【正文】 利是世界上最早使用天然氣作為汽車燃料的國家，在 1929 年就把常壓天然氣氣囊安裝在汽車上，將天然氣作為汽車燃料。近年阿根廷、巴西等國壓縮天然氣汽車發(fā)展最快也最多。表 11　世界壓縮天然氣汽車及 CNG 加氣站分布與數(shù)量名次國家或地區(qū)天然氣汽車，輛CNG 站，座小型加氣裝置，臺統(tǒng)計截止時間1 阿根廷 1202200 1105 2 巴西 600000 600 3 巴基斯坦 410000 423 4 意大利 400800 463 5 印度 159159 166 6 美國 130000 1300 3271 7 中國 69300 270 8 埃及 47289 78 9 委內(nèi)瑞拉 44146 147 10 烏克蘭 42022 130 11 俄羅斯 36000 218 2 12 孟加拉 22030 25 13 加拿大 20505 222 3208 14 哥倫比亞 19400 56 15 日本 18463 226 606 西南石油大學 2022 屆本科畢業(yè)論文2在所有汽車燃料中天然氣的經(jīng)濟性是最好的。據(jù)美國企業(yè)市場調(diào)查組織預測，從 2022 年起，全球的 CNG 汽車將以每年 16%的速度增長。日本政府也規(guī)劃至 2022 年其 CNG 汽車的使用量將達到 100 萬輛。據(jù)統(tǒng)計,到 2022 年 6 月我國共建成 CNG 加氣站約 535座(含油氣合建站) ,CNG 汽車約 14 萬輛。 我國天然氣加氣站發(fā)展歷程我國 CNG 汽車加氣站的發(fā)展歷程大致可以分成以下四個階段：（1） 年 1 月，由設在自貢市的長春汽車研究所第三實驗站承擔的國家科委下達的重大科研課題 (壓縮天然氣汽車) 通過了四川省科委和省交通廳聯(lián)合組織的鑒定，揭開了我國應用 CNG 汽車的序幕。但是，還是有幾十輛氣瓶貨車運行了幾年時間。1984 年，自貢市公共汽車公司在國內(nèi)率先提出“引進車用壓縮天然氣成套設備” 項目并被批準立項。雖未簽約，但在 CNG 汽車的建站改車方面，實現(xiàn)了與國外的溝通。 同年，在成都市召開了《壓縮天然氣汽車及加氣站方案》審查會。同年石油部門引進成套進口設備在南充建了一個加氣站。（2）摸索階段。在這一期間，全國共建有加氣站 34 座，其特點是川渝地區(qū)均以國產(chǎn)設備為主，而北京、廊坊、新疆等地幾乎均為進口設備。第三個特點是建站大多數(shù)是企業(yè)行為，缺乏政府及專職部門統(tǒng)一規(guī)劃、布置。CNG 站安全評價方法研究及應用3在這期間，既取得了寶貴的經(jīng)驗，培育和造就了建站和管理的技術人員，但也有不少的教訓，即：儲氣井幾乎全部是由 50L 的鋼瓶串聯(lián)組成、節(jié)點多、泄漏點多、管道多、充、放氣阻力大，曾發(fā)生過幾次爆破和火險事故；部分加氣站未考慮脫硫和脫水裝置；多數(shù)加氣站未配備微量水和硫化氫的檢測儀具及站房設施簡陋。1996 年~2022 年，全國加氣站保有量達 131 座（其中四川 81座）。1998年初國家成立了由 13 個部委組成的清潔汽車協(xié)調(diào)領導小組，確定 16 個城市為示范城市。第二大特點是有了一些技術標準，建站行為開始走向規(guī)范化。第三大特點是國產(chǎn)設備逐漸走向成熟，除北京市外，各地加氣站所選設備已走向國產(chǎn)化。（4）快速發(fā)展階段。這個階段的一大特點是建站標準已由地方標準和行業(yè)標準上升為國家標準，一些相關的建站配套標準也相繼問世，對進一步規(guī)范各地建站行為起到了十分重要的作用。有的省、市的站點分布已成網(wǎng)絡狀態(tài)，如四川省已建成 180 多座加氣站。第三大特點是地下儲氣井這一獨具特色的儲氣方式已經(jīng)成為國內(nèi) CNG 加氣站的主流，而且開始進入城市天然氣調(diào)峰站領域。年產(chǎn)值近10 億元% 全國 500 多座加氣站的 CNG 銷售額粗略估算為 20 億元。 CNG 站存在的問題經(jīng)過幾十年的發(fā)展，CNG 站的建設和管理取得了許多寶貴的經(jīng)驗，但同時也暴露出許多問題和安全隱患，其中主要存在的問題有：（1）氣質問題出站 CNG 的水和硫化氫含量不合格。再生氣體溫度對分子篩的脫西南石油大學 2022 屆本科畢業(yè)論文4附效率和再生后的有效濕容量影響很大。美國腐蝕工程師協(xié)會 (NACE) 認為可導致井管出現(xiàn)“氫脆”的 H2S 濃度與儲存氣體的壓力有關，并有近似對數(shù)線性反比關系,儲存氣體的壓力越大,不發(fā)生“氫脆”的 H2S 最高容許體積濃度越低。根據(jù) GB18047 規(guī)定在標準狀態(tài)下硫化氫含量不大于 15mg/ Nm3 對應的體積分數(shù)約為 10ppm。但是有關文獻在調(diào)研的 135 個加氣站中發(fā)現(xiàn)，大約有 45 %的加氣站在線檢測硫化氫含量超過了 15ppm。由于沒有法定檢測單位，無明確規(guī)定的檢測周期,不少裝置建站時裝上后，就再也沒有校驗標定過，形同虛設。因此加氣機的安全防護裝置使用可靠性應當注意：一是加氣軟管管路應設置安全拉斷閥,保證在不大于 400N 的分離拉力作用下可以分開，分離的兩段立即密封，同時可以重新連接，以便加氣機正常使用。有的加氣機上安裝的鋼球定位結構式的快換接頭來代替的拉斷閥，而快換接頭的分離拉力是不穩(wěn)定的。全國許多 CNG 汽車氣瓶使用已超過 4～5 年，最長時間超過 10 年,還沒有進行過檢測，問題相當嚴重。在近年的若干起 CNG 加氣站事故中，實際上是 CNG 汽車的氣瓶在加氣站發(fā)生了爆炸形成事故?，F(xiàn)在全國已有 300 多個 CNG 加氣站使用井管儲氣方式，儲氣井的保有量已逾 1 千口。在現(xiàn)實的儲氣井建造、使用中己經(jīng)出現(xiàn)了一些不容忽視的質量問題：①儲存的天然氣氣質不佳。除塵不凈，使高壓管線或閥門組件堵塞或失效，儲氣井排污管道的堵塞。在 CNG 加氣站儲氣井的建造工作中 ,有不少使用的是日本井管，個別的甚至使用石油部門用過的廢舊井管。最近有幾口井管出現(xiàn)泄漏，有專家分析可能是強度指標偏低所致。儲氣井井管末作外壁防腐，與地下水中的酸、鹼等腐蝕性物質長期接觸，產(chǎn)生嚴重的外腐蝕，乃至釀成爆管升空事故。按照相關標準要求， 地下儲氣井每隔 6 年就要進行一次全面檢查，這就涉及套管及套管連接處的無損探傷和一旦發(fā)現(xiàn)有裂紋或密封處泄漏如何補救的問題，目前尚缺乏經(jīng)濟可行的手段和辦法。（4）壓縮機問題國產(chǎn)壓縮機處于“ 大問題沒啥，小缺點不少 ”的狀態(tài)。而主要存在的問題是：級間泄漏量較大，由于這個重要指標未列入相關標準中，因此只有少數(shù)廠家對此指標進行測量和控制。排氣溫度高，在有的壓縮機上也未設置超溫報警停機裝置。汽車加氣站的管理是涉及易燃易爆氣體和高壓容器管理的一個新的領域，涉及安全、設備、計量、化驗、環(huán)保、標準化等諸多方面的管理工作，對于有關管理人員的綜合業(yè)務素質要求很高。當然在實際生產(chǎn)運行過程中還存在一些其他問題，在此不一一列舉。 本文研究的目的和意義 有關專家預測 CNG 的快速發(fā)展勢頭至少還將保持 10 年。中石化集團擬在2022 年前，在上海、河南、江蘇等地建設 231 座 CNG 母子站；中油深南石油技術開發(fā)公司擬在海南省建 30 座 CNG 加氣站。 研究的內(nèi)容（1）詳細介紹 CNG 站的發(fā)展歷史，系統(tǒng)的組成及其特點，找出 CNG 站常見的故障。（3）建立評價 CNG 站總體安全度的數(shù)學評價模型，即運用改進的層次分析法，確定 CNG 站綜合評價指標體系中各個因素的權重，并運用模糊數(shù)學中的模糊綜合評價對 CNG 站的安全現(xiàn)狀作出評價。2 CNG 加氣站系統(tǒng) CNG 加氣站工藝 壓縮天然氣加氣站進站天然氣的質量應符合國家標準《天然氣》（GB17820 ）中規(guī)定的Ⅱ類氣質標準。增壓后進入儲氣裝置及出站的壓縮天然氣應符合國家現(xiàn)行標準《車用壓縮天然氣》（GB18047）規(guī)定的氣質標準。脫硫裝置應設置雙塔。CNG 站的工藝流程示意圖如圖 21[8]。開放式結構，是指將加氣站所有設備分別安裝在廠房內(nèi)，并按工藝流程及高低壓管道和各種閥門將這些設備聯(lián)系起來，形成一個開環(huán)工藝系統(tǒng)。橇裝式結構，是指將加氣站主要設備，如凈化、壓縮、冷卻、控制與儲氣設備或裝置等都是盡可能的集成在一個稱為橇裝的底座上，可在工廠內(nèi)完成全部制造調(diào)試工作，只要通上電，接通氣路就可工作，進口加氣站基本都是這種形式。橇裝式加氣站可細分為兩種形式。另一種是全封閉型結構，具有密封、防雨、防爆、保溫、降噪等功能。表 21 不同類型加氣站特點比較加氣站類型總體技術水平結構形式設備集成度自動化程度安全可靠性操作維護費用設備總費用基建費用工程總投資運輸占地面積維護人員進口撬裝式高 集成高 高 高 簡單低 高 低 較高 方便小 少國產(chǎn)開放式低 開放式低 低 低 復雜高 低 高 較低 不方便大 多 加氣站系統(tǒng)組成CNG 站由調(diào)壓計量系統(tǒng)、凈化干燥系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和售氣系統(tǒng)這六大系統(tǒng)構成。主要設備有過濾器、調(diào)壓器、流量計、壓力表、旁通表、主要閥門等。嚴格地講，壓縮系統(tǒng)中每級壓縮前后的冷凝除油過程也可歸于凈化系統(tǒng)。這兩種凈化干燥處理方式，既可同時應用，也可只采用其中一種。脫水干燥的方式還可按脫水裝置在 CNG 加氣站工藝流程中的位置，分為低壓、中壓和高壓脫水三種。 （1）低壓脫水　　脫水裝置在壓縮機的進口處，由于被干燥氣體壓力低，水含量高。分子篩干燥劑的再生系統(tǒng)通過風機反復循環(huán)一定量的氣體來完成。（2）中壓脫水脫水裝置放置在壓縮機的中間級出口處，根據(jù)壓縮機入口壓力的高低，確定放置在一級還是二級出口。一般來說，脫水壓力控制在 左右比較有利。在 壓力下，氣體的飽和水含量約為常壓下飽和水含量的 3%，中壓脫水的干燥劑也可為分子篩。由于氣體中所含水的絕大部分已在壓縮機的逐級壓縮中分離出去。因此，也需要加熱器、冷卻器和分離器，其工藝原理流程與中壓脫水相同，只是設備尺寸和壓力等級不同而已。但對冬季最低溫度低于7℃的地區(qū)，則必須用分子篩干燥劑。但由于高、中壓脫水無法對壓縮機進行必要的保護，至使壓縮機由于天然氣中的含水量大而導致嚴重故障的現(xiàn)象時有發(fā)生。凈化干燥系統(tǒng)的設備配置情況，主要依據(jù)當?shù)貧赓|來確定，所以對不同地區(qū)來說，凈化和干燥系統(tǒng)的差異可能很大。 3）壓縮系統(tǒng)這是 CNG 加氣站的核心部分，主要包括：加氣緩沖和逆氣回收罐、壓縮機組潤滑系統(tǒng)、壓縮機和天然氣的冷卻系統(tǒng)、除油凈化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等六部分。廢氣回收罐，主要是將每一級壓后的天然氣經(jīng)分離后，隨冷凝油排出的一部分廢氣；壓縮機停機后，留在系統(tǒng)中的天然氣、各種氣動閥門的回流氣體等先回收起來，并通過一個調(diào)壓減壓閥返回到壓縮機入口。同時，凝結分離出來的重烴油也可定期從回收罐底部排出。（2）壓縮機組壓縮機組包括壓縮機和驅動機。不同廠商生產(chǎn)的壓縮機結構形式都不一樣。其結構形式有臥式對稱平衡式、立式、角度式（V 型、雙 V 型、W 型、倒 T 型等） ?！√烊粴鈮嚎s機為往復活塞式。固定部分由機身、氣缸蓋、氣缸、氣缸座等零件組成。壓縮機組中驅動機一是電機用的最多，最方便；二是天然氣發(fā)動機，主要用于偏遠缺電地區(qū)，或氣田附近，可降低加氣站的運營成本。該系統(tǒng)由預潤滑泵、分配器、油壓表、油溫表、傳感器、油冷卻器、過濾器、油箱（曲軸箱） 、廢油收集器等部件組成。A、有油潤滑優(yōu)點：對氣缸和活塞要求不高；可利用氣缸潤滑油帶走部分磨擦熱量，保證壓縮機工作在可靠程度范圍內(nèi)；有油潤滑技術難度小，安全可靠，同時可以減少磨擦功耗。B、無油潤滑優(yōu)點：不需要安裝昂貴的油分離器；節(jié)省了費用和機器空間；耗油量低；潤滑系統(tǒng)簡化；維護工作量降低。C、少油潤滑　　少油潤滑的優(yōu)點介于有油和無油潤滑之間。既能保證氣缸潤滑需要，又可將潤滑油消耗量控制到最小。（4）壓縮機和壓縮天然氣冷卻系統(tǒng)　　壓縮機和壓縮天然氣冷卻系統(tǒng)可分為水冷和風冷兩大類。風冷也分為兩種，一種是氣缸帶有散熱翅片的，多用于結構緊湊的角度式壓縮機，另一種是氣缸不帶散熱翅片的，用于結構分散的對稱平衡式。而另外還有 3 種方式的應用更為合理，技術也比較成熟。缺點：氣缸結構復雜；需要定期更換冷卻液；增加一套冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，使得整機系統(tǒng)變復雜。缺點：氣缸工作溫度高，對材料要求高；冷卻效果好壞完全取決于冷卻器；同CNG 站安全評價方法研究及應用11樣排氣條件下冷卻器體積最大。缺點：氣缸散熱翅片使得鑄造工藝復雜?！　D 22 CNG 加氣站儲氣瓶組（圖片來源 二是每個氣瓶容積在 4080L 的小氣瓶，每站在 40200 個，國內(nèi)外尤其是國內(nèi)基本上是這種形式；三是單個高壓容器，容積在 2m3 以上；四是氣井存儲，每井可存氣 500m3，這是我國石油行業(yè)的創(chuàng)造，在四川等地應用很多，如右圖所示。合理的儲氣瓶組的容量，不但能提高的氣瓶組的利用率和加氣速度，而且可以減少壓縮機的啟動次數(shù)，延長使用壽命。一個自動化程度高，功能完善的控制系統(tǒng)可以極大地提高加氣站的工作效率，保證加氣站安全、可西南石油大學 2022 屆本科畢業(yè)論文12靠地運行。這幾方面的控制一般都通過控制柜和氣動閥件來完成。先進的加氣站設計必須依賴于先進的控制，所以控制系統(tǒng)占了加氣站投資的相當比例。CNG加氣站最簡單的售氣系統(tǒng)，除了高壓管路外，僅有一個非常簡易的加氣槍和一個手動閥門。有的還增加了自動收款系統(tǒng)和經(jīng)營管理系統(tǒng)等。標準站直接從燃氣管網(wǎng)取氣，經(jīng)過預處理系統(tǒng)、壓縮、儲存等一系列工藝后，通過售氣機給汽車加氣。同時，作為管道輸氣的有效補充手段，在距天然氣管線