吳　東（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶　400016）

CNG加氣站工藝系統(tǒng)與設(shè)備優(yōu)化研究

吳東
（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶400016）

CNG主要以甲烷（CH4），同時(shí)含有少量丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10）。和汽油相比較，CNG具有較高的辛烷值（100以上）和熱值，抗爆性能明顯優(yōu)于汽油，燃燒性能也較好，天然氣是一種高自燃點(diǎn)的低密度氣體，在正常的溫度和壓力下，比之汽油不易發(fā)生燃燒和爆炸，安全性比較好。是一種理想的具有綠色意義的車用燃料。文章分析研究了CNG加氣站工藝系統(tǒng)與設(shè)備優(yōu)化措施，以實(shí)現(xiàn)HCNG加氣站的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

CNG加氣站工藝系統(tǒng)設(shè)備優(yōu)化

天然氣是公認(rèn)的低污染燃料。燃用天然氣的汽車和燃油汽車相比，不僅能夠有效地降低汽車尾氣中的有害物的排放量，而且從根本上杜絕了鉛、苯、烴等對(duì)人體有害的物質(zhì)。壓縮天然氣（CNG）汽車因而被稱為綠色環(huán)保事業(yè)。發(fā)展CNG汽車，不僅是治理城市汽車尾氣污染的有效途徑，而且對(duì)于改變城市交通能源結(jié)構(gòu)、緩解成品油供應(yīng)的緊張局面、降低燃料成本起到直接有效的作用，具有顯著的環(huán)保效益、良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1　CNG加氣站工藝系統(tǒng)

1.1處理系統(tǒng)

CNG 處理系統(tǒng)主要包括調(diào)壓、除塵、脫水、干燥等工序。由于工程設(shè)計(jì)考慮不周，施工時(shí)埋下的隱患或設(shè)備、管道、閥門等質(zhì)量原因，造成氣體泄漏，形成爆炸性混合氣體，遇到火源就會(huì)發(fā)生爆炸和燃燒。氣體在處理過(guò)程中有可能出現(xiàn)閥門、法蘭盤及焊縫處泄漏等現(xiàn)象。以脫水為例，如果天然氣含水量較高，那么脫硫后的天然氣需要進(jìn)行脫水處理。脫硫后的天然氣根據(jù)脫水工藝在氣體壓縮的前、中、后，分為前置脫水、中間脫水和后置脫水。一般地，壓縮機(jī)為集成設(shè)備，很少中間導(dǎo)出天然氣，因此一般不用中間脫水的工藝方式。后置脫水工藝要求脫水設(shè)備的配件、閥件質(zhì)量比較高；同時(shí)，由于工作壓力較高，析出的重?zé)N組分容易使脫水劑中毒。目前國(guó)內(nèi)在這方面的技術(shù)工藝問(wèn)題仍未有較好的處理措施，后置脫水一般用于處理量不大，壓縮機(jī)對(duì)氣質(zhì)要求不高的場(chǎng)合，如配置國(guó)產(chǎn)壓縮機(jī)的常規(guī)站或小型母站。前置脫水與后置脫水相比，脫水設(shè)備的安全性能好、設(shè)備配備的閥件性能要求低、吸附劑不易油中毒等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合本站壓縮前的工作壓力，在五里屆CNG母站設(shè)計(jì)中，選用前置脫水的生產(chǎn)工藝。

1.2壓縮系統(tǒng)

CNG 壓縮系統(tǒng)是CNG 加氣站的核心部分，該系統(tǒng)主要通過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)行多級(jí)壓縮，將天然氣的壓力提高至25 MPa，然后通過(guò)管線輸送至儲(chǔ)氣設(shè)施。氣體在壓縮時(shí)，處于受壓、受熱狀態(tài)，工藝管網(wǎng)易泄漏，遇到火源就會(huì)發(fā)生火災(zāi)和爆炸。

1.3控制系統(tǒng)

設(shè)備控制系統(tǒng)主要是對(duì)加氣站內(nèi)各種設(shè)備實(shí)施手動(dòng)或自動(dòng)控制，故加氣站內(nèi)存在潛在的點(diǎn)火源。若各生產(chǎn)環(huán)節(jié)防靜電接地不良或各種電器設(shè)備、電氣線路不能防爆、接頭封堵不良，則在天然氣稍有泄漏時(shí)，就易發(fā)生安全事故。以壓縮機(jī)保護(hù)系統(tǒng)為例，壓縮機(jī)是加氣站的核心設(shè)備，是加氣站的心臟。壓縮機(jī)一旦出現(xiàn)故障，這個(gè)加氣站必將停止?fàn)I業(yè)。保護(hù)壓縮機(jī)，使壓縮機(jī)正常工作，是該站設(shè)計(jì)的必不可少的部分。按照傳統(tǒng)加氣母站對(duì)壓縮機(jī)的保護(hù)，就是在壓縮機(jī)撬前增設(shè)進(jìn)氣緩沖罐，平衡壓縮機(jī)的進(jìn)氣量，減少氣體脈沖對(duì)壓縮機(jī)的沖擊，同時(shí)減少壓縮機(jī)進(jìn)口管線的震蕩。為解決上述問(wèn)題，結(jié)合站場(chǎng)用地，設(shè)計(jì)考慮在每臺(tái)壓縮機(jī)撬內(nèi)均撬裝一個(gè)小型的進(jìn)氣緩沖罐，在每臺(tái)壓縮機(jī)進(jìn)口管線上設(shè)有一個(gè)長(zhǎng)為600mm的金屬軟管。例如，可以采用的壓縮機(jī)為活塞推動(dòng)式壓縮機(jī)，根據(jù)壓縮機(jī)的工作原理，在某一工作壓力狀態(tài)下，壓縮機(jī)排氣量成余弦線，為了減少壓縮機(jī)后氣體脈動(dòng)對(duì)壓縮機(jī)和充氣系統(tǒng)的影響，以及兩臺(tái)壓縮機(jī)排氣量的相互影響，設(shè)計(jì)考慮在壓縮機(jī)后增設(shè)儲(chǔ)氣井進(jìn)行緩沖。

1.4儲(chǔ)氣井

井管儲(chǔ)氣是CNG 加氣站普遍采取的方式，儲(chǔ)氣井的使用壽命一般在25 a 左右。然而，現(xiàn)實(shí)中儲(chǔ)氣井事故多發(fā)的主要原因多為：（1）天然氣氣質(zhì)不合格。CNG 加氣站來(lái)氣大部分水和硫化氫含量偏高，易對(duì)井壁形成腐蝕，腐蝕產(chǎn)物加上塵垢極易造成高壓管線或閥門堵塞失效。（2）井管本身的質(zhì)量不過(guò)關(guān)。在CNG 加氣站儲(chǔ)氣井設(shè)備選擇初期，應(yīng)嚴(yán)格材料采購(gòu)、進(jìn)場(chǎng)手續(xù)，保證所有材料符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2　CNG加氣站工藝系統(tǒng)與設(shè)備優(yōu)化

2.1壓縮機(jī)選擇

根據(jù)CNG 市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，研發(fā)的專用壓縮機(jī)具有操作方便、供氣量大、可靠性高、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等特點(diǎn)。從動(dòng)力配置方面考慮，可選擇以下兩種方案：（1）隔爆型異步電動(dòng)機(jī)聯(lián)接飛輪盤，直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。聯(lián)接簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，噪音小。（2）天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。具有操作容易、工作可靠、起動(dòng)迅速、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。但因其噪聲較大，有燃燒廢氣排放，故適用于電力匱乏或電力成本較高的地方。

2.2加氣設(shè)備

CNG 加氣設(shè)備遵循的原則應(yīng)為：可靠、適用。加氣系統(tǒng)有快充式和慢充式兩種，快充加氣系統(tǒng)實(shí)際與加油機(jī)的使用基本一樣，一次典型的加氣過(guò)程需要1～3分鐘，有顯示屏和計(jì)量裝置。慢充是指汽車在一段時(shí)間很長(zhǎng)的停放時(shí)間（例如過(guò)夜或兩個(gè)車次之間）內(nèi)加氣，壓縮機(jī)在這期間給所有的汽車同時(shí)加氣，不采用儲(chǔ)氣裝置和順序充氣控制裝置。投資小，不需要設(shè)置儲(chǔ)氣裝置，而起壓縮機(jī)的排放量也可以小得多。加氣機(jī)的類型包括快充加氣機(jī)和加氣柱，快充加氣機(jī)包括計(jì)量?jī)x表、順序取氣控制單元、顯示單元、溫度補(bǔ)償單元和整套連接軟件（軟管、脫開(kāi)裝置和加氣槍）。加氣柱不需要進(jìn)行計(jì)算和順序取氣，它可以作為標(biāo)準(zhǔn)快充式加氣機(jī)的廉價(jià)代用品，它還可以適用于每輛汽車都需要有自己的加氣點(diǎn)的慢充系統(tǒng)。

2.3安全防護(hù)裝置

（1）在作業(yè)區(qū)的天然氣管道上應(yīng)設(shè)緊急手動(dòng)截?cái)嚅y，一旦發(fā)生火災(zāi)或其他事故，自控系統(tǒng)失靈時(shí)，操作人員可靠近并關(guān)閉截?cái)嚅y，切斷氣源，防止事故擴(kuò)大。手動(dòng)緊急截?cái)嚅y的位置應(yīng)便于發(fā)生事故時(shí)能及時(shí)切斷氣源。（2）氣瓶組進(jìn)氣總管上應(yīng)設(shè)安全閥及緊急放散管、壓力表及超壓報(bào)警器。每個(gè)儲(chǔ)氣瓶（井）出口應(yīng)設(shè)截止閥。以保證儲(chǔ)氣設(shè)備的安全運(yùn)行及發(fā)生事故時(shí)能及時(shí)切斷氣源。為防止進(jìn)站加氣汽車控制失誤撞上儲(chǔ)氣設(shè)施造成事故，儲(chǔ)氣瓶組或儲(chǔ)氣井與站內(nèi)汽車通道相鄰一側(cè)，應(yīng)設(shè)安全防撞攔。（3）加氣機(jī)應(yīng)設(shè)安全限壓裝置。加氣機(jī)的進(jìn)氣管道上宜設(shè)置防撞事故自動(dòng)切斷閥；加氣機(jī)的加氣軟管上2.4自控設(shè)置

應(yīng)設(shè)拉斷閥，拉斷閥在外力作用下分開(kāi)后，兩端應(yīng)自行密封。（4）加氣站內(nèi)的天然氣管道和儲(chǔ)氣瓶組應(yīng)設(shè)置泄壓保護(hù)裝置，以便迅速排放天然氣管道和儲(chǔ)氣瓶組中需泄放的天然氣。

（1）加氣工藝參數(shù)檢測(cè)和自動(dòng)控制加氣全過(guò)程，采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理。（2）根據(jù)工藝條件用可燃?xì)怏w傳感器監(jiān)測(cè)天然氣的泄漏情況，用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集顯示，設(shè)置報(bào)警聯(lián)鎖等功能。及時(shí)通知操作工檢查設(shè)備運(yùn)行情況，防止發(fā)生事故。（3）安裝和連接控制室內(nèi)PLC可編程序控制器與液壓撬裝子站上的儀表信號(hào)電纜、控制電纜、自控閥門的氣源管線等外網(wǎng)線；新建加氣站可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警系統(tǒng)。

3　結(jié)語(yǔ)

隨著天然氣在城市能源供應(yīng)中的普及，CNG越來(lái)越多的為燃?xì)馄囁谩Ｗ鳛樯a(chǎn)CNG的加氣母站，設(shè)計(jì)合理的工藝流程、配置經(jīng)濟(jì)可靠的工藝設(shè)備是保證加氣站安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵因素。CNG加氣母站工藝技術(shù)不斷開(kāi)拓、完善，工藝設(shè)備的合理選擇，對(duì)于推動(dòng)CNG加氣子站的建設(shè)，促進(jìn)燃?xì)馄嚨陌l(fā)展，凈化城市環(huán)境具有不可替代的作用。

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