压缩天然气加气站设计

第第 1 1 章章 CNGCNG 加气站的主要形式加气站的主要形式 1 11 1CNG 加气母站加气母站 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 25MPa 通 过加气柱给 CNG 气瓶车加气 或通过顺序控制盘及储气井 瓶 直接给 CNG 汽车 加气 加气母站的主要设备有计量稳压装置 脱硫脱水装置 缓冲罐 橇装压 缩机组 加气柱 顺序控制盘 储气井 瓶 加气机等 1 21 2CNG 加气子站加气子站 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 25MPa 通过顺序控制盘分别进入高 中 低压储气井 瓶 当高 中 低压储 气井 瓶 的压力全部达到 25MPa 时 橇装压缩机自动停机 高 中 低压储气 井 瓶 中的天然气由加气机控制并自动给 CNG 汽车加气 当储气井 瓶 的压力 接近 20MPa 时 橇装压缩机启动向储气井 瓶 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 瓶 加气机等 1 31 3CNG 加气标准站加气标准站 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 25MPa 经过顺序控制盘进入储气井 瓶 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 瓶 加气机等 第第 2 2 章合建站的要求及形式章合建站的要求及形式 2 12 1 合建站的要求合建站的要求 汽车加油加气站设计与施工规范 2006 年版 GB 50156 2002 第 3 0 7 条 规定 加油和压缩天然气加气合建站的等级划分见表 1 表表 1 1 加油和压缩天然气加气合建站的等级划分加油和压缩天然气加气合建站的等级划分 2 2 油品储罐容积 m3 级 别 总容积单罐容积 管道供气加 气站储气设 施总容积 m3 加气子站储 气设施总容 积 m3 一 级 61 100 50 二 级 60 30 12 18 注 柴油罐容积可折半计入油罐总容积 汽车加油加气站设计与施工规范 2006 年版 GB 50156 2002 第 4 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 12m3 CNG 加气子站的储气设施总容积不得大于 18m3 此外 汽车加油加气站设计与施工规范 2006 年版 GB 50156 2002 第 3 0 7 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 22 2 合建站的形式合建站的形式 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 瓶 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 加气予站中的 CNG 气瓶车的容积为 18m3 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 瓶 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 第第 3 3 章合建站中章合建站中 CNGCNG 加气子站的设计加气子站的设计 3 13 1 液压增压橇式液压增压橇式 CNGCNG 加气子站加气子站 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 20 22MPa 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入 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 3 1 13 1 1 工艺流程工艺流程 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 20 22MPa CNG 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 关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 1 3 1 23 1 2 主要设备主要设备 液压增压橇式 CNG 加气子站主要设备见表 2 表表 2 2 液压增压橇式液压增压橇式 CNGCNG 加气子站主要设备加气子站主要设备 序号设备名称单位 数量备注 1 液压增压橇台 1 成套供应 含 PLC 控制柜 自带卸气 系统及控制气源装 置 2 液压平推 CNG 气瓶车 辆 3 3 加气机台 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灯等 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 30kW 1 台高压泵 其设计压力为 25MPa 工作压力为 20 22MPa 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 1 条 CNG 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 1 33 1 3 总平面设计总平面设计 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 20m 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 GB 50156 2002 第 4 0 7 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 GB 50156 2002 第 5 0 8 条的规定 3 1 43 1 4 主要特点主要特点 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 11m2 控制室占地面积为 10m2 综合考虑 整个加气子站占地面积约 1000m2 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 1 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 30kW 系统总功率小于 70kW 与常规加气子站 压缩机电机功率 110 160kW 相比 节能效果明显 运 行费用低 大大提高了经济效益 3 23 2 液压压缩机式液压压缩机式 CNGCNG 加气子站加气子站 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 3 2 13 2 1 工艺流程工艺流程 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 20MPa 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 工艺流程见图 2 3 2 23 2 2 主要设备主要设备 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 主机系 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 表表 3 3 液压压缩机式液压压缩机式 CNGCNG 加气子站主要设备加气子站主要设备 序号设备名称单位 数量备注 1 液压压缩机台 1 成套供应 含 PLC 控制柜 2 CNG 气瓶车辆 3 3 卸气柱组 1 4 加气机台 4 三线双枪 5 调压瓶组组 1 瓶组总容积为 1 12m3 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 12m3 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 d CNG 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 559mm 16 5mm 长为 10975mm 单瓶容积为 2 25m3 总容积为 18m3 单车运输气量为 4500m3 3 2 33 2 3 总平面设计总平面设计 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 3 2 43 2 4 主要特点主要特点 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 1200m2 b 压缩机电机功率相对较小 效率高 平均排量为 1000m3 h 的活塞连杆 式压缩机 电机功率约为 110 160kW 而平均排量为 1400m3 h 的液压式压缩机 电机功率只有 70kW 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 3 33 3 两种两种 CNGCNG 加气子站的比较及适用条件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 3 3 13 3 1 工程造价比较工程造价比较 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 加气子站计入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 360 104元 1 台液压增压橇 规格为 1500m3 h 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 加气子站计入工程造价的设备有 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 3 辆 CNG 气瓶车考虑 造价约为 300 104元 1 台液压压缩机 规格为 1380m3 h 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