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摘要：天然气作为公认的清洁能源，与燃油汽车相比，其尾气排放少，环境污染少，排放物降低，无疑是未来能源的首选。未来天然气有可能成为全球一次能源中比重最大的能源种类。本文对压缩天然气加气母站的设备仪表以及整个工艺设计流程进行了探讨，拟有一定的参考作用。
关键词：天然气；加气母站；设计；设备；仪表
一、工艺流程
（1）主工艺流程
原料天然气依次经过一些列工艺加工后可以有效的达到脱水干燥的效果，可以去除天然气中的水分，一般加气站会根据水分析仪器进行水分析，脱水装置会加装在管道口上，当水露点>-60℃时，水分析仪信号报警并作记录，然后再进入压缩机组，经过升压后经过加气柱装入拖车车载储气瓶中，当气瓶里的压缩天然气压力达到20MPa时，充气工作就完成了。
（2）安全泄压保护流程
安全泄压保护包括高压部分和中低压部分，中低压安全泄压保护流程为：主物料系统中的天然气压力若超过系统中（压缩机进口前主物料管道、前置脱水装置、压缩机缓冲罐及压缩机低压放散等处）的安全阀定压，安全阀开启，释放的天然气通过中低压放散总管在站区安全部位排入大气中；高压安全泄压保护流程为：主物料系统中的天然气压力若超过系统中（压缩机出口后主物料管道、压缩机高压放散及加气柱等处）的安全阀定压，安全阀开启，释放的天然气通过高压放散总管在站区安全部位排入大气中。
（3）加臭流程
天然气是无色无味、易燃易爆的气体，在输送和使用的过程中，一旦泄漏很难被发现，必须加入燃气泄漏示警的臭味剂。
配置1台双泵单路输出（一开一备）的自动加臭装置，通过采集4～20mA的燃气流量信号，由控制系统把流量传感器的电流信号变换为数字信号送入转换器，实现根据燃气流量变化自动控制加臭量。通过频率设置保证燃气流量在最大和最小范围内，都能保持加臭剂浓度均匀稳定。
二、主要设备
（1）压缩机
CNG压缩机是CNG加气母站的心脏，为保障加气站的安全运行，选择技术先进、性能可靠、经济合理的设备十分必要。从结构形式来看，CNG压缩机有立式、对称平衡式和角度式3大类机型。立式、角度式压缩机转速高、体积小、排量较小，通常应用于生产能力较小的管道标准CNG站；对称平衡式（D型机）平衡性好，排量大，通常用于压缩天然气母站。从性能对比和国内外使用的经验来看，采用对称平衡式为佳。
CNG压缩机从冷却方式有空冷和水冷2种方式，其中空冷采用大气作为冷却介质，一次性投资较低，配套设施较少，但存在占地面积大、换热系数低、风扇噪音大、运行费用高等缺点；水冷方式采用水作为冷却介质，换热系数高、受环境影响小、换热器及冷却塔噪音小、机构紧凑、占地面积小、运行费用低等优点，但需要独立的循环水冷却系统，配套设施较多，需要有充足的水源，对水质有一定的要求，一次性投资相对较高。根据分析2种冷却方式，本项目推荐采用风冷方式进行冷却。
（2）脱水装置
常用天然气脱水方式按照加气站工艺流程中脱水装置与压缩机的位置可分为前置干燥（低压）、后置干燥（高压）。低压脱水是在压缩机前配置的干燥器，高压脱水是在压缩机后配置的干燥器。2种脱水装置的優缺点比选见表1。
表1 方案比选
由表1可知，前置脱水装置配置合理，适应能力强，维护运行成本低，安全可靠，CNG加气母站推荐选用等压再生前置干燥脱水装置。
（3）调压计量装置
调压计量装置宜选用撬装装置，设备采用2个工作路线，每个工作路线上设置调压器，工作时一用一备在出口总管上设置流量计，并为流量计设置旁通路。
（4）加气柱
加气柱主要用作CNG拖车加气及计量。其性能特点如下：
①计量准确：采用微机控制技术，能精确地计量天然气的体积，并能自动计算出计量值的金额；②加气过程自动控制，在充气过程中能自动显示加气量、加气金额及单价（显示带夜光）；③具有断电数据保护功能，数据延时显示功能；④若加气过程突然掉电，电控系统自动保存当前数据并继续延长显示，以利完成当次加气结算；⑤有超大容量记忆功能；⑥完善的数据保存、管理、查询功能；⑦压力保护功能：当加气压力达到国家规定压力值，自动停止加气；⑧具有手动紧急切断功能；⑨具有定气量、定金额的预置加气功能及加气过程中取整金额停机。
三、自控仪表
CNG加气站自动控制系统一般分为2个部分：现场仪表部分和站控系统。
（1）现场仪表部分
现场仪表部分为现场自控仪表、设备现场手动控制，现场仪表的选型要求性能稳定可靠，技术先进，使用简单，维修维护方便，并具有适应场站环境的能力。仪表的防爆等级要求为ExdⅡBT4，室外仪表防护等级≥IP65。现场检测仪表应具有防雷保护功能。
（2）站控系统
站控系统采集包括压缩机和电机的重要工艺参数，进行数据处理和控制。在站控系统中可实现对压缩机及其他工艺参数和系统运行状态信号的收集、储存、工艺参数的修改设置，并可实现紧急状态对机组的停运和启动等功能，实现站上正常运行时有人值守、无人操作的管理水平。CNG实时管理系统对CNG生产和销售实时数据进行采集、储存、归档、查询功能，实现CNG生产及销售的实时监控功能，包括现场模拟流程图及数据的实时显示，当前趋势的分析，重要设备和关键检测点的报警等。
压缩机组有其独立、完整的控制系统，由压缩机供货商成套提供。该系统对压缩机本身进行启动、停车、监视、控制和保护，并通过标准串行数据通信接口与站控系统相连，进行数据交换。该系统具有独立的数据网络和人机接口，可以在脱离站控系统的状态下，通过控制室内自带的上位机系统或就地控制操作盘操作方式进行压缩机的启、停。紧急停车系统采用独立的具有安全认证SIL3级的PLC系统，置于机组控制盘内，由压缩机组供应商成套提供，一旦机组出现异常情况，将触发机组紧急停车。站控系统的选型要求性能必须稳定可靠，技术先进，使用简单，维修维护方便，并具有适应恶劣环境的能力。
四、结束语
天然气对环境造成的污染远远小于液化石油气、石油和煤炭，是一种优良的汽车发动机绿色代用燃料。同时，天然气汽车的使用成本较低，比燃油汽车节约燃料费约50%。且压缩天然气汽车还具有安全性高、抗爆能力强、发动机的使用寿命长等特点，有关专家认为天然气汽车是目前最具有推广价值的汽车，尤其适合于城市公共交通和出租汽车使用。并且随着我国西气东输管道的建设，也为发展天然气汽车提供了有利保障。
参考文献：
[1]郭忠明，隆立红.压缩天然气（CNG）加气母站的工艺设计方案[J].油气储运，2007，05：40-42+62+66.
[2]赵月英.CNG加气母站SCADA系统设计与实现[D].华南理工大学，2012.
[3]银永明.CNG加气母站的模块化设计[J].油气田地面工程，2011，06：35-36.
[4]韩金丽.复合型压缩天然气加气站供应模式研究[D].天津大学，2010.
关键词：天然气；加气母站；设计；设备；仪表
一、工艺流程
（1）主工艺流程
原料天然气依次经过一些列工艺加工后可以有效的达到脱水干燥的效果，可以去除天然气中的水分，一般加气站会根据水分析仪器进行水分析，脱水装置会加装在管道口上，当水露点>-60℃时，水分析仪信号报警并作记录，然后再进入压缩机组，经过升压后经过加气柱装入拖车车载储气瓶中，当气瓶里的压缩天然气压力达到20MPa时，充气工作就完成了。
（2）安全泄压保护流程
安全泄压保护包括高压部分和中低压部分，中低压安全泄压保护流程为：主物料系统中的天然气压力若超过系统中（压缩机进口前主物料管道、前置脱水装置、压缩机缓冲罐及压缩机低压放散等处）的安全阀定压，安全阀开启，释放的天然气通过中低压放散总管在站区安全部位排入大气中；高压安全泄压保护流程为：主物料系统中的天然气压力若超过系统中（压缩机出口后主物料管道、压缩机高压放散及加气柱等处）的安全阀定压，安全阀开启，释放的天然气通过高压放散总管在站区安全部位排入大气中。
（3）加臭流程
天然气是无色无味、易燃易爆的气体，在输送和使用的过程中，一旦泄漏很难被发现，必须加入燃气泄漏示警的臭味剂。
配置1台双泵单路输出（一开一备）的自动加臭装置，通过采集4～20mA的燃气流量信号，由控制系统把流量传感器的电流信号变换为数字信号送入转换器，实现根据燃气流量变化自动控制加臭量。通过频率设置保证燃气流量在最大和最小范围内，都能保持加臭剂浓度均匀稳定。
二、主要设备
（1）压缩机
CNG压缩机是CNG加气母站的心脏，为保障加气站的安全运行，选择技术先进、性能可靠、经济合理的设备十分必要。从结构形式来看，CNG压缩机有立式、对称平衡式和角度式3大类机型。立式、角度式压缩机转速高、体积小、排量较小，通常应用于生产能力较小的管道标准CNG站；对称平衡式（D型机）平衡性好，排量大，通常用于压缩天然气母站。从性能对比和国内外使用的经验来看，采用对称平衡式为佳。
CNG压缩机从冷却方式有空冷和水冷2种方式，其中空冷采用大气作为冷却介质，一次性投资较低，配套设施较少，但存在占地面积大、换热系数低、风扇噪音大、运行费用高等缺点；水冷方式采用水作为冷却介质，换热系数高、受环境影响小、换热器及冷却塔噪音小、机构紧凑、占地面积小、运行费用低等优点，但需要独立的循环水冷却系统，配套设施较多，需要有充足的水源，对水质有一定的要求，一次性投资相对较高。根据分析2种冷却方式，本项目推荐采用风冷方式进行冷却。
（2）脱水装置
常用天然气脱水方式按照加气站工艺流程中脱水装置与压缩机的位置可分为前置干燥（低压）、后置干燥（高压）。低压脱水是在压缩机前配置的干燥器，高压脱水是在压缩机后配置的干燥器。2种脱水装置的優缺点比选见表1。
表1 方案比选
由表1可知，前置脱水装置配置合理，适应能力强，维护运行成本低，安全可靠，CNG加气母站推荐选用等压再生前置干燥脱水装置。
（3）调压计量装置
调压计量装置宜选用撬装装置，设备采用2个工作路线，每个工作路线上设置调压器，工作时一用一备在出口总管上设置流量计，并为流量计设置旁通路。
（4）加气柱
加气柱主要用作CNG拖车加气及计量。其性能特点如下：
①计量准确：采用微机控制技术，能精确地计量天然气的体积，并能自动计算出计量值的金额；②加气过程自动控制，在充气过程中能自动显示加气量、加气金额及单价（显示带夜光）；③具有断电数据保护功能，数据延时显示功能；④若加气过程突然掉电，电控系统自动保存当前数据并继续延长显示，以利完成当次加气结算；⑤有超大容量记忆功能；⑥完善的数据保存、管理、查询功能；⑦压力保护功能：当加气压力达到国家规定压力值，自动停止加气；⑧具有手动紧急切断功能；⑨具有定气量、定金额的预置加气功能及加气过程中取整金额停机。
三、自控仪表
CNG加气站自动控制系统一般分为2个部分：现场仪表部分和站控系统。
（1）现场仪表部分
现场仪表部分为现场自控仪表、设备现场手动控制，现场仪表的选型要求性能稳定可靠，技术先进，使用简单，维修维护方便，并具有适应场站环境的能力。仪表的防爆等级要求为ExdⅡBT4，室外仪表防护等级≥IP65。现场检测仪表应具有防雷保护功能。
（2）站控系统
站控系统采集包括压缩机和电机的重要工艺参数，进行数据处理和控制。在站控系统中可实现对压缩机及其他工艺参数和系统运行状态信号的收集、储存、工艺参数的修改设置，并可实现紧急状态对机组的停运和启动等功能，实现站上正常运行时有人值守、无人操作的管理水平。CNG实时管理系统对CNG生产和销售实时数据进行采集、储存、归档、查询功能，实现CNG生产及销售的实时监控功能，包括现场模拟流程图及数据的实时显示，当前趋势的分析，重要设备和关键检测点的报警等。
压缩机组有其独立、完整的控制系统，由压缩机供货商成套提供。该系统对压缩机本身进行启动、停车、监视、控制和保护，并通过标准串行数据通信接口与站控系统相连，进行数据交换。该系统具有独立的数据网络和人机接口，可以在脱离站控系统的状态下，通过控制室内自带的上位机系统或就地控制操作盘操作方式进行压缩机的启、停。紧急停车系统采用独立的具有安全认证SIL3级的PLC系统，置于机组控制盘内，由压缩机组供应商成套提供，一旦机组出现异常情况，将触发机组紧急停车。站控系统的选型要求性能必须稳定可靠，技术先进，使用简单，维修维护方便，并具有适应恶劣环境的能力。
四、结束语
天然气对环境造成的污染远远小于液化石油气、石油和煤炭，是一种优良的汽车发动机绿色代用燃料。同时，天然气汽车的使用成本较低，比燃油汽车节约燃料费约50%。且压缩天然气汽车还具有安全性高、抗爆能力强、发动机的使用寿命长等特点，有关专家认为天然气汽车是目前最具有推广价值的汽车，尤其适合于城市公共交通和出租汽车使用。并且随着我国西气东输管道的建设，也为发展天然气汽车提供了有利保障。
参考文献：
[1]郭忠明，隆立红.压缩天然气（CNG）加气母站的工艺设计方案[J].油气储运，2007，05：40-42+62+66.
[2]赵月英.CNG加气母站SCADA系统设计与实现[D].华南理工大学，2012.
[3]银永明.CNG加气母站的模块化设计[J].油气田地面工程，2011，06：35-36.
[4]韩金丽.复合型压缩天然气加气站供应模式研究[D].天津大学，2010.