天然氣壓縮系統的制作方法

本發明涉及天然氣壓縮領域，特別涉及一種天然氣壓縮系統。

背景技術：

天然氣加氣站通過天然氣壓縮系統壓縮天然氣后以壓縮天然氣（CNG）形式向天然氣汽車（NGV）和大型CNG子站車提供燃料。天然氣管線中的天然氣先經過天然氣壓縮系統的過濾器凈化處理后，再由天然氣壓縮系統的壓縮機組將天然氣壓縮到最高25Mpa，最后通過售氣機給車輛加氣。

然而，20-3Mpa的天然氣在通過天然氣壓縮系統的過濾器時，由于過濾器濾芯的過濾作用，濾芯的內外側形成壓差，天然氣從相對高壓流向相對低壓是吸熱過程（氣體膨脹吸熱），由于20-3Mpa的天然氣內含有一定水份，若在外界環境溫度較低時（如氣候寒冷地區），這些水份將在濾芯表面凝結成冰，使過濾器形成冰堵，導致天然氣不能正常通過過濾器，嚴重影響天然氣壓縮系統的正常工作。

為了防止天然氣壓縮系統的過濾器因溫度過低造成冰堵現象，保證天然氣壓縮系統正常工作，目前常用的解決方案是在過濾器的周圍設置多圈電加熱絲，通過電加熱絲對過濾器加熱，以提高過濾器的溫度。這種方案雖然能解決過濾器濾芯冰堵的問題，但是采用電加熱方式卻留下發生安全事故的隱患，并且電加熱絲對過濾器的加熱效率較低，電能消耗較大，不利于節能降耗。也有通過增大過濾器過濾面積，如在管路上并聯多個過濾器或者增大過濾器體積來解決濾芯冰堵的問題，但是采用多個過濾器或擴大過濾器體積的方式無疑增加了天然氣加氣站的運營成本、管理成本，同時，多個過濾器或較大體積過濾器的占用空間大，安裝在天然氣壓縮系統中容易還容易出現發生干涉的情況。

因此，如何解決天然氣壓縮系統的氣體過濾器形成冰堵的問題，并消除過濾器加熱埋下的安全隱患，實現節能降耗，保證天然氣壓縮系統正常工作，長期以來一直是本領域技術人員想解決而尚未解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種天然氣壓縮系統，通過在過濾器內設置熱交換管，且利用經壓縮機組壓縮后溫度超過常溫的壓縮天然氣作為熱介質，實現廢熱利用，達到節能降耗的目的，能有效避免過濾器因溫度過低而凝冰形成冰堵，保證天然氣壓縮系統正常運行。

本發明的技術方案是：一種天然氣壓縮系統，包括過濾器、壓縮機組和冷卻裝置，所述過濾器的上游端進口與氣源連通，過濾器下游端出口與壓縮機組的進氣端連通，所述壓縮機組的出氣端通過增壓輸氣管經冷卻裝置與壓縮天然氣輸出總管相連，所述過濾器內設有濾芯，所述濾芯與過濾器的殼體內壁之間為氣體通過腔，所述氣體通過腔中設置熱交換管，所述增壓輸氣管設置一歧路與熱交換管的上游端連接，熱交換管的下游端與壓縮天然氣輸出總管相連。

所述過濾器的氣體通過腔中設置一個呈倒置的U形結構的熱交換管，熱交換管的連接段呈弧形彎曲繞過過濾器的濾芯，熱交換管的上游端通過設置在過濾器上的加熱介質輸入接口與增壓輸氣管設置的歧路連接，熱交換管的下游端通過設置在過濾器上的加熱介質輸出接口與壓縮天然氣輸出總管相連。

所述過濾器的氣體通過腔中設置兩個呈倒置的U形結構的熱交換管，兩個熱交換管對稱設置在過濾器濾芯的兩側，兩個熱交換管的呈弧形彎曲的連接段相向環抱濾芯，兩個熱交換管的上游端并聯于過濾器上設置的加熱介質輸入接口，增壓輸氣管設置的歧路與加熱介質輸入接口連接，兩個熱交換管的下游端并聯于過濾器上設置的加熱介質輸出接口與壓縮天然氣輸出總管相連。

所述過濾器的氣體通過腔中設置一呈螺旋狀的熱交換管，所述呈螺旋狀的熱交換管環繞在過濾器濾芯的周圍，熱交換管的上游端通過設置在過濾器上的加熱介質輸入接口與增壓輸氣管設置的歧路連接，熱交換管的下游端通過設置在過濾器上的加熱介質輸出接口與壓縮天然氣輸出總管相連。

所述加熱介質輸入接口、加熱介質輸出接口的介質通孔均為階梯孔，階梯孔大徑段的直徑大于熱交換管的管徑，形成與熱交換管的上游端或下游端對應的容納腔，該階梯孔的小徑段設有用于連接外接管路的內螺紋。

所述壓縮機組包括至少一個天然氣壓縮缸，所述天然氣壓縮缸的氣體壓縮腔進氣端設有進氣單向閥，氣體壓縮腔出氣端設有出氣單向閥，進氣單向閥通過管路與過濾器的下游端出口連接，出氣單向閥通過增壓輸氣管經冷卻裝置與壓縮天然氣輸出總管相連，所述增壓輸氣管上設置的歧路與熱交換管的上游端連接，熱交換管的下游端與壓縮天然氣輸出總管相連。

所述壓縮機組包括一級天然氣壓縮缸、二級天然氣壓縮缸，壓縮天然氣輸出總管上設有輸出單向閥，所述一級天然氣壓縮缸的氣體壓縮腔進氣端設有一級進氣單向閥，氣體壓縮腔出氣端設有一級出氣單向閥，所述一級進氣單向閥通過管路與過濾器的下游端出口連接，一級出氣單向閥通過一級增壓輸氣管與一級冷卻裝置一端連接，一級冷卻裝置另一端位于輸出單向閥上游與壓縮天然氣輸出總管連接，輸出單向閥上游的壓縮天然氣輸出總管通過二級輸氣管連接二級天然氣壓縮缸，所述二級天然氣壓縮缸的氣體壓縮腔進氣端設有二級進氣單向閥，二級天然氣壓縮缸的氣體壓縮腔出氣端設有二級出氣單向閥，二級出氣單向閥通過二級增壓輸氣管與二級冷卻裝置一端連接，二級冷卻裝置另一端位于輸出單向閥下游與壓縮天然氣輸出總管相連。

所述一級天然氣壓縮缸為多個，一級冷卻裝置的數量與一級天然氣壓縮缸的數量相同，各一級天然氣壓縮缸分別通過一級增壓輸氣管對應連接一級冷卻裝置，各一級冷卻裝置并聯于壓縮天然氣輸出總管，均位于輸出單向閥上游。

所述冷卻裝置包括殼體和穿過殼體內腔的冷卻管，所述冷卻管的上游端通過增壓輸氣管與壓縮機組的出氣端連通，冷卻管的下游端與天然氣輸出總管連通，冷卻裝置殼體內壁與冷卻管之間的空間為冷卻腔，所述冷卻腔分別與設于殼體上的冷卻介質進口、冷卻介質出口連通，冷卻介質進口、冷卻介質出口分別連接于冷卻介質循環管路。

采用上述技術方案具有以下有益效果：

1、過濾器的濾芯與過濾器的殼體內壁之間為氣體通過腔，該氣體通過腔中設置熱交換管，連接壓縮機組的出氣端與冷卻裝置的增壓輸氣管設置一歧路與熱交換管的上游端連接，熱交換管的下游端與壓縮天然氣輸出總管相連。經壓縮機組壓縮后溫度超過常溫的壓縮天然氣經增壓輸氣管進入冷卻裝置冷卻，其中一部分溫度超過常溫的壓縮天然氣經過歧管進入熱交換管內，作為熱交換管的熱介質，當溫度超過常溫的壓縮天然氣從熱交換管中通過時，通過熱交換對過濾器的氣體通過腔進行升溫，可以有效防止過濾器的濾芯產生冰堵。并且，在熱交換過程中，流過熱交換管的壓縮天然氣得到冷卻后，再流到天然氣壓縮系統中與冷卻裝置出口端輸出的冷卻氣體進行匯總。天然氣壓縮系統采用這種結構的過濾器，通過連接在增壓輸氣管上的歧管輸入熱介質，不需要利用電加熱來防止冰堵，既安全，又節能；并且直接利用壓縮天然氣的熱量來防止冰堵，可充分利用天然氣壓縮系統壓縮天然氣產生的熱量，還可使天然氣壓縮系統的用于冷卻裝置的能量消耗得到一定降低，實現廢熱利用，達到節能降耗的目的，而且天然氣也無消耗。

2、設置在過濾器上的加熱介質輸入接口、加熱介質輸出接口的介質通孔均為階梯孔，階梯孔大徑段的直徑大于熱交換管的管徑，形成與熱交換管的上游端或下游端對應的容納腔，該階梯孔的小徑段設有用于連接外接管路的內螺紋。使熱介質的輸入管可通過螺紋配合與加熱介質輸入接口連接，熱介質的輸出管可通過螺紋配合與加熱介質輸出接口連接，連接方便、可靠，保證熱交換管的密封性，防止熱介質泄漏。加熱介質輸入接口、加熱介質輸出接口介質通孔的容納腔的孔徑大于熱交換管的管徑，在對應熱交換管的上游端、下游端固定安裝加熱介質輸入接口、加熱介質輸出接口時，不需精確對位即可固定加熱介質輸入接口、加熱介質輸出接口的位置，避免加熱介質輸入接口、加熱介質輸出接口的安裝面對熱交換管的上游端或下游端形成遮擋或部分遮擋，同時，當熱交換管的數量為兩個時，加熱介質輸入接口的容納腔可完全容納兩個熱交換管的上游端，加熱介質輸出接口的容納腔可完全容納兩個熱交換管的下游端。

3、壓縮機組包括一級天然氣壓縮缸、二級天然氣壓縮缸，壓縮天然氣輸出總管上設有輸出單向閥，一級天然氣壓縮缸的氣體壓縮腔進氣端設有一級進氣單向閥，氣體壓縮腔出氣端設有一級出氣單向閥，所述一級進氣單向閥通過管路與過濾器的下游端出口連接，一級出氣單向閥通過一級增壓輸氣管與一級冷卻裝置一端連接，一級冷卻裝置另一端位于輸出單向閥上游與壓縮天然氣輸出總管連接，輸出單向閥上游的壓縮天然氣輸出總管通過二級輸氣管連接二級天然氣壓縮缸，所述二級天然氣壓縮缸的氣體壓縮腔進氣端設有二級進氣單向閥，二級天然氣壓縮缸的氣體壓縮腔出氣端設有二級出氣單向閥，二級出氣單向閥通過二級增壓輸氣管與二級冷卻裝置一端連接，二級冷卻裝置另一端位于輸出單向閥下游與壓縮天然氣輸出總管相連。經一級天然氣壓縮缸壓縮的壓縮天然氣氣壓大于輸出單向閥開啟的閥值時，輸出單向閥開啟，可直接輸出至售氣機對車輛加氣；當經一級天然氣壓縮缸壓縮后的壓縮天然氣氣壓小于輸出單向閥開啟的閥值時，這些天然氣聚集在壓縮天然氣輸出總管輸出單向閥的上游，經二級輸氣管輸送至二級天然氣壓縮缸壓縮增壓、二級冷卻裝置冷卻后輸出至售氣機對車輛加氣，保證售氣機的天然氣壓力達到加氣標準。

下面結合附圖和具體實施方式作進一步的說明。

附圖說明

圖1為本發明天然氣壓縮系統實施例一的管路圖；

圖2為本發明天然氣壓縮系統實施例二的管路圖；

圖3為本發明天然氣壓縮系統實施例三的管路圖；

圖4為本發明的過濾器的結構示意圖；

圖5為圖4的A-A剖視圖；

圖6為圖4的B向示圖；

圖7為本發明加熱介質輸入接口的結構示意圖。

附圖中，1為過濾器，1a為上游端進口，1b為下游端出口，1c為濾芯，1d為過濾器的殼體，1e為氣體通過腔，1f為加熱介質輸入接口，1g為加熱介質輸出接口，1h為介質通孔，1i為容納腔，1j為內螺紋，2為壓縮機組，2a為天然氣壓縮缸，2a1為進氣單向閥，2a2為出氣單向閥，2b為一級天然氣壓縮缸，2b1為一級進氣單向閥，2b2為一級出氣單向閥，2c為二級天然氣壓縮缸，2c1為二級進氣單向閥，2c2為二級出氣單向閥，3為冷卻裝置，3a為一級冷卻裝置，3b為二級冷卻裝置，3c為殼體，3d為冷卻管，3e為冷卻腔，3f為冷卻介質進口，3g為冷卻介質出口，4為增壓輸氣管，4a為歧路，4b為一級增壓輸氣管，4c為二級增壓輸氣管，6為壓縮天然氣輸出總管，6a為輸出單向閥，7為熱交換管。

具體實施方式

實施例一

參見圖1、圖4至圖7，為天然氣壓縮系統的一種具體實施例。天然氣壓縮系統包括過濾器1、壓縮機組2和冷卻裝置3。

所述過濾器1的腔內設有濾芯1c，所述濾芯1c與過濾器的殼體1d內壁之間為氣體通過腔1e，所述氣體通過腔1e中設置熱交換管7，本實施例中，所述過濾器1的氣體通過腔1e中設置兩個呈倒置的U形結構的熱交換管7，兩個熱交換管7對稱設置在過濾器濾芯1c的兩側，兩個熱交換管7的呈弧形彎曲的連接段相向環抱濾芯1c，過濾器的殼體1d底部通過焊接固定設置有加熱介質輸入接口1f、加熱介質輸出接口1g，所述加熱介質輸入接口1f、加熱介質輸出接口1g的介質通孔1h均為階梯孔，階梯孔大徑段的直徑大于熱交換管7的管徑，形成與熱交換管7的上游端或下游端對應的容納腔1i，兩個熱交換管7的上游端并聯于加熱介質輸入接口1f的容納腔中，兩個熱交換管7的下游端并聯于加熱介質輸出接口1g的容納腔中，加熱介質輸入接口1f、加熱介質輸出接口1g的階梯孔的小徑段設有用于連接外接管路的內螺紋1j。也可在過濾器1的氣體通過腔1e中設置一個呈倒置的U形結構的熱交換管7，熱交換管7的連接段呈弧形彎曲繞過過濾器1的濾芯1c，熱交換管7的上游端與加熱介質輸入接口1f的容納腔連通，熱交換管7的下游端與加熱介質輸出接口1g的容納腔連通；也可在過濾器1的氣體通過腔1e中設置一呈螺旋狀的熱交換管7，呈螺旋狀的熱交換管7環繞在過濾器濾芯1c的周圍，熱交換管7的上游端與加熱介質輸入接口1f的容納腔連通，熱交換管7的下游端與加熱介質輸出接口1g的容納腔連通。

所述壓縮機組2包括兩個一級天然氣壓縮缸2b、一個二級天然氣壓縮缸2c。一級天然氣壓縮缸2b、二級天然氣壓縮缸2c均具有兩個氣體壓縮腔。所述各一級天然氣壓縮缸2b的氣體壓縮腔進氣端設有一級進氣單向閥2b1，各一級天然氣壓縮缸2b的氣體壓縮腔出氣端設有一級出氣單向閥2b2。所述二級天然氣壓縮缸2c的氣體壓縮腔進氣端設有二級進氣單向閥2c1，二級天然氣壓縮缸2c的氣體壓縮腔出氣端設有二級出氣單向閥2c2。

所述冷卻裝置3包括兩個一級冷卻裝置3a、一個二級冷卻裝置3b。一級冷卻裝置3a、二級冷卻裝置3b的結構相同，均包括殼體3c和穿過殼體內腔的冷卻管3d，冷卻裝置殼體3c內壁與冷卻管3d之間的空間為冷卻腔3e，所述冷卻腔3e分別與設于殼體3c上的冷卻介質進口3f、冷卻介質出口3g連通。一級冷卻裝置3a、二級冷卻裝置3b也可采用風冷的形式。

組合管路系統時，在天然氣壓縮系統的壓縮天然氣輸出總管6上設置輸出單向閥6a。過濾器1的上游端進口1a與氣源連通，過濾器1下游端出口1b通過管路分別與兩個一級天然氣壓縮缸2b的一級進氣單向閥2b1連接。兩個一級天然氣壓縮缸2b的一級出氣單向閥2b2分別通過一級增壓輸氣管4b與各自對應的一級冷卻裝置3a的冷卻管3d上游端連接，其中一根一級增壓輸氣管設置歧路4a，該歧路4a與過濾器上的加熱介質輸入接口1f的介質通孔內螺紋1j螺紋配合形成固定連接，過濾器上的加熱介質輸出接口1g通過管路與壓縮天然氣輸出總管6連通，位于輸出單向閥6a的上游。兩個一級冷卻裝置3a的冷卻管3d下游端分別與壓縮天然氣輸出總管6連通，位于輸出單向閥6a的上游。二級天然氣壓縮缸2c的二級進氣單向閥2c1通過二級輸氣管與壓縮天然氣輸出總管6連接，位于輸出單向閥6a上游，二級出氣單向閥2c2通過二級增壓輸氣管4c與二級冷卻裝置3b的冷卻管3d上游端連接，二級冷卻裝置3b的冷卻管3d下游端位于輸出單向閥6a下游與壓縮天然氣輸出總管6相連。將一級冷卻裝置3a、二級冷卻裝置3b的冷卻介質進口3f、冷卻介質出口3g分別連接于冷卻介質循環管路。保證各連接處密封良好。

氣源的天然氣從過濾器1的上游端進口1a進入氣體通過腔1e，經過濾器1的濾芯1c過濾后，從下游端出口1b流入兩個一級天然氣壓縮缸2b進行壓縮增壓，增壓后的大部分超過常溫的壓縮天然氣經一級增壓輸氣管4b穿過對應的一級冷卻裝置3a的冷卻管3d，經冷卻，進入壓縮天然氣輸出總管6，小部分超過常溫的壓縮天然氣通過歧路4a，進入過濾器的熱交換管7中，作為熱交換管的熱介質，當溫度超過常溫的壓縮天然氣從熱交換管中通過時，通過熱交換對過濾器的內腔進行升溫，可以有效防止過濾器的產生冰堵，并且，在熱交換過程中，流過熱交換管的超過常溫的壓縮天然氣得到冷卻，再流到壓縮天然氣輸出總管6，與天然氣壓縮系統中冷卻氣體的冷卻裝置出口端進行匯總。當匯集在壓縮天然氣輸出總管6輸出單向閥6a上游的壓縮天然氣氣壓大于輸出單向閥6a開啟的閥值時，輸出單向閥開啟，可直接輸出至售氣機對車輛加氣；當經兩個一級天然氣壓縮缸壓縮后的壓縮天然氣氣壓小于輸出單向閥6a開啟的閥值時，這些壓縮天然氣經二級輸氣管輸送至二級天然氣壓縮缸2c壓縮增壓、二級冷卻裝置3b冷卻后輸出至售氣機對車輛加氣，保證售氣機的天然氣壓力達到加氣標準。

實施例二

參見圖2、圖4至圖7，為天然氣壓縮系統的另一種具體實施例。與實施例一的不同之處在于，本實施例中，壓縮機組2包括一個一級天然氣壓縮缸2b、一個二級天然氣壓縮缸2c。冷卻裝置3包括一個一級冷卻裝置3a、一個二級冷卻裝置3b。

組合管路系統時，在天然氣壓縮系統的壓縮天然氣輸出總管6上設置輸出單向閥6a。過濾器1的上游端進口1a與氣源連通，過濾器1下游端出口1b通過管路與一級天然氣壓縮缸2b的一級進氣單向閥2b1連接。一級天然氣壓縮缸2b的一級出氣單向閥2b2通過一級增壓輸氣管4b與對應的一級冷卻裝置3a的冷卻管3d上游端連接，一級增壓輸氣管4b上設置歧路4a，該歧路4a與過濾器上的加熱介質輸入接口1f的介質通孔內螺紋1j螺紋配合形成固定連接，過濾器上的加熱介質輸出接口1g通過管路與壓縮天然氣輸出總管6連通，位于輸出單向閥6a的上游。一級冷卻裝置3a的冷卻管3d下游端與壓縮天然氣輸出總管6連通，位于輸出單向閥6a的上游。二級天然氣壓縮缸2c的二級進氣單向閥2c1通過二級輸氣管與壓縮天然氣輸出總管6連接，位于輸出單向閥6a上游，二級出氣單向閥2c2通過二級增壓輸氣管4c與二級冷卻裝置3b的冷卻管3d上游端連接，二級冷卻裝置3b的冷卻管3d下游端位于輸出單向閥6a下游與壓縮天然氣輸出總管6相連。將一級冷卻裝置3a、二級冷卻裝置3b的冷卻介質進口3f、冷卻介質出口3g分別連接于冷卻介質循環管路。保證各連接處密封良好。

實施例三

參見圖3至圖7，為天然氣壓縮系統的另一種具體實施例，與實施例一的不同之處在于，本實施例中，壓縮機組2只含有一個天然氣壓縮缸2a。冷卻裝置3數量為一個，壓縮天然氣輸出總管6不設置輸出單向閥6a。

組合管路系統時，過濾器1的上游端進口1a與氣源連通，過濾器1下游端出口1b通過管路與天然氣壓縮缸2a的進氣單向閥2a1連接。天然氣壓縮缸2a的出氣單向閥2a2通過增壓輸氣管4與對應的冷卻裝置3的冷卻管3d上游端連接，增壓輸氣管4上設置歧路4a，該歧路4a與過濾器上的加熱介質輸入接口1f的介質通孔內螺紋1j螺紋配合形成固定連接，過濾器上的加熱介質輸出接口1g通過管路與壓縮天然氣輸出總管6連通。冷卻裝置3的冷卻管3d下游端與壓縮天然氣輸出總管6連通，冷卻裝置3的冷卻介質進口3f、冷卻介質出口3g分別連接于冷卻介質循環管路。保證各連接處密封良好。

氣源的天然氣從過濾器1的上游端進口1a進入氣體通過腔1e，經過濾器1的濾芯1c過濾后，從下游端出口1b流入天然氣壓縮缸2a進行壓縮增壓，增壓后的大部分超過常溫的壓縮天然氣經增壓輸氣管4穿過冷卻裝置3的冷卻管3d，經冷卻，進入壓縮天然氣輸出總管6，直接用于售氣機對車輛加氣，小部分超過常溫的壓縮天然氣通過歧路4a，進入過濾器的熱交換管7中，作為熱交換管的熱介質，當溫度超過常溫的壓縮天然氣從熱交換管中通過時，通過熱交換對過濾器的內腔進行升溫，可以有效防止過濾器的產生冰堵，并且，在熱交換過程中，流過熱交換管的超過常溫的壓縮天然氣得到冷卻，再流到壓縮天然氣輸出總管6，與天然氣壓縮系統中冷卻氣體的冷卻裝置出口端進行匯總。這種不含二級壓縮天然氣壓縮缸的天然氣壓縮系統適用于對加氣壓力要求不高的小型加氣站使用。

本發明提供的天然氣壓縮系統，通過在過濾器內設置熱交換管，利用經壓縮機組壓縮后溫度超過常溫的壓縮天然氣作為熱介質，能有效避免過濾器因溫度過低而凝冰形成冰堵，部分溫度超過常溫的壓縮天然氣經過過濾器熱交換管冷卻后流到天然氣壓縮系統中冷卻氣體的冷卻器出口端進行匯總，還使天然氣壓縮系統的用于冷卻裝置的能量消耗得到一定降低，實現廢熱利用，達到節能降耗的目的，而且天然氣也無消耗，保證天然氣壓縮系統正常運行。