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与加油站合建的压缩天然气加气站的设计

更新时间:2011/5/30 来源:中国报警器网  [收藏此信息]

 CNG作为一种清洁汽车燃料,不仅能够大幅降低汽车的运行费用,而且对环境的污染小,安全可靠,应用越来越广泛。随着管道天然气的发展,管道沿线城市相继建成很多CNG加气站。但是,城市建成区内的用地比较紧张,单独建设CNG加气站的用地很难找到。另一方面,由于CNG作为汽车燃料具有不可替代的优势,对CNG的需求量越来越大, CNG的供应也越来越紧张。而油品作为传统的汽车燃料,在相当长的时间内仍然是汽车的主要燃料。因此,在城市建成区内,加油和压缩天然气加气合建站将成为汽车燃料加注站的主要方式。

1 CNG加气站的主要形式

  CNG加气母站

  通常建在城市门站、储配站或高一中压调压站内,以利于天然气流量和压力达到要求。天然气经过脱硫、脱水等工艺,进入压缩机被压缩到25 MPa,通过加气柱给CNG气瓶车加气,或通过顺序控制盘及储气井()直接给CNG汽车加气。加气母站的主要设备有计量稳压装置、脱硫脱水装宣缓冲罐、橇装压缩机组、加气柱、顺序控制盘、储气井()、加气机等。

CNG加气子站

    通常建在车流量较大的中心城区周边,以CNG气瓶车从CNG加气母站运来的CNG作为原料气。气瓶车中的CNG通过卸气柱,经橇装压缩机增压至25 MPa,通过顺序控制盘分别进入高、中、低压储气井()。当高、中、低压储气井()的压力全部达到25 MPa时,橇装压缩机自动停机。高、中、低压储气井()中的天然气由加气机控制并自动给CNG汽车加气。当储气井()的压力接近20 MPa时,橇装压缩机启动向储气井()补气,在补气过程中,如遇车辆加气,顺序控制盘自动切换,优先向汽车加气。CNG加气子站的主要设备有CNG气瓶车、卸气柱、橇装压缩机、顺序控制盘、储气井()、加气机等。

  CNG加气标准站

  通常建在市区内,以城区管网的天然气作为原料气。天然气经过脱硫、脱水等工艺,进入橇装压缩机被压缩到25 MPa,经过顺序控制盘进入储气井 ()储存或通过加气机给CNG汽车加气。加气标准站的主要设备有计量稳压装置、脱硫脱水装置、缓冲罐、橇装压缩机组、顺序控制盘、储气井()、加气机等。

2  合建站的要求及形式

  ①合建站的要求

  《汽车加油加气站设计与施工规范》(2006年版)GB 50156--2002307条规定,加油和压缩天然气加气合建站的等级划分见表1

  1  加油和压缩天然气加气合建站的等级划分

级别

 

 

 

  油品储罐容积/m3

 管道供气的加气站储气设施总容积

  m3

 加气子站储气设施  总容积/m3

 

总容积

单罐容积

 

一级

61100

    50

    12

 

    18

 

二级

    60

    30

  注:柴油罐容积可折半计人油罐总容积。

   

    《汽车加油加气站设计与施工规范》(2006年版)GB 50156--20024.0.2条规定,在城市建成区内不应建一级加油站、一级液化石油气加气站和一级加油加气合建站。因此,在城区内已建成的加油站内增加建设CNG加气站,只能建设二级加油和压缩天然气加气合建站。并且,合建站中的CNG加气标准站的储气设施总容积不得大于12 m3CNG加气子站的储气设施总容积不得大于18 m3。此外,《汽车加油加气站设计与施工规范》(2006年版)GB 50156--2002307条的条文说明指出,加气子站储气设施包括车载储气瓶和站内固定储气瓶(或储气井)

②合建站的形式

    《汽车加油加气站设计与施工规范》(2006年版)GB 50156--2002规定,与加油站合建的CNG加气站应是加气标准站或子站。CNG加气标准站是以城区管网的天然气作为原料气给CNG汽车加气,这种加气方式会导致城市用气高峰时管网压力降低,也会产生居民用气与汽车用气的矛盾。尤其在冬季,这种矛盾更为突出。因此,城区内与加油站合建的CNG加气站的主要形式为加气子站。

    配备CNG气瓶车、卸气柱、活塞连杆式压缩机、储气井()、加气机等设备的CNG加气子站通常被称为常规CNG加气子站。常规CNG加气子站中的CNG气瓶车的容积为18 m3,已经等于规范规定的容积上限。如果采用常规CNG加气子站与加油站合建的方式,则要求CNG加气子站不能建设储气井()。这种情况下,有车辆需要加气时,压缩机就必须启动,将CNG气瓶车中的天然气加压后给汽车加气。这样必然造成压缩机频繁启动,影响压缩机的使用寿命。而且,常规CNG加气子站压缩机的电功率较高,导致加气站运营过程中的耗电成本很高。因此,常规CNG加气子站不宜与加油站合建。

    目前,适宜与加油站合建的CNG加气子站有两种:一种为液压增压橇式CNG加气子站,另一种为液压压缩机式CNG加气子站。

3   合建站中CNG加气子站的设计

31  液压增压橇式CNG加气子站

    液压增压橇式CNG加气子站是利用液压泵将一种特殊性质的液体加压至2022 MPa,然后将高压液体充入液压平推CNG气瓶车的储气钢瓶中,将钢瓶内的压缩天然气推出,再通过站内的单线双枪加气机把高压天然气充人CNG汽车的车载储气瓶内,达到给汽车加气的目的,不需采用其他增压设备。

  ①工艺流程

    液压平推CNG气瓶车从CNG加气母站运来CNG,通过快装接头及软管将高压进液管路、高压回液管路、压缩空气控制管路、CNG高压出气管路与液压增压橇连接。系统连接完毕后,首先启动气瓶车的液压顶升系统,将钢瓶角度升至10。的位置,打开相应的控制阀门,关闭放空阀门,检查无误后即可启动液压增压橇,开始给汽车加气。高压液压泵开始工作,PLC自动控制系统会打开一只钢瓶的进液阀门和出气阀门,将高压液体介质注入这只钢瓶,保证液压平推CNG气瓶车的钢瓶内气体压力保持在2022 MPaCNG通过钢瓶出气口经CNG高压出气管路进入液压增压橇内的缓冲罐后,经高压管道输送至CNG加气机,给CNG汽车加气。

    当钢瓶中大约95%的CNG被液压介质推出后,PLC自动控制系统会发出指令莱闭该钢瓶的进液阀门、出气阀门,打开回液阀门,利用钢瓶内余压将液体介质压回子站橇体内液压介质储罐中。间隔几秒后第二只钢瓶的进液阀门、出气阀门打开,液压介质开始充入,CNG被推出进入加气机给CNG汽车加气,而第一只钢瓶内的液体介质绝大部分返回储罐后,其回液阀自动关闭。由PLG自动控制系统控制进、回液阀门、出气阀门的启闭,依次控制切换8只钢瓶顺序工作。设备运行时,除更换液压平推CNG气瓶车时由人工操作外,整套设备的所有动作均由PLC控制,无需人工干预。工艺流程见图l

液压平推cNG气瓶车-液压增压橇-单线加气机-cNG汽车

  1  液压增压橇式CNG加气子站工艺流程

②主要设备

液压增压橇式CNG加气子站主要设备见表2

2  液压增压橇式CNG加气子站主要设备

 

序号

  设备名称

单位

数量

    备注

 

  l

液压增压橇

 

 

  1

 

成套供应,含PLC

制柜,自带卸气系统

及控制气源装置

    2

液压平推CNG气瓶车

 

 

  3

 

 

  3

  加气机

 

  4

单线双枪

  a.液压增压橇

  主要包括橇体、增压系统、液压介质储罐、液压介质、CNG缓冲罐。以上几部分均集成安装在橇体内,其主体框架采用型钢制作,外涂防腐材料,并设有防爆风机、防爆接线箱、平开门以及防爆照明等。橇体内设有天然气泄漏检测探头,与设置在控制室的燃气报警系统相连,燃气报警系统与PLC控制系统连锁。当发生天然气泄漏并达到一定浓度时,报警系统发出声光报警,并切断设备电源,停止站内设备的运行,同时启动防爆风机。

    增压系统主要包括油泵电机、高压泵、压力控制阀、高压管件等。增压系统通常配置2台油泵电机,电机采用防爆电机,单台功率为30 kW1台高压泵,其设计压力为25 MPa,工作压力为2022 MPa

    b.卸气系统

    卸气系统主要由1条高压进液管路、1条高压回液管路、1CNG高压出气管路、压缩空气控制管路及管道快装接头组成。

    c.加气机

    液压增压橇式加气子站所采用的加气机为单线双枪加气机,主要由流量计、微电脑控制售气装置和压缩天然气气路系统组成。

  d.液压平推CNG气瓶车

  液压平推CNG气瓶车是在普通CNG气瓶车的基础上,对前舱、后舱的管阀件进行改造,增加了气动阀门、管件及连接高压软管等,是液压增压橇式CNG加气子站的主要配套产品。

  e.控制气源装置

  主要由空气压缩机、深度脱水设备、高精度除油过滤器等组合而成的橇体,它的作用是为控制系统提供干燥、洁净的压缩空气供气动执行器使用。

  ③总平面设计

  根据加气子站的实际情况和生产工艺的需求,站区分为增压卸气区、加气区和站房(应与加油设施的站房一同考虑)。增压卸气区宜位于站区的一侧,主要设备包括气瓶车停车位和液压增压橇等。加气区宜位于站区另一侧,由加气机和加气罩棚等组成。加气区与增压卸气区之间应留出一定的空地供加气汽车使用,但距离不应大于20 m。此外,加气区应靠近道路,便于汽车加气。站房宜位于加气区后方,通常由值班室、办公室、综合营业厅、仪表配电间等组成。

    加气子站内的气瓶车固定停车位、液压增压橇、加气机等设备与站外建、构筑物的防火距离应满足《汽车加油加气站设计与施工规范》(2006年版)GB50156--2002407条的规定。站内设施之间及与加油设施、站内建、构筑物的防火距离应满足《汽车加油加气站设计与施工规范》(2006年版)GB50156--2002508条的规定。

  ④主要特点

  a.占地面积小:站内除停放CNG气瓶车的位置外,液压增压橇占地面积为ll m2;控制室占地面积为10 m2。综合考虑,整个加气子站占地面积约l000 m2

  b.工艺设备少,工艺管道简单,施工方便,施工期短:站内除控制室与液压增压橇、加气机之间的电缆外,只有液压增压橇与加气机之间的l条工艺管道,施工非常简单。与已有加油站合建时,基本不需要增加占地,工期只需15天左右。

  c.压力稳定:加气子站的液压系统始终提供较高的压力给CNG,而CNG则始终在较高的工作压力下单线输出至加气机,故该系统能够提供比现有三线加气系统高且稳定的工作压力。

  d.节能效果好:液压增压橇的油泵电机功率只有30 kW,系统总功率小于70 kW。与常规加气子站(压缩机电机功率110160 kW)相比,节能效果明显,运行费用低,大大提高了经济效益。

32液压压缩机式CNG加气子站

  液压压缩机式CNG加气子站是利用液压压缩机从气瓶车中吸气,加压后通过站内的三线双枪加气机把高压天然气充入CNG汽车的车载储气瓶内,达到给汽车加气的目的。

  ①工艺流程

  CNG气瓶车从CNG加气母站运来CNG,通过由CNG气瓶车、卸气柱、液压压缩机、控制系统、调压瓶组和加气机组成的加气系统给汽车加气。为了将压缩天然气快速充装给汽车,CNG气瓶车为低压管道供气,调压瓶组为中压管道供气,液压压缩机为高压管道供气。由控制系统通过PLC控制实现三线快充。

  加气时,先由CNG气瓶车直接向汽车充气;当压力低于设定值时,再由调压瓶组向汽车充气;如果仍不能将CNG汽车车载储气瓶充至20 MPa,启动液压压缩机,由压缩机直接为CNG汽车充装。充装完毕,压缩机将调压瓶组充满,保证瓶组的压力。压缩机内部装有优先顺序控制系统,优先顺序控制系统采用加气机高中低压转换信号,与加气机同步控制。

    ②主要设备   

  主要工艺设备见表3

  a.液压压缩机

   液压压缩机专门为压缩天然气及天然气的传输设计,采用液压传动原理,利用油压推动气缸内活塞做往复运动压缩天然气。机组主要由液压系统、机系统、管道系统、冷却系统、气动控制系统和电气控制系统等部分组成。以上系统安装在橇装底座上,外部安装了具有隔声降噪、防火作用的防护罩。

3  液压压缩机式CNG加气子站主要设备

 

序号

  设备名称

单位

数量

    备注

  1

 

 液压压缩机

 

  1

 

成套供应,含PLC控制柜

  2

  CNG气瓶车

 

  3

 

  3

    卸气柱

 

  1

 

  4

 

    加气机

 

 

  4

 

    三线双枪

 

 

    5

 

 调压瓶组

 

 

 

 

  1

 

瓶组总容积为1.12 m

    液压系统为压缩机提供动力,主要由油泵电机组、油箱、集成阀块、各种液压附件及管道系统组成。其中,油泵电机组是动力源,油箱是液压油的储存装置,集成阀块是执行机构。主机系统是天然气加压的容器空间,为双气缸两级压缩,分为一级气缸和二级气缸。气动控制系统用于控制压缩机顺序盘的阀门启闭,以实现压缩机在加气子站中取气气路的变换。冷却系统为风冷式,使用风冷机对液压油和天然气直接冷却。

    b.调压瓶组

    调压瓶组总容积为1.12 m3,工作压力为25MPa。调压瓶组与常规加气子站中的储气瓶组基本相同,但其功能是为了后期CNG气瓶车压力不足时,提高充装天然气的速度,不是用来储存气体的。

    c.加气机

    液压压缩机式加气子站所采用的加气机为三线双枪加气机,配置与液压增压式加气子站的单线双枪加气机基本一致。

  dCNG气瓶车

    CNG气瓶车主要由集装管束组成。集装管束是由8只大容积高压钢瓶组成,钢瓶规格为咖559mm×16.5 mm,长为10 975 mm,单瓶容积为

2.25 m3,总容积为18 m3,单车运输气量为4 500 m3

  ③总平面设计

  根据加气子站的实际情况和生产工艺的需求,站区分为压缩调压区、加气区和站房(应与加油设施的站房一起考虑)。其中,压缩调压区包括橇装液压压缩机、卸气柱和调压瓶组以及气瓶车停车位。总平面布局基本与液压增压橇式加气子站的总平面布局相同。

  ④主要特点

  a.占地面积小:液压压缩机式加气子站没有储气井、放散管及排污罐等设备,减小了加气子站的用地。整个加气子站占地面积约1 2Q0 m3

    b.压缩机电机功率相对较小,效率高:平均排量为1 000 m3h的活塞连杆式压缩机,电机功率约为110160 kW。而平均排量为1 400 m3h的液压式压缩机,电机功率只有70 kW,这就大大减少了加气子站的运行成本。

    c.压缩机气缸活塞由液压系统驱动,振动小,工作寿命长:活塞连杆式压缩机的结构复杂,转动摩擦部件多。这些部件始终在较大的负荷下工作,会产生较大磨损。而且活塞连杆机构的往复惯性运动会给电机一个动载荷,影响电机工作寿命。

    液压压缩机采用液压驱动,由高压油泵泵出的液压油推动活塞压缩气体。这种压缩方式没有转动摩擦部件,由电机带动高压油泵再作用于压缩缸体,电机负荷平稳,工作状况平稳,大大延长了压缩缸体与电机的工作寿命。

    d.无油润滑结构设计:活塞连杆式的压缩机因其结构特点和机械强度的原因,往往设计成多缸式,一般采用对称布置。由于转动部件多,一般采用具有一定压力的油润滑系统,以便提高其使用寿命。而液压压缩机的压缩缸采用无油润滑结构设计,油类介质不会混入天然气中。

33两种CNB加气子站的比较及适用条件

    液压增压橇式CNG加气子站的主要设备为液压增压橇、加气机和液压平推CNG气瓶车。液压增压橇与液压平推CNG气瓶车利用专用软管相连,液压增压橇与加气机之间采用单路CNG不锈钢管道相连。而液压压缩机式CNG加气子站的主要设备为液压压缩机、卸气柱、调压瓶组、加气机和CNG气瓶车。CNG气瓶车与卸气柱、压缩机采用单路CNG不锈钢管道相连,压缩机、调压瓶组与加气机利用三路CNG不锈钢管道相连。

  ①工程造价比较

  CNG加气子站的工程造价主要包括土建造价、设备造价(含安装费)等。土建造价主要是指站房、路面、设备基础、围墙及管沟等项目的造价。液压增压橇式CNG加气子站与液压压缩机式CNG加气子站的土建造价基本相同。两种CNG加气子站的工程造价的差异主要体现在设备造价上。

    a.液压增压式CNG加气子站计人工程造价的设备有液压平推CNG气瓶车、液压增压橇、单线加气机及变配电设备。加气子站按配置3辆液压平推CNG气瓶车考虑,造价约为360×10。元;l台液压增压橇(规格为1 500 m3h),造价约为120×104元;4台单线加气机,造价约52×104元;1套变配电设备,造价约15×104元。因此,液压增压橇式CNG加气子站的工程造价合计约为547×104元。

    b.液压压缩机式CNG加气子站计人工程造价的设备有CNG气瓶车、液压式压缩机、卸气柱、三线加气机、调压瓶组及变配电设备。加气子站按配置3CNG气瓶车考虑,造价约为300×104元;1台液压压缩机(规格为1 380 m3h),造价约为140×104元;1组卸气柱,造价约19×104元;4台三线加气机,造价约64×104元;1组调压瓶组,造价约为7×104元;1套变配电设备,造价约22×104元。因此,液压压缩机式CNG加气子站的工程造价合计约为552×104元。

    由以上分析可知,两种CNG加气子站的设备造价基本相同,且其土建造价也基本相同。因此,两种CNG加气子站的工程造价是基本相当的。

    ②优缺点比较

    与液压压缩机式CNG加气子站相比,液压增压橇式CNG加气子站的优势在于:

    a.主要设备数量少,因此与站外建构筑物的防火距离更容易控制,站内的设备布置更为简单,占地面积小。

    b.液压增压橇式CNG加气子站的加气机为单线加气机,与三线加气机相比,管道布置更为简单。

    c.由于主要设备少,管道简单,因此液压增压橇式CNG加气子站的施工期更短,与加油站合建时,通常只需要15天左右。   

    d.液压增压橇式CNG加气子站的液压系统始终能提供约2022 MPa的压力给CNG气瓶车中的CNG,而CNG气瓶车中的CNG则始终在2022 MPa的工作压力下单路输出至加气机。因此,系统能够提供比三线加气系统更为稳定的工作压力的CNG

    与液压增压橇式CNG加气子站相比,液压压缩机式CNG加气子站的优势在于:CNG气瓶车的调配乃至CNG的调配更为容易。因为,液压增压橇式CNG加气子站需要配备专门的液压平推CNG气瓶车,与常规CNG加气子站的CNG气瓶车不能通用。而液压压缩机式CNG加气子站的CNG气瓶车与常规CNG加气子站完全一样,当气源紧缺或运输困难时,可直接从常规CNG加气子站调配。

  ③适用条件   

   液压增压橇式CNG加气子站适用于对占地面积、周边环境及施工期要求比较高的合建站。液压压缩机式CNG加气子站更适用于对气源、运输的可靠性要求比较高,对占地面积、周边环境及施工期要求相对较低的合建站。
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