1、對(duì) CNG 加氣站壓縮機(jī)的解析2011 第十二屆中國國際天然氣汽車、加氣站、燃?xì)饧夹g(shù)設(shè)備博覽會(huì)論壇論文由壓縮機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和相關(guān)裝備構(gòu)成的天然氣壓縮機(jī)組，是天然氣汽車加氣站的最關(guān)鍵的動(dòng)裝備。天然氣壓縮系統(tǒng)裝備的電力消耗，占據(jù)加氣站總電耗九成以上的份額。壓縮系統(tǒng)裝備的購置費(fèi)，約為加氣站裝備總購置費(fèi)的四分之一左右。一、對(duì) CNG 壓縮機(jī)的基本要求1. 確保壓縮機(jī)和加氣站的安全運(yùn)行。盡管天然氣的物理化學(xué)性質(zhì)并非“易燃易爆” ，而是“能燃可爆” ，其密度甚低、在大氣中逸散很快，燃點(diǎn)高達(dá)650 ，在空氣中的爆炸極限范圍又很窄，為 4.8%13.46% （體積比）。但是，務(wù)必防患于未然，應(yīng)盡量減少加氣站

2、裝備的天然氣泄漏量。壓縮機(jī)氣缸處的活塞桿填料，是壓縮機(jī)天然氣外泄漏的最主要部位，是加氣站安全運(yùn)行的第一隱患所在。故應(yīng)嚴(yán)格控制該處的天然氣泄漏量在允許的安全范圍內(nèi)。2. 提高壓縮機(jī)的機(jī)、電零部件的運(yùn)行可靠性。壓縮機(jī)是加氣站最關(guān)鍵的動(dòng)裝備， 又因其機(jī)、 電零部件種類和數(shù)量眾多，故而同時(shí)又成為加氣站最易產(chǎn)生故障的動(dòng)裝備。提高壓縮機(jī)的機(jī)、電零部件運(yùn)行可靠性，避免非計(jì)劃停車與檢修，其重要性不言而喻。3. 節(jié)電、減震與降噪。壓縮機(jī)是加氣站裝備里最大耗電者， 也是機(jī)械振動(dòng)和氣流壓力脈動(dòng)的最主要源頭， 還是機(jī)械噪聲、 因冷卻目的而產(chǎn)生的空氣流動(dòng)噪聲的主要根源。 在確保安全運(yùn)行和提高機(jī)、 電零部件運(yùn)行可靠性的前

3、提下，應(yīng)力求壓縮機(jī)節(jié)電、減震與降噪。二、 CNG 壓縮機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)1 . 總體說來 ,CNG 壓縮機(jī)排氣表壓力均為 25MPa, 世界各國皆如此。 NGV 加氣站中的常規(guī)站、子站所裝備的 CNG 壓縮機(jī),其排氣表壓力恒為 25MPa 。 至于加氣母站中的 CNG 壓縮機(jī)排氣表壓力,則依長管半掛車上的 CNG 高壓氣瓶的工作壓力而定,為 25MPa 或 20MPa 。2 .CNG 壓縮機(jī)吸氣壓力 ,對(duì)用于常規(guī)站/母站者而言， 都取決于進(jìn)站天然氣管網(wǎng)壓力。而加氣子站中的 CNG 壓縮機(jī) ,其吸氣壓力則是變值， 最高吸氣壓力值和最低吸氣壓力值皆由 NGV 加氣站的工藝設(shè)計(jì)確定。在國內(nèi)工程實(shí)踐中，一般

4、來說大體介于3MPa20MPa之間。3 .CNG 壓縮機(jī)都具有有別于多數(shù)工藝流程用壓縮機(jī)的間斷運(yùn)行的特點(diǎn)。近代的 CNG 壓縮機(jī) ,其啟動(dòng)、運(yùn)行或停機(jī)的控制，都自動(dòng)地取決于加氣站的高壓儲(chǔ)氣瓶組的實(shí)際氣壓狀況； 而每一次的運(yùn)行時(shí)間、停機(jī)時(shí)間，則由站用高壓儲(chǔ)氣瓶組的水容積和車輛（對(duì)加氣母站而言多為長管半掛車上的移動(dòng)儲(chǔ)氣瓶組）所需之加氣量綜合確定。4. 由 NGV 加氣站的智能化控制目標(biāo)出發(fā),理所當(dāng)然地要求CNG 壓縮機(jī)及機(jī)組的機(jī)械部分、強(qiáng)弱電部分,都具備適應(yīng)無人值守、全自動(dòng)控制運(yùn)行的必要條件。5. CNG 壓縮機(jī)吸入的天然氣,其品質(zhì)應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 一般情況下 ,在壓縮機(jī)吸氣口之前,需將進(jìn)站天

5、然氣作適當(dāng)工藝處理并使之達(dá)標(biāo)。6. CNG 壓縮機(jī)排出的高壓天然氣,一般亦應(yīng)進(jìn)行工藝處理,使之符合對(duì)車輛加氣的品質(zhì)規(guī)定。 氣缸極少油潤滑的 CNG 壓縮機(jī)、 氣缸不注油潤滑的 CNG 壓縮機(jī) （機(jī)身和氣缸之間的中間接筒非 “雙間隔室” 型的）,都難以擺脫機(jī)身內(nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤滑油對(duì)其排出高壓天然氣品質(zhì)的不良影響。7. CNG 壓縮機(jī)的各級(jí)排氣溫度,無論壓縮機(jī)的冷卻方式如何（水冷、風(fēng)冷或混合冷卻） ，均應(yīng)符合出自安全角度確定的排溫限值, 當(dāng)氣缸、填料為注油潤滑（或極少油潤滑）時(shí),更是如此。8. CNG 壓縮機(jī)的供氣量與高壓儲(chǔ)氣瓶組的水容積值之間,應(yīng)匹配合理,其核心目的有二：一是防止CNG 壓縮機(jī)過于頻

6、繁的啟動(dòng),以避免由此導(dǎo)致的機(jī)件、電器、動(dòng)力電費(fèi)的額外負(fù)荷；二是為了在最低電價(jià)時(shí)間區(qū)段將氣瓶組充足氣，以減少壓縮機(jī)在電價(jià)高的時(shí)間區(qū)段的運(yùn)行時(shí)間,從而節(jié)省加氣站的動(dòng)力費(fèi)用。9. 壓縮機(jī)一般皆以電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),而 CNG 壓縮機(jī)不乏用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。 受運(yùn)行場(chǎng)所動(dòng)力電條件的制約 ,只能采用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)配套,為情況這一。為追求加氣站的動(dòng)力費(fèi)用低,站內(nèi)壓縮機(jī)全部由天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),為情況之二。情況之三是,站內(nèi)壓縮機(jī)之驅(qū)動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)和天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)兼而有之,以求控制靈便及節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用：夜間工業(yè)電價(jià)最低時(shí) ,以電動(dòng) CNG 壓縮機(jī)將大水容積的高壓儲(chǔ)氣瓶組充滿氣；當(dāng)高電價(jià)的白天需啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí),就以天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)

7、CNG 壓縮機(jī)組為主力。10. CNG 壓縮機(jī)還具有運(yùn)行地域極為寬泛、氣象條件差異極大的特點(diǎn)：嚴(yán)寒、高海拔、缺水、濕熱俱有之。固定式NGV 加氣站用、室外移動(dòng)式 NGV 加氣站用 CNG 壓縮機(jī),又有其明顯差別：固定用者,務(wù)必滿足運(yùn)行場(chǎng)所的環(huán)境噪聲限值規(guī)定,且有時(shí)是很苛刻的；室外移動(dòng)用者,需適應(yīng)無冷卻水源、高寒氣候條件甚至是無動(dòng)力電的條件。11. CNG 壓縮機(jī)應(yīng)能適應(yīng)進(jìn)站天然氣管網(wǎng)壓力變化這一重要因素 , 既包括一天之內(nèi)因城市居民炊事、洗浴用氣而可能出現(xiàn)的氣壓變化 ,也 包括可能的管網(wǎng)改造升壓或天然氣衰減降壓等情況。12. CNG 壓縮機(jī)規(guī)格型號(hào)的確定,不僅要與建加氣站時(shí)所需的實(shí)際加氣能力相

8、符合,尚應(yīng)慮及可能實(shí)施的加氣站增容的需要。宜在擴(kuò)容后壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)增多而規(guī)格型號(hào)相同 ,即采用“模塊式”的增容方法。13. 把天然氣能燃可爆的特性和 CNG 壓縮機(jī)在 NGV 加氣站中的運(yùn)行實(shí)際狀況結(jié)合考慮,壓縮機(jī)房應(yīng)是大敞開式的,更宜采納遮雨棚下置橇裝壓縮機(jī)組方式。 如為后者,在我國長江以北地區(qū)則以全風(fēng)冷CNG壓縮機(jī)為相宜。14. 對(duì)于配用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的 CNG 壓縮機(jī)組來說 ,閉式系統(tǒng)較開 式系統(tǒng)更為適宜。冷卻水直排,導(dǎo)致寶貴的水資源浪費(fèi)巨大,理應(yīng)摒棄之。閉式系統(tǒng)是指采用風(fēng)冷式散熱器,使水在冷熱交換過程中不和環(huán)境空氣接觸的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。開式系統(tǒng)是指在環(huán)境空氣中曝氣降溫的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。使用

9、含防凍液的軟化水的閉式系統(tǒng),在防止水垢、金屬腐蝕的產(chǎn)生等方面,有著強(qiáng)的綜合優(yōu)勢(shì)。15. CNG 壓縮機(jī)運(yùn)行的安全性應(yīng)得到保障,這是確定無疑的。 NGV加氣站要求CNG 壓縮機(jī)確保安全、運(yùn)行可靠、節(jié)能長壽。 因此， 填料處微量泄漏氣的處置方式（引出放空、集污箱回收氣、承受內(nèi)氣壓的機(jī)身貯留泄漏氣等） ,各級(jí)排氣溫度限值,易損件的更換期，運(yùn)動(dòng)件承載面的比壓值,氣流速度與壓力降,等等,均需受到控制。三關(guān)于加氣站用 CNG 壓縮機(jī)的幾個(gè)重要概念在確認(rèn)加氣站的天然氣壓縮系統(tǒng)裝備， 應(yīng)安全運(yùn)行、 應(yīng)提高零部件的運(yùn)行可靠性、 應(yīng)節(jié)電、 減震與降噪這些前提下， 對(duì) CNG 壓縮機(jī)作深一步的探究，這對(duì)于如何優(yōu)選壓

10、縮機(jī)，甚有裨益。1 .壓縮機(jī)的流量、壓強(qiáng)單位及其換算壓縮機(jī)的流量這一泛指名詞的進(jìn)一步明確化，就分解成壓縮機(jī)的容積流量和壓縮機(jī)的供氣量，此二名詞。a. 壓縮機(jī)的容積流量釋義壓 縮機(jī)的容積流量，是指在額定排氣壓力下壓縮機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體容積值；該值在排氣端測(cè)得并折算到壓縮機(jī)進(jìn)口狀態(tài)，即壓縮機(jī)第I級(jí)進(jìn)氣處的壓力與溫度時(shí)的容積值，此值尚應(yīng)計(jì)入級(jí)間分離掉的水分折算成蒸汽的容積，還應(yīng)計(jì)入氣體壓縮性的影響。b. 壓縮機(jī)的供氣量釋義壓縮機(jī)的供氣量， 是指壓縮機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體容積值折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)之值，并不計(jì)入級(jí)間分離掉的水分及抽氣量（當(dāng)工藝流程自壓縮機(jī)級(jí)間抽氣時(shí)） 。供氣量的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是：絕對(duì)壓力

11、0.1013MPa 、溫度 0 、干燥 氣體。c. 壓縮機(jī)常用容積流量、壓強(qiáng)單位及其換算遵照國際單位制，壓縮機(jī)常用容積流量單位是 m3/min （米3/分）、 m 3/h （米 3/ 時(shí)） ，壓縮機(jī)常用供氣量單位是 Nm 3/min （標(biāo)米3/ 分） 、Nm 3/h （標(biāo)米3/ 時(shí)） 。然而， 和壓縮機(jī)有關(guān)的國內(nèi)外技術(shù)與商務(wù)交往中， 英制單位依然經(jīng)常出現(xiàn)。 為方便交流， 今將筆者簡(jiǎn)約版的壓縮機(jī)常用容積流量單位、壓縮機(jī)常用壓力（壓強(qiáng)）單位及其換算分列于表1 及表2 。該二表之?dāng)?shù)字修約，滿足工程級(jí)需要。2 .CNG 壓縮機(jī)的供氣量天然氣汽車加氣站及其CNG 壓縮機(jī)， 最多用到的流量單位就是供氣量。

12、 前已言及， 供氣量是與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的。 供氣量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是：溫度 0、 0.1013MPa 絕對(duì)壓力，而非其它溫度與壓力值。CNG壓縮機(jī)的供氣量Vn和它的公稱容積流量 V （進(jìn)氣狀態(tài)）之 間，存在著怎樣的換算關(guān)系呢？Vn =GV式中，G供氣量換算系數(shù)，它因壓縮機(jī)的進(jìn)氣溫度和進(jìn)氣壓力不 同而不同。依據(jù)我國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 汽車加氣站用天然氣壓縮機(jī) ， CNG壓縮機(jī)規(guī)定工況進(jìn)氣溫度20 。以該 20 及柏弩利連續(xù)方程，筆者得出的不同進(jìn)氣壓力下 CNG 壓縮機(jī)供氣量換算系數(shù)G 如表 3。知 G 值后，VN 與 V 之間可以相互推算。表3 中 G 值之?dāng)?shù)字修約，亦滿足工程級(jí)需要。3 .CNG 壓

13、縮機(jī)結(jié)構(gòu)類型與結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)選a. 由 CNG 壓縮機(jī)的高排氣壓力、中小流量的性能參數(shù)特點(diǎn)所決定，迄今為止，天然氣汽車加氣母站、常規(guī)站和子站用者，皆以往復(fù)活塞式壓縮機(jī)為絕對(duì)主流。而其它結(jié)構(gòu)類型壓縮機(jī)在該性能參數(shù)范圍內(nèi)，或者排氣壓力根本達(dá)不到，或者在零部件具體結(jié)構(gòu)上無法實(shí)現(xiàn)。b. 往復(fù)活塞式CNG 壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)型式及其綜合比較往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)型式， 是按其氣缸中心線的分布狀況來區(qū)分和命名的。往復(fù)活塞式CNG 壓縮機(jī)的常見結(jié)構(gòu)型式及其綜合比較示于表4 ，毋庸贅敘。c.式CNG壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)選壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)選， 往往是加氣站業(yè)主和專業(yè)設(shè)計(jì)院首先關(guān)注的要點(diǎn)。（ a ） 慣性力及矩平衡狀況與

14、機(jī)械振動(dòng)這是結(jié)構(gòu)型式對(duì)壓縮機(jī)的最重要的影響所在。往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的慣性力， 包含旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力。 往復(fù)慣性力中，又以一階往復(fù)慣性力的量值為最大，其擾動(dòng)頻率和壓縮機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速相同。擾動(dòng)頻率為壓縮機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速之倍的二階往復(fù)慣性力，其量值較小，欲平衡之則需增設(shè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，故一般不予考慮。不同結(jié)構(gòu)型式的壓縮機(jī)所能達(dá)到的慣性力、慣性力矩平衡的水準(zhǔn)不同，從而其產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)的大小也不同。自表4 可見，對(duì)稱平衡型這種結(jié)構(gòu)型式比其它各種結(jié)構(gòu)型式的慣性力及矩平衡狀況都好。緣何如此呢？對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)其氣缸中心線皆與水平面平行，列數(shù)為偶數(shù)，曲軸中心線兩側(cè)皆分布有氣缸和傳動(dòng)部件，且相對(duì)兩列的曲柄錯(cuò)角為18

15、0 °、活塞作等速率反向運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)學(xué)和理論力學(xué)的基本原理，決定了它比其它結(jié)構(gòu)型式的壓縮機(jī)更有條件獲得優(yōu)越的慣性力及矩的平衡，故而機(jī)械振動(dòng)微小。自二十世紀(jì)四十年代美國庫珀（ Cooper ）公司、渥星頓（ Worthington ）公司開創(chuàng)了如表4 示意圖 2 所示之對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)（常規(guī)式相對(duì)氣缸中心線偏距）之后，它迅速成為往復(fù)活塞式壓縮機(jī)（尤其是其中的工藝流程用壓縮機(jī)）的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)型式。為謀求慣性力及矩的完全平衡，美國 Cooper 卡麥隆（ CameronComperession Systems Group ）公司不惜以結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和提高制造成本為代價(jià)，于近年進(jìn)一步完成了 Coope

16、r 式相對(duì)氣缸中心線重合的對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)（表4 示意圖 1 ）的開發(fā)和批量生產(chǎn)。即通過機(jī)構(gòu)學(xué)所能夠采取的、將往復(fù)活塞式壓縮機(jī)各階慣性力和慣性力矩最完全徹底地平衡之絕招，使擾力量值為零。由卡麥隆授權(quán)的成橇商提供的多臺(tái)此種母站、 常規(guī)站及子站用 CNG 壓縮機(jī)組， 在我國南北方多座天然氣汽車加氣站極平穩(wěn)地低噪、可靠運(yùn)行，反響甚好，如江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)、山東省德州市齊河縣等站。筆者亦曾現(xiàn)場(chǎng)考察。- 9 -甘麥隆CForce32型常規(guī)站用CNG壓縮機(jī)的曲軸一連桿一十字頭傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部件示于圖1,常規(guī)站用整機(jī)示于圖2圖1 Cooper 卡麥隆式相對(duì)氣缸中心重合的對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部件（表4示意圖1模

17、式）圖2 C Force32型常規(guī)站用CNG壓縮機(jī)4 示意圖 1 模式）圖 1 所示壓縮機(jī)的曲軸有3 個(gè)曲拐， 居中的曲拐之曲柄銷寬度是兩側(cè)曲拐的曲柄銷寬度之和。居中曲拐與兩側(cè)曲拐的曲柄錯(cuò)角皆為180 °。居中曲拐的曲柄銷套有一只寬連桿的大頭，該連桿的小頭套有十字頭銷。兩側(cè)曲拐的曲柄銷各套有一只窄連桿的大頭，該二窄連桿的小頭共同套有同一只十字頭銷。此十字頭銷驅(qū)動(dòng)的十字頭的位置，和由寬連桿驅(qū)動(dòng)的十字頭的位置，完全對(duì)稱于曲軸主軸承中心線。這兩只十字頭作等速率反向運(yùn)動(dòng)。而寬連桿的質(zhì)量是兩只窄連桿質(zhì)量之和。包括十字頭質(zhì)量在內(nèi)，這兩只十字頭分別驅(qū)動(dòng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量相等時(shí)，壓縮機(jī)的慣性力、慣性力

18、矩必定完全平衡，達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，從而使壓縮機(jī)擺脫了慣性擾力，機(jī)械振動(dòng)基本為零。（ b ）壓縮機(jī)中天然氣流動(dòng)方向壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和壓縮機(jī)中天然氣流動(dòng)方向緊密相關(guān)。美國石油學(xué)會(huì)API 618 標(biāo)準(zhǔn)石油、化工和氣體工業(yè)用往復(fù)壓縮機(jī)要求：當(dāng)壓縮飽和氣體或帶液氣體時(shí)，壓縮機(jī)氣缸應(yīng)水平布置，且氣體自氣缸上方進(jìn)入，從氣缸下方排出氣體。這樣能夠安全地處理可以估量到的可冷凝/ 飽和氣體，避免可能之液擊。眾所周知，各地天然氣成份不一，當(dāng)天然氣在壓縮機(jī)中升高了壓力又經(jīng)冷卻后，難免析出液態(tài)物質(zhì)，而水分的析出更是可能的。API 618 對(duì)氣體在壓縮機(jī)中流動(dòng)方向的關(guān)于防液擊的安全要求，只有對(duì)稱平衡型是符合的，其它結(jié)構(gòu)型式的

19、壓縮機(jī)顯然全都辦不到。4. 關(guān)于 CNG 壓縮機(jī)的氣缸潤滑方式售氣機(jī)輸出的高壓CNG 之含油量， 必須得到控制。 所以希望 CNG壓縮機(jī)氣缸無油潤滑的愿望是有道理、美好的。具有中間填料的雙間隔室并以惰性氣體封隔的中間接筒，能夠保證氣缸無油潤滑壓縮機(jī)輸出氣體不含油。 如若中間接筒非雙間隔室者，即使氣缸無油潤滑，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用潤滑油的爬竄，也將使壓縮機(jī)排氣含油。但是 CNG 壓縮機(jī)不宜采用雙間隔室此種結(jié)構(gòu)， 因?yàn)槠渲圃斐杀具^于高昂、占地面積過大、運(yùn)行費(fèi)用也太高。所以，自 1931 年迄今為止， 國內(nèi)外 CNG 壓縮機(jī)空前絕后的僅一臺(tái)是雙間隔室的。 況且， CNG壓縮機(jī)氣缸絕對(duì)無油并非必須，規(guī)范的加氣站

20、工藝流程完全能夠控制外輸高壓 CNG 之含油量。未采用具有中間填料雙間隔室結(jié)構(gòu)的中間接筒， 卻侈談 CNG 壓縮機(jī)氣缸無油潤滑，顯然欠嚴(yán)肅、欠求實(shí)。歐美諸多 CNG 壓縮機(jī)名企，無一不自稱是“少油潤滑”而非無油潤滑的。筆者欣賞這樣實(shí)事求是的態(tài)度。由于 CNG 壓縮機(jī)的高壓填料、高壓活塞環(huán)工作條件惡劣，氣缸注油潤滑時(shí)金屬填料/ 活塞環(huán)中的優(yōu)秀者壽命甚長， 而氣缸無油潤滑時(shí)工程塑料制填料/ 活塞環(huán)壽命則難以保證，國內(nèi)外皆如此。這就由先進(jìn)壓縮機(jī)外企率先導(dǎo)出了對(duì)工程塑料元件實(shí)施“少油潤滑”之舉，這甚有利于密封氣體的功能和延長其壽命。順言及，無論何種氣缸潤滑方式，在CNG 壓縮機(jī)各級(jí)冷卻器之后設(shè)置液氣分

21、離器和在末級(jí)冷卻、分離之后設(shè)高效濾油器都是必要的。5. 關(guān)于 CNG 壓縮機(jī)的“倒級(jí)差”結(jié)構(gòu)往復(fù)活塞式多級(jí)壓縮機(jī)中，出現(xiàn)活塞/ 氣缸正級(jí)差或倒級(jí)差設(shè)計(jì)以及“平衡段” （平衡容積） ，本是正常現(xiàn)象，無需大驚小怪。然而，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下個(gè)別并不很懂技術(shù)的 CNG 壓縮機(jī)供方，卻熱衷于炒作技術(shù)，在“倒級(jí)差”上大做文章，誤導(dǎo)了需方。剖析、 探討技術(shù)問題， 來不得半點(diǎn)虛假， 更不能抱有既定的商務(wù)目的，而應(yīng)尊重科學(xué)、求真務(wù)實(shí)、具體分析。否則，勢(shì)必害人害己，甚至預(yù)埋下爆炸性隱患。a.“ 倒級(jí)差” 、 取消平衡段， 在多數(shù)運(yùn)行場(chǎng)所無疑是壓縮機(jī)很好的、節(jié)能的先進(jìn)結(jié)構(gòu)。壓縮機(jī)先賢在我國大中型氮肥廠合成氨用大中型往復(fù)

22、活塞式氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)中，成功地開發(fā)和推廣了“倒級(jí)差” 、取消平衡段設(shè)計(jì)技術(shù)。在可比條件下，不但壓縮機(jī)運(yùn)行電耗明顯下降，而且活塞桿處高壓填料等工程塑料密封元件的工作壽命亦獲保障。最初的成功案例之一，當(dāng)推二十余年前對(duì)山東省壽光氮肥廠壓縮機(jī)的改造。此后，該項(xiàng)技術(shù)不僅獲得了大面積的成功應(yīng)用，還拓展到了高壓加氫大型往復(fù)活塞式壓縮機(jī)領(lǐng)域。筆者在欣喜地見到業(yè)內(nèi)專家和母校老師該項(xiàng)先進(jìn)成果的同時(shí)，也注意到了以下相關(guān)情況：其一，這些工程塑料密封元件的工作狀態(tài)并非無油潤滑；其二，這些元件的制造是依據(jù)引進(jìn)的國外相關(guān)先進(jìn)技術(shù)并采用進(jìn)口的聚四氟乙烯粉料和加工設(shè)備；其三，大中型氮肥廠、大型煉油廠擁有優(yōu)秀的運(yùn)行體系和經(jīng)驗(yàn)豐富的

23、操作人員。b. 國外成功的 CNG 壓縮機(jī)制造企業(yè)，無一采用 25MPa 高壓填料的“倒級(jí)差”結(jié)構(gòu)。縱觀美、德、英、日、瑞士、奧地利等國成功的 CNG 壓縮機(jī)制造企業(yè)，其眾多型號(hào)產(chǎn)品在中、低壓力級(jí)不乏采用“倒級(jí)差”結(jié)構(gòu)者（這和在壓力最低的第I級(jí)實(shí)施“余隙調(diào)節(jié)”不無關(guān)系），但在壓力最高的末級(jí)卻無一不是應(yīng)用“正級(jí)差”結(jié)構(gòu)和“平衡段” ，使填料密封壓差最高在10MPa12MPa，且為少油潤滑工程塑料元件，而無一采用 25MPa 壓差高壓填料的“倒級(jí)差”結(jié)構(gòu)。這是確鑿無疑的現(xiàn)實(shí)，頗值得分析、思考。同樣為鐵案的是， 南歐同一企業(yè)產(chǎn)數(shù)種型號(hào)的 CNG 壓縮機(jī)， 并無雙間隔室中間接筒，卻號(hào)稱氣缸無油潤滑，其

24、“倒級(jí)差”結(jié)構(gòu)的填料密封壓差為 25MPa ，最早打入了我國南北方天然氣汽車加氣站市場(chǎng)，但運(yùn)行實(shí)績不佳，而今其蹤跡安在哉？ 豈不發(fā)人深省。追根溯源，此誠乃誤導(dǎo)源也！c 宜倡導(dǎo) CNG 壓縮機(jī)無 25MPa 高壓填料設(shè)計(jì)。筆者痛感，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能脫離壓縮機(jī)運(yùn)行的具體條件來確定。天然氣汽車加氣站在確保安全的前提下， 方能進(jìn)行加氣作業(yè)， 才能使周邊居民安心。 CNG 壓縮機(jī)的填料處，恰為第一泄漏源所在 。而加氣站一線操作者又以新手居多，故加氣站裝備更應(yīng)是高質(zhì)量的。那么如何盡量減少填料的漏氣率呢？在設(shè)計(jì)階段避免出現(xiàn)25MPa 高壓填料，是甚為有效之舉。一定要求填料在25MPa 高壓的嚴(yán)酷條件下工作的理由

25、是不成立的。 采用正級(jí)差和平衡段結(jié)構(gòu)， CNG 壓縮機(jī)填料的最高工作壓力不過是11MPa 級(jí)。某些自稱氣缸無油潤滑的 CNG 壓縮機(jī)， 不但根本未設(shè)置雙間隔室中間接筒，而且其實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)是有潤滑油存在的。何苦自欺欺人！要求工程塑料密封元件在絕對(duì)無油條件下工作，同樣也是不成立的。填料在 11MPa 及 25MPa 這兩種壓力下工作時(shí),其氣密性和壽命顯然相差懸殊。可見 ,宜倡導(dǎo) CNG 壓縮機(jī)無 25Mpa 高壓填料設(shè)計(jì)。6 .CNG 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高低與運(yùn)行可靠性由于 CNG 壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速、行程、結(jié)構(gòu)型式的擇取不一，以及零件材質(zhì)、 機(jī)械加工與熱處理、 裝配等實(shí)施環(huán)節(jié)的差異， 客觀形成的實(shí)際狀況是：先

26、進(jìn)的高轉(zhuǎn)速CNG 壓縮機(jī)的運(yùn)行可靠性滿高，低水準(zhǔn)的低轉(zhuǎn)速 CNG 壓縮機(jī)卻運(yùn)轉(zhuǎn)不可靠。需知， 轉(zhuǎn)速、 行程以及由它們共同確定的活塞平均速度等技術(shù)參數(shù)，都只是一種手段、途徑而非標(biāo)的，終極目的是造就高水準(zhǔn)、高可靠性 CNG 壓縮機(jī)。較高的轉(zhuǎn)速可使CNG 壓縮機(jī)外形小、重量輕，少占昂貴的加氣站地皮， 優(yōu)點(diǎn)頗多。 但是必須保證在此轉(zhuǎn)速下的零件壽命及運(yùn)行可靠性。轉(zhuǎn)速也并非越高越好，而且轉(zhuǎn)速和與之相應(yīng)的行程值共同給出的活塞平均速度總不會(huì)超出一個(gè)大致范圍。 對(duì)于設(shè)計(jì)和制造得當(dāng)?shù)?CNG 壓縮機(jī)來說， 由于天然氣密度低， 其流動(dòng)阻力損失小， 活塞平均速度在4m/s左右運(yùn)轉(zhuǎn)是穩(wěn)妥的，無需擔(dān)心。這些已由眾多實(shí)機(jī)的

27、長期運(yùn)行狀況所雄辯地證明了的。加氣站業(yè)主對(duì)轉(zhuǎn)速的思慮，需和專業(yè)設(shè)計(jì)院、 CNG 壓縮機(jī)制造企業(yè)共同溝通、切磋后敲定之。7 . 高壓 CNG 壓縮機(jī)前之增壓壓縮機(jī)天然氣汽車加氣站的進(jìn)站管線壓力衰減的現(xiàn)實(shí)狀況,已遠(yuǎn)非個(gè)例。在高壓 CNG 壓縮機(jī)之前設(shè)置增壓壓縮機(jī),不僅是熱議的工程話題,而且不乏工程實(shí)例。那么,對(duì)增壓壓縮機(jī)技術(shù)參數(shù)的要求怎樣,對(duì)增壓壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)類型又應(yīng)如何抉擇呢 ?筆者認(rèn)為：a. 在增壓壓縮機(jī)的供氣量（ Nm 3 /min ）與原有高壓CNG 壓縮機(jī)相匹配，排氣壓力與原有高壓CNG 壓縮機(jī)的進(jìn)氣壓力相卸接此二根本前提下,增壓壓縮機(jī)尚應(yīng)具有適應(yīng)進(jìn)氣壓力小幅度變動(dòng)的能力。一來 ,進(jìn)站管線壓

28、力繼續(xù)衰減是完全可能的；二來,上游管線壓力復(fù)升（如由于伊網(wǎng)）的可能性也是存在的。b. 薦用增壓壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)類型是往復(fù)活塞式,而非回轉(zhuǎn)式。a）往復(fù)活塞式壓縮機(jī)造價(jià)較低、運(yùn)行電耗也低，且其壓力比適應(yīng)范圍遠(yuǎn)寬于回轉(zhuǎn)式,當(dāng)其壓縮級(jí)數(shù)為2 或 3 時(shí),更是如此。 這就是賦予往復(fù)活塞式壓縮機(jī)以強(qiáng)的適應(yīng)進(jìn)氣壓力變動(dòng)的能力。b）無油回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)造價(jià)過于昂貴，而噴油回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)存在著天然氣介質(zhì)稀釋油品或使油品緩慢變質(zhì)的可能性。c. 往復(fù)活塞式壓縮機(jī)中 ,結(jié)構(gòu)型式是角度型者,應(yīng)是增壓壓縮機(jī)理想的選擇。a）角度型壓縮機(jī)除了擁有造價(jià)較低、運(yùn)行電耗低、壓力比適應(yīng)范圍寬等往復(fù)活塞式壓縮機(jī)固有特質(zhì)之外,還具備結(jié)構(gòu)最為緊湊、

29、外廓尺寸最小、占地面積最少的突出優(yōu)勢(shì)。故最適于在加氣站原址范圍內(nèi)理想地安裝就位而無需擴(kuò)地。b ）角度型壓縮機(jī)中的 V 型及 W 型壓縮機(jī),較之L 型壓縮機(jī)、對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)更便于改為承受內(nèi)氣壓者,從而晉升為“無泄漏壓縮機(jī)” ，節(jié)能和環(huán)保效應(yīng)均屬上乘。c）據(jù)悉,新穎先進(jìn)的強(qiáng)剛性、極緊湊V型/W型通用系列增壓機(jī)行將市售。參考文獻(xiàn)（略）- 17 -容積流量單位m 3/hm 3/minft3/hft 3/min1m 3/h10.0166735.314670.588581m 3/min6012118.8835.314671ft 3/h0.028320.0004710.016671ft 3/min1.69

30、9010.02832601表（1）米3/時(shí)米3/分英尺3/時(shí)英尺3/分CFHCFM表1壓縮機(jī)常用容積流量單位及其換算容積流量狀態(tài)：N壓力0.1013MPa A （絕對(duì)壓力）、溫度0C、干燥氣體，如 Nm 3/h 。 Normal condition（N.T.P） 。S壓力14.696pis A （絕對(duì)壓力）、溫度60 °F,如SCFM。Standard condition 。1Nm 3/h=1.0571Sm 3/h=0.62219SCFM1Sm 3/h=0.94598 Nm3/h=0.58858 SCFM1SCFM=1.6072 Nm 3/h=1.6990 Sm 3/h天然氣計(jì)量單位

31、：1MMcfd（每日百萬立方英尺）=28316.8m 3/d表2壓縮機(jī)常用壓力（壓強(qiáng)）單位及其換算壓強(qiáng)單位MPabarkgf/cm 2atmlbf/in 2(psi)1MPa11010.19729.8692145.041bar0.111.019720.9869214.5041kgf/cm 20.0980670.9806710.9678414.2231atm0.101331.01331.0332114.69616.8948 x69.948 x70.307 x68.046 X1Ibf/in 2(psi)10-310-310-310-3表（2）兆帕巴千克力/厘米2標(biāo)準(zhǔn)大氣壓磅力/英寸21kgf/cm 2=1kp/cm 2=1atm=1 工 程 大 氣 壓1Pa=1N/m 2=1 帕(斯卡)-20 -進(jìn)氣表壓力MPa換算系數(shù)G進(jìn)氣表壓力MPa換算系數(shù)G進(jìn)氣表壓力MPa換算系類G進(jìn)氣表壓力MPa換算系系G進(jìn)氣表壓力MPa換算系數(shù)G0.051.391630.555.990551.1011.0493(63.5033.1241611.00102.107910.101.851520.606.450441.2011.969114.0037.7230812.00111.305750.152.31140.656.910331.3012.8889：24.5042.32213.