天然气加气站设备管理之基本概念.ppt

天然气加气站设备管理与保全知识讲座之一 加气站基本概念 目录列表 1 天然气是指动 植物遗体通过生物 化学及地质变化作用 在不同条件下生成 转移 并在一定压力下储集 埋藏在深度不同的地层中的优质可燃气体 2 天然气是在常温下一种无色 无味的气体 主要成分是甲烷 另外含有少量的其他烃类 如丁烷 乙烷和丙烷等 3 在标准状态下密度为0 70 0 80kg m3 约为相同条件下空气密度的0 5 0 6倍 空气的密度大小与气温 海拔等因素有关 通常情况下 即20摄氏度时 取1 205kg m3 4 由于天然气的组分不同 爆炸极限存在差异 通常将甲烷的爆炸极限视为天然气爆炸极限 因此天然气的爆炸极限约为5 15 5 作为汽车燃料 天然气与汽油和柴油相比具有很多优点 天然气资源丰富 价格便宜 燃烧后产生的一氧化碳 臭氧和烟尘等有害物质少 燃烧完全 不需加抗暴剂 而且天然气是无毒 不致癌 无腐蚀性的气体 是一种汽油更安全的清洁型燃料 6 据统计 截至2010年 共有78个国家和地区推广天然气汽车 天然气汽车总量为1326万辆 加气站达到16513座 7 中国汽车技术研究中心副主任张建伟认为 天然气汽车 由于节能减排战略和市场内在需求的不断提升 加之技术成熟 安全可靠 在未来的十到二十年时间里 将迎来一个 黄金时代 一 天然气 1 压缩天然气 compressednaturalgas 以甲烷为主要成分的压缩气体燃料 通常是指经净化后压缩到20mpa 25mpa的天然气 2 汽车用压缩天然气 用作汽车燃料的压缩天然气 压力一般在20mpa左右 3 作为车用燃料的优缺点 1 是清洁燃料 许多国家已将发展天然气汽车作为一种减轻大气污染的重要手段 2 天然气汽车有显著的经济效益 可降低汽车营运成本 可节省维修费用 3 比汽油汽车更安全 4 cng汽车的动力性略有降低 5 改装一次性投资大 二 压缩天然气 压缩天然气加气站 三 液化天然气 1 天然气在常压下 当冷却至约 162 时 则由气态变成液态 称为液化天然气2 液化天然气 英文liquefiednaturalgas 简称lng 主要成份为甲烷 lng无色 无味 无毒且无腐蚀性 其体积约为同量气态天然气体积的1 6003 2011年5月 江苏省镇江江天汽运集团招标采购郑州宇通客车一款zk6110hn9十三辆 6月下旬正式在江苏团体车市场投入运营 主要用于镇江市企事业单位的班车租赁业务 4 12月12日 山东交运集团购置的11部海格lng客车自产地苏州抵达济南海格lng客车中底部配置2个液态天然气瓶 每瓶一次能够充装液态天然气500升 约合天然气320立方米 两个气瓶充满液态天然气后至少能够行驶1200公里 最长可行驶1600公里 根据实际道路行驶测试计算 可降低燃料成本20 以上 苏州金龙客车公司制造 四 液化石油气 1 液化石油气 liquefiedpetroleumgas 简称lpg lpg的主要组分是丙烷 超过95 还有少量的丁烷 2 液化石油气是在提炼原油时生产出来的 或从石油或天然气开采过程挥发出的气体 3 lpg在适当的压力下以液态储存在储罐容器中 常被用作炊事燃料 在国外 lpg被用作轻型车辆燃料已有许多年 在香港 已经有lpg出租车 广州黄村lpg加气站 五 压缩撬块 压缩撬块 主要由缓冲罐 压缩机 电机 气路系统 润滑系统 冷却系统等各部分集合撬装而成 六 压缩机 1 输送气体和提高气体压力的一种从动的流体机械 2 压缩机在加气站内的地位最重要 它是整个加气站的心脏部分 其性能的好坏直接影响到加气站运行的可靠性和经济性 cng加气站压缩机采用往复式压缩机 使用电机驱动 3 当压缩机开机时 通过一个软起动器使电机启动 电机轴采用直连或皮带与压缩机轴相连 七 空气压缩机 1 加气站用空气压缩机能实现自动提高空气压力达到设定值 用以打开或关闭阀门 2 空气压力一般根据需要设置为5 5 8 5bar之间 3 为空压机配备有储气罐 储气罐上安装压力表 压力传感器 安全阀 排污阀等装置 并定期排污 4 空压机安装有油位视镜 巡检时观察油位和油质 并定期加注和更换润滑油 压力容器 1 是指盛装气体或液体 承载一定压力的密闭设备 其范围规定为最高工作压力大于或者等于0 1mpa 表压 且压力与容积的乘积大于或者等于2 5mpa l的气体 液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式压力容器和移动式压力容器 2 盛装公称工作压力大于或者等于0 2mpa 表压 且压力与容积的乘积大于或者等于1 0mpa l的气体 液化气体和标准沸点等于或者低于60 液体的气瓶 例如 1 我们每个子站共有两口储气井 工作压力均为25mpa 水容积分别是2m3或4m3 把单位换算成升分别是2000l和4000l 压力与容积的乘积为25 2000 50000mpa l 2 5mpa l 所以它们是固定式压力容器 2 一辆出租车气瓶的公称工作压力是20mpa 水容积是81 3l 乘积是20 81 3 1626mpa l 1 0mpa l 所以这样的气瓶是压力容器 同时它还是移动式压力容器 八 压力容器 九 拖车 1 拖车笼统地讲就是有若干个储气瓶组 特制的机动车底盘和拖车头组成 总重量约为30 35吨 工作压力20mpa 爆破压力30 33mpa 总水容积18m3 一般可充装4500nm3 是一种天然气运输车 主要用途是从母站向子站拉运天然气 2 cng长管拖车是储存 运输cng的专用车 具有储存容量大 运输效率高 运载方便的优点 3 cng长管拖车主要由半挂车 框架 大容积无缝钢瓶 前端安全仓 后端操作仓五大部分组成 大容积无缝钢瓶两端瓶口均加工内外螺纹 两端外螺纹与安装法兰用螺纹连接 将安装法兰用螺栓固定在框架两端的前后支撑板上 瓶口内螺纹上旋紧端塞 在端塞上连接管件 前端设有爆破片装置构成安全仓 后端设有进出气管路 排污管路 测温仪表 测压仪表 快装接头以及爆破片装置等构成操作仓 4 cng长管拖车是cng加气子站的气源 也可为民用燃气系统运输天然气 是管道燃气输送的有效补充手段 工艺简单 占地少 cng长管拖车 操作仓 安全仓 十 分离器 1 能分离出天然气中因压缩析出的水分及压缩过程中注入的微量润滑油 2 分离器安装在某级管路中起到减小气体脉动的缓冲作用即起到缓冲罐的作用 3 缓冲罐主要用于压缩天然气气路系统中缓冲系统的压力波动 使系统工作更平稳 十一 储气装置 1 储气瓶 加气站或天然气汽车内用于储存压缩天然气的瓶或压力容器 2 储气瓶组 多个储气瓶采用卧式的排列组合 并用管线将钢瓶连接成一个整体的储气装置 3 储气井 储气井是近年新开发的压缩天然气储气装置 具有占地面积小 运行费用低 安全可靠 操作维护简便和事故影响范围小等优点 作为cng加气站的主要部分 高压储气系统 国内外一般采取地面储气瓶或罐来储存压缩天然气 由于储存压力高 25mpa 受压面积大 且安放在地面上 安全问题要引起高度重视 在其质量和安装施工中任一环节出现问题都将造成恶性爆炸事故 储气井 储气瓶组 4 储气能力 1 cng加气站储存系统的设计储气压力一般为25mpa 总的储气能力根据加气站的规模和各国标准而定 但原则是保证加气站的高效和建站的经济性 2 压缩天然气加气站储气设施的总容积应根据加气汽车数量 每辆汽车加气时间等因素综合确定 在城市建成区内不应超过16m3 3 加油和压缩天然气加气合建站 压缩天然气储气设施总容积小于12m3 十二 加气机 加 卸 气柱 1 加气机 给燃气汽车气瓶充装天然气 设计安装有单枪 双枪 四枪 并带有计量 计价装置的专用设备 加气机有三种数显计量方式 立方 单价 总价 2 卸气柱 将运输车上的压缩天然气卸到储气装置或者管道内的加气设备 一般用于子站 3 加气柱 用于给子站拖车加气的设备 设计安装有单枪 双枪 1 加气枪 附属于加气机 直接给燃气汽车气瓶充装燃气的手工操作专用工具 分别由枪管 拉断阀 两位三通阀 枪头 排空管组成 2 加 卸 气管 连接加气机与加气车辆之间的软管或连接与加气柱与拖车之间用于装 卸高压天然气 耐压 p 35mpa 长度l 5 6m 性能 具有耐腐蚀 耐酸碱 耐寒 耐磨 导静电等功能 十三 加气枪 加 卸 气管 十四 两位三通阀 两位三通阀 用于子站加气枪 作为给车辆加气的一个开关 1 两位就是有两个位置可以相互转换 即两个状态 2 加气口与进气口相通 加气口与放空口相通两种状态进行交替工作 3 三通是指有三个口 一个进气口 一个加气口 一个放空口 十五 拉断阀 拉断阀 加气机上的安全装置 在额定拉托力作用下可以断开成两段 并保证拉开的两段自动密封 同时可以重新连接阀门 保证加气机继续正常使用 拉断力400n 600n 20mpa工作压力下 相当于40 60kg重量 1 快装接头 快装接头为管束气体的进出口装置 和加气站 或卸气站 装卸软管连接 实现加卸气作业 2 快装接头的组成 分公头 如图a 和母头 如图b 加气柱和卸气柱的软管上安装的都是母头 撬车的总阀门上安装的是公头 3 由于长期使用 加之使用环境恶劣 快装接头的母头内会积水 生锈造成装卸不灵活 同时母头内的密封胶圈会磨损 导致接头漏气 必要时可以更换 十六 快装接头 a b 1 球阀 当球旋转90 时 在进出口处应全部呈现球面 从而截断流动 球阀只需要用旋转90 的操作和很小的转动力矩就能关闭严密 2 天然气加气站中采用手动球阀和气动式执行机构的阀来控制气体管路的开 关 球阀的连接有螺纹连接和卡套连接 3 球阀分有不锈钢球阀 气动球阀 电动球阀 卡套球阀 焊接球阀等 十七 球阀 十八 电磁阀 电磁阀就是用电磁铁操纵阀芯移动的阀1 直动式电磁阀原理 通电时 电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起 阀门打开 断电时 电磁力消失 弹簧把关闭件压在阀座上 阀门关闭 2 先导式电磁阀原理 通电时 电磁力把先导孔打开 上腔室压力迅速下降 在关闭件周围形成上低下高的压差 流体压力推动关闭件向上移动 阀门打开 断电时 弹簧力把先导孔关闭 入口压力通过旁通孔迅速进入腔室 在关阀件周围形成下低上高的压差 流体压力推动关闭件向下移动 关闭阀门 1 气动执行器 气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体 其执行机构有薄膜式 活塞式 拨叉式和齿轮齿条式 齿轮齿条式气动执行机构有结构简单 动作平稳可靠 并且安全防爆等优点 在发电厂 化工 炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用 2 气动执行器缺点 控制精度较低 双作用的气动执行器 断气源后不能回到预设位置 伽利略压缩机 单作用的气动执行器 断气源后可以依靠弹簧回到预设位置 新比隆压缩机 十九 气动执行器 4 气动执行器工作原理 1 双作用气动执行器 当压缩空气从a管咀进入气动执行器时 气体推动双活塞向两端 缸盖端 直线运动 活塞上的齿条带动旋转轴上的齿轮逆时针方向转动90度 阀门即被打开 此时气动执行阀两端的气体随b管咀排出 2 反之 当压缩空气从b官咀进入气动执行器的两端时 气体推动双活塞向中间直线运动 活塞上的齿条带动旋转轴上的齿轮顺时针方向转动90度 阀门即被关闭 此时气动执行器中间的气体随a管咀排出 3 单作用 弹簧复位型 气动执行器a管咀为进气口 b管咀为排气孔 a管咀进气为开启阀门 断气时靠弹簧力关闭阀门4 详见结构图 气动执行器结构图5 6 5 双作用气动执行器结构图 6 单作用气动执行器结构图1 控制气源为压缩空气 没有气源的时候 弹簧展开驱动执行器顺时针转动 直到回到静止位置 上图所示为最终位置 建议在a1处安装一个小过滤器以避免灰尘和颗粒进入气缸内腔 压缩空气由b1进气 活塞向外运动压缩弹簧 执行器逆时针转动 上图所示为它最终位置 6 单作用气动执行器结构图2 单向阀 阀门的作用是只允许介质向一个方向流动 阻止其相反方向流动 通常是自动工作的 在一个方向流动的流体压力作用下 阀瓣打开 流体反方向流动时 由流体压力和阀瓣的自重同时作用于阀座 从而切断流动 二十 单向阀 二十一 安全阀 1 安全阀 是压力容器最为重要的安全附件之一 它的功能是 当容器压力超过某一定值时 依靠介质自身的压力自动开启阀门 迅速排出一定量的介质 当容器内的压力降到允许值时 阀门又自动关闭 使容器内的压力始终低于允许压力的上限值 自动防止因超压而可能出现的事故 所以安全阀又被称为压力容器的最终保护装置 2 弹簧式安全阀的工作原理 弹簧力大于介质作用于阀芯的正常压力 事先设定的压力值 阀芯处于关闭状态 当罐内介质压力超过允许压力时 弹簧受到压缩 使阀芯离开阀座 阀门自动开启 介质从中泄出 减压 当压力回到正常值时 弹簧压力又将阀芯推向阀座 阀门自动关闭 3 安全阀 压缩机 储气瓶 加气机上的压力保护装置 当压力超过正常工作压力p 即安全阀设定开启压力 安全阀开启卸压 当压力降到p值以下时自动关闭 保证加气机可以正常工作 二十二 传感器 1 加气站内传感器分为压力传感器和温度传感器2 压力传感器是把压力信号传到电子设备 进而在计算机显示压力 3 温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表 二十三 调压器 1 俗称减压阀 是通过自动改变经调节阀的燃气流量而使出口燃气保持规定压力的设备 通常分为直接作用式和间接作用式两种 2 直接作用式调压器由测量元件 薄膜 传动部件 阀杆 和调节机构 阀门 组成 3 间接作用式它由主调压器 指挥器和排气阀组成 二十四 软起动器 1 软起动器是一种集电机软起动 软停车 轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置 国外称为softstarter 利用了可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压起动 主要用于电动机的起动控制 起动效果好但成本较高 2 软起动器的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路 3 运用串接于电源与被控电机之间的软起动器 控制其内部晶闸管的导通角 使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升 直至起动结束 赋予电机全电压 即为软起动 软起动器在软起动过程中 电机起动转矩逐渐增加 转速也逐渐增加 二十五 可燃气体报警器 可燃气体报警器 撬块内自带报警及储气井 储气瓶组 加气机处还安装了浓度探头 当天然气的泄漏量达到一定浓度后 信号传输至监控室或值班室的声光报警模块 以达到检测燃气泄漏的目的 二十六 plc控制 1 plc系统控制加气站设备的正常运转 并对有关设备的参数进行监控 发生故障时报警或停机 plc系统可实现电机起停 润滑系统 冷却系统 优先顺序控制系统 报警系统等自动控制 可实现无人值守 2 压缩撬以可编程控制器plc为核心 采用液位 温度和压力传感器实现设备的自动监控 根据设定值 可实现压缩撬的自动起停 二十七 优先顺序控制盘 1 优先顺序控制系统的作用是经压缩后的天然气进入顺序控制系统 按高压 中压顺序自动向天然气储气井组进行充气 直至将高压储气井 中压储气井内天然气压力顺序充装到25mpa时 压缩机则自动停机 2 当高压组储气井压力低于22 00mpa时 压缩机顺序控制系统自动切换到高压直充线直接进售气机 高压 为汽车加气 3 当高压直充线压力高于22 00mpa时 自动转换到高压 中压组继续工作 4 顺序控制系统设计压力为32mpa 旁通管线 中压管线 高压管线 高压直充管线 来自压缩机出口 中压回抽管线 二十八 箱式变压器 箱式变电站 是由高压装置 变压器 低压装置 计量装置及智能化模块等按照一定的工程方案组成的具有智能控制功能的变配电成套设备 主要用于为站内用电设备和设施提供380伏和220伏电源 压缩机电源 加气机电源 仪表 空气开关 补偿电容 箱