利用系数，取0.51～0.62；
N—储气装置使用系数，取3次/d;
将[1]公式整理，得到[2]式：
q储气=(Q生产-q压缩机.t.η)/C.n[2]
(2)经济储气规模的计算
3次高峰充气时压缩机的实际排气量与高峰实际实际充装量的差值就是所需的储气量。则式[2]又为以下[3]式：
q储气=（q高峰1+q高峰2+q高峰3）/C.n [3]
式中：q高峰i=[(Q生产.F)/h].f[4]
其中：F:高峰负荷系数，取80%；h：高峰充装时间，取9h；f：高峰不均匀系数，取1.0～1.4（次高峰系数取1.0）。
CNG压缩机的设计排量1100Nm3/h。
按[4]计算：q高峰1=（15000×80%/9）×1.4=1866Nm3/h
q高峰2（次高峰）=（15000×80%/9）×1.0=1333Nm3/h
q高峰3=q高峰1=1866Nm3/h
又:t1=2.5h;t2=3.5h;t3=4.0h;
所以：Q储气=（Q储气1+ Q储气2+ Q储气3）/(C.n)
=[(1866-1100×0.9)×2.5+(1333-1100×0.9)×
3.5+(1866-1100×0.9)×4.0]/(0.51×3)
=4508Nm3
当C=0.62时：Q储气=3750Nm3/d，故该加气站的经济储气规模为3750～4508Nm3。
该站最终确定18m3水容积的CNG储气设施规模。
4、相关探讨
Q储气3实在用电高峰时段运行的，随着阶梯电价的执行，储气规模应选择实际调峰时的储气规模的上限，或适当增大储气装置规模, 或合理增加开机台数，使加气站在第三段调峰时因处于用电高峰而少开机或使压缩机系统处于低负荷运行，从而降低调峰成本。
5、结束语
优化选定的储气规模经生产实践，能有效地指导气站的建设和生产，加气站的压缩机台数的设置和排气量的选定，在加气站调峰生产和经济运行中将会起到十分重要的作用，从而验证了储气规模与压缩机的排气量十分有关加气站的调峰生产与经济运行是一个复杂的系统过程，加之每天的充气量都有不同的变化。因此，加气站的设备和储气规模在优化组合后, 整个系统的经济运行还需通过计算机网络管理来实现。【END】
参考文献：
郁永章. 天然气汽车加气站设备与运行[M].中国石化出版社,北京,2006.3
关键词: 压缩天然气（CNG）；常规；加气站；储气
Abstract: conventional compressed natural gas (CNG) storage and peak-shaving device setting scale should be determined according to the features of production process and operation rules of the automobile gas filling station, which is related to the gas investment, peaking capacity, energy production and operation cost of building standing height. In this paper, combined with the gas station technology characteristics, compressor and gas storage device and peak inflating operation analysis scale optimization of gas, to determine gas storage scale conventional CNG filling a production scale of 15000Nm3 station.
Keywords: compressed natural gas (CNG) filling station; gas storage; practice;
中图分类号：F426.22 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
0、绪论
随着国际石油价格的不断上涨及国内对汽车减排节能呼声的高涨，压缩天然气（CNG）汽车的使用已成为汽车能源结构重点调整及推广发展的方向之一。目前，CNG汽车加气站的建站模式有CNG母站、CNG常规站（以下简称：常规站）、CNG子站、油气合建站等多种模式，其中，应用最典型的当属常规站，该站从高压或中压天然气管道上直接取气，对外供应自给自足，性价比高。
常规站的经济规模由CNG压缩机增压系统和储气系统决定，因而，按照单一CNG储气量来确定气站规模是不恰当的，其原因在于CNG生产规模是通过大排气量压缩机和小规模储气量或是小排气量压缩机和大规模储气量来实现的。因此, 常规站储气规模的确定与优化是建站必须首先解决的问题。本文介绍某生产规模为15000Nm3/日的常规站储气规模的确定过程。
1、储气要求及形式
常规站从高压或中压天然气管道上直接取气，低压天然气经过滤、调压稳压、计量、脱水后进入天然气压缩机，经压缩机加压至20～25MPa后，由加气机完成车辆加气，同时，也为站内CNG储气装置间歇充气，完成调峰。
常规站供应对象主要为除CNG运气撬车外的其它CNG车辆，汽车充气是按交通运输自身营运规律来确定的，表现在时间与气量上时多时少或间隙充装，由此形成气站生产的基本规律。站内压缩机是连续性生产设备，为满足间隙式充装的需要，必须设置储气系统，以减小压缩机的频繁开停机次数，从而减小设备的磨损，在生产工艺技术上为设备安全、可靠运行提供保证。
加气站的经济规模是由CNG压缩机增压和储气系统决定的。因而, 按照单一CNG储气量来确定气站加气规模是不恰当的。其原因在于常规站生产规模是通过大排气量压缩机和小规模储气量或是小排气量压缩机和大规模储气量来实现的。因此，加气站储气规模的确定是常规站必须首先解决的问题。
目前，国内外CNG加气站储气装置有地下钢管井组、高压气瓶组和大罐储气三种形式，各有优缺点。储气装置按工艺需要，通常被分为高、中、低压组，其比例常选用高压：中压：低压=1:2:3或2:3:4[1], 满足储气调峰需要。
2、气体充装与储气调峰
CNG汽车充气的特殊性通常表现为“两高一次”的充气规律, 即两个高峰和一个次高峰充装气体，时段分布为6:00—8:30为第一高峰区、次高峰则分布在11:00—14:30、第三高峰区在17:30—21:30。高峰充气集中了日生产量的70～80%, 而生产时间仅约占日生产时间的1/2。因此，解决高峰充气不但要压缩机满负荷生产，而且还要靠储气系统储存的CNG气体调峰。所以，搞好调峰生产是气站的一项重要任务, 其储气系统的设置就显得十分重要
。加气站设备是能源生产的装置，要求自身节能。从CNG生产成本构成来看，除原料天然气以外，电力消耗是成本的主要构成。因此，節电是气站降低生产成本的主要途径。我国电力生产大部分地区是以水电为主，其高峰与低谷使用的电价相差较大。所以晚间电力低谷生产储满气体，白天用电高峰期少开机也能调节好高峰充装，使气站生产处于节能状态运行。这样，不但可以降低CNG生产成本，使气站在作为城市建设基础设施的同时，更适应市场经济的发展需要。在能源使用上也更趋于合理，使之有利于经济的协调发展。总之，节能生产需要合理的储气规模与先进的储气装置。
3、储气规模的确定
（1）储气规模计算模型
车用CNG的生产规模应依据加气站经济规模确定，取常规站经济生产规模的推荐上限值15000立方米/日[1]，其生产模型由下式确定：
Q生产=q压缩机.t.η+q储气.C.n[1]
式中：Q生产—气站日实际生产能力，取15000Nm3/h；
q压缩机—气站压缩机每小时总排气量，Nm3/h；
t—压缩机生产实际开机时间，h/d；
η—压缩机排气总效率，取0.85～0.95；
q储气—储气装置在额定工作压力下的储气能力，Nm3/d；
C—储气装置利用系数，取0.51～0.62；
N—储气装置使用系数，取3次/d;
将[1]公式整理，得到[2]式：
q储气=(Q生产-q压缩机.t.η)/C.n[2]
(2)经济储气规模的计算
3次高峰充气时压缩机的实际排气量与高峰实际实际充装量的差值就是所需的储气量。则式[2]又为以下[3]式：
q储气=（q高峰1+q高峰2+q高峰3）/C.n [3]
式中：q高峰i=[(Q生产.F)/h].f[4]
其中：F:高峰负荷系数，取80%；h：高峰充装时间，取9h；f：高峰不均匀系数，取1.0～1.4（次高峰系数取1.0）。
CNG压缩机的设计排量1100Nm3/h。
按[4]计算：q高峰1=（15000×80%/9）×1.4=1866Nm3/h
q高峰2（次高峰）=（15000×80%/9）×1.0=1333Nm3/h
q高峰3=q高峰1=1866Nm3/h
又:t1=2.5h;t2=3.5h;t3=4.0h;
所以：Q储气=（Q储气1+ Q储气2+ Q储气3）/(C.n)
=[(1866-1100×0.9)×2.5+(1333-1100×0.9)×
3.5+(1866-1100×0.9)×4.0]/(0.51×3)
=4508Nm3
当C=0.62时：Q储气=3750Nm3/d，故该加气站的经济储气规模为3750～4508Nm3。
该站最终确定18m3水容积的CNG储气设施规模。
4、相关探讨
Q储气3实在用电高峰时段运行的，随着阶梯电价的执行，储气规模应选择实际调峰时的储气规模的上限，或适当增大储气装置规模, 或合理增加开机台数，使加气站在第三段调峰时因处于用电高峰而少开机或使压缩机系统处于低负荷运行，从而降低调峰成本。
5、结束语
优化选定的储气规模经生产实践，能有效地指导气站的建设和生产，加气站的压缩机台数的设置和排气量的选定，在加气站调峰生产和经济运行中将会起到十分重要的作用，从而验证了储气规模与压缩机的排气量十分有关加气站的调峰生产与经济运行是一个复杂的系统过程，加之每天的充气量都有不同的变化。因此，加气站的设备和储气规模在优化组合后, 整个系统的经济运行还需通过计算机网络管理来实现。【END】
参考文献：
郁永章. 天然气汽车加气站设备与运行[M].中国石化出版社,北京,2006.3