加气站系统及其运行过程.ppt

内容提纲,第一章 天然气的性质及其处理 第二章 加气站系统及其工作过程 第三章 加气站设备 第四章 加气站的运行与维护 第五章 加气站的安全管理,第二章 加气站系统及其工作过程,2.1加气站的系统组成 2.2加气站的设计依据 2.3加气站分类 2.4常规加气站 2.5母站 2.6 子站,低压原料气,调压系统,脱硫系统,缓冲系统,增压系统,脱水系统,储气程序控制系统,储气系统,售气机,燃气汽车,2.1加气站的系统组成,原料天然气 城市输配管网供气的CNG加气站，其低压原料气压力等于或大于0.3MPa，与压缩机要求的进气压力相匹配。,进气调压计量系统 低压原料天然气进入CNG加气站后，首先进入调压计量系统，这个系统包括过滤、分离、调压、计量、缓冲等装置。若原料气组分中含有超标硫化氢成份时，应设置脱硫装置、进行脱硫处理。,2.1加气站的系统组成,2.1加气站的系统组成,深度脱水 原料天然气进入脱水装置的吸附塔、塔内的4A型分子筛能有效地吸附天然气中的水分，使天然气中的水含量达到车用压缩天然气水含量的要求。,压缩机装置 低压天然气经压缩机加压后，天然气压力升高到25MPa。川渝使用比较普遍的压缩机是：V1.55/3250III、L2.5/3250、L7/3250等三种型号。,储气系统 为了满足汽车对不均衡加气的需要，CNG加气站必须设置高压储气系统、以储存压缩机加压的高压气。,储气系统采用的储气方式有以下几种：（1）小气瓶储气（2）大型容器储气（3）地下井储气管井储气,2.1加气站的系统组成,（1）小气瓶储气 单个小气瓶水容积仅50升，需要气瓶数量多、接点多、泄漏点多、维护与周检工作量大。（2） 大型容器储气 常用的有以下几种：多层包扎的天然气储气罐，水容积规格为2、3、4m3。分卧式和立式两种；柱型（球型）单层结构高压储气罐，水容积规格为2、3、4m3或以上；引进国外制造的高压储气瓶，单个储气瓶水容积1.3m3，是无缝锻造，按需要由多个气瓶组合使用。（3）地下井储气管井储气 使用API进口石油套管加装高压封头，立式深埋地下100米，形成水容积1.9的储气管井。这种储气管井的有关技术，如全程固井、联接密封、维护与检验等尚需进一步深入与提高。,售气系统 售气机是用来给CNG加气汽车添加高压天然气。它由科里奥利质量流量计、微电脑控制售气装置和压缩天然气气路系统组成。其屏幕显示售气单价、累计金额和售气总量。,2.1加气站的系统组成,汽车用压缩天然气加气站设计规范 SY 0092-98 汽车加油加气站设计与施工规范 GB50516-2002,2.2加气站的设计依据,1 总 则,本规范适用于工作压力不大于25MPa，新建、扩建或改建的汽车用压缩天然气固定式加气站的工程设计。,加气站的设计应遵照下列原则：1）安全生产、保护环境、节约能源、方便车辆加气；2）采用先进技术，努力吸收国内外新的科技成果；3）优化设计，经全面技术、经济比较后确定合理的方案。,2 术 语,压缩天然气 compressed natural gas (CNG) 以甲烷为主要组分的压缩气体燃料。汽车用压缩天然气 compressed natural gas for vehicle 用作汽车燃料的压缩天然气，其主要技术指标应符合SY/T7546汽车用压缩天然气的有关规定。快加气 fast filling 加气机对汽车气瓶加气的完成时间少于5min，称为快加气。一般用于向过路汽车补充压缩天然气燃料。慢加气slow filling 加气机对汽车气瓶加气的完成时间超过5min，称为慢加气。主要用于夜间由站内压缩机直接向停放在车库内的车辆加气，当达到额定的压力时自动关机。,2 术 语,固定式加气站fixed gas filling station 对进站汽车进行加气的一套固定装置，它包括储气瓶组、压缩机、加气机等。储气瓶gas storage cylinder 加气站内储存压缩天然气的瓶或压力容器，其主要技术指标应符合GB5099钢质无缝气瓶的有关规定。储气瓶组group gas storage cylinder 多个储气瓶采用立式或卧式排列组合，并用管线将钢瓶连接成一个整体的储气装置。加气机compressed natural gas dispenser 加气站内输气管线以后的紧急截断阀、售气机（计量、计价）、供气软管、加气截断阀和加气嘴的总称。,2 术 语,加气枪gas filling hose 售气机以后的供气软管、加气截断阀和加气嘴的总称。加气嘴gas filling nozzle 加气枪插入汽车加气阀内的加气接头。储气瓶组截断阀shutdown valve for group gas storage cylinder 截断各储气瓶组气流的截断阀。主截断阀main shutdown valve 截断储气瓶组气区气源的截断阀。紧急截断阀emergency shutdown valve 快速截断加气机气源的截断阀。汽车三通加气截断阀three-way fill/off/vent valve 用于快速截断汽车加气气源，并能在加气后放空加气管内残留高压气的截断阀（简称加气截断阀）。,2 术 语,1-储气瓶组（储气井）2-储气瓶组截断阀3-主截断阀4-输气管道5-紧急截断阀6-供气软管7-加气截断阀8-加气枪,生产消耗定额 四川建成的CNG加气站规模多为10000Nm3/d或15000Nm3/d ，其生产消耗是影响运行成本和经济效益的重要部分，必须严格控制。以10000Nm3/d规模的CNG加气站为例，生产消耗如下： 天然气进气量：1050010800Nm3/d 天然气进销差：500800Nm3/d 脱 硫 剂 耗 量：84.2kg/d 吸 附 剂 耗 量：5kg/d 循 环 水 量：20t/d 电 耗 量：900Kwh/d 润 滑 油 耗 量：3kg/d,固定站房式加气站,一、按加气站设备的总体设置分类,集装箱式（可搬移式）加气站,移动式加气站,2.3加气站分类,固定站房式加气站,将压缩机安装在固定厂房内；,售气区,CNG加气站机房设备,其他设备可设在厂房内，也可设在厂房外；,加油加气站合建站,便于用户任意加气或加油，这类形式的加气站显得比较宽敞美观，机器设备维修比较方便，但占地面积相对较大。,阆中市天然气储配站及加气站,固定站房式加气站,成都新华CNG加气站,富顺CNG加气站,自贡双塘CNG加气站,集装箱式（可搬移式）加气站,将压缩机、中间冷却器、控制设备等集装于一个箱式结构的壳体内；该集装箱式结构可以直接露天放置；在我国常给它搭建一个遮阳与避雨的简易工棚，进一步起保护作用。,优点：结构形式比较紧凑，容易搬迁，占地面积小，噪音低；缺点：机器维修很不方便。,移动式加气站,压缩机与驱动机、中间冷却器等置于一移动车架上，根据需要可以经常移动。这种结构形式大都作为备用或应急之用，并且驱动机大都为天然气发动机。一般加气能力较小。,二、按加气站气源情况分类,常规站（也称标准站）,子母站,液化天然气加气站,建在有天然气管线能过的地方，从天然气管线直接取气，天然气经过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机进行压缩，然后进入储气瓶组储存或通过售气机给车辆加气。,当城市无天然气管网所及之处如果要设加气站时，一般用子、母站的方式加以解决。,在无天然气管网或管道经过的地方，也可利用罐装液化天然气对天然气汽车供气。供气方式分两种：一种是利用液化天然气气化后供给汽车使用；另一种要求汽车有储液瓶，而将液化天然气直接注入汽车内。,2.3加气站分类,子母站,CNG加气母站（北京）,子母站,母站是在城市门站附近或天然气主管道附近设立天然气加压站，它将管道内的气体进行压缩后储存在转运车槽罐内，然后再运到无气源的地方供气。母站也可直接向汽车加气。,子站是利用储存于转运槽罐内的气体向汽车供气。,压缩天然气加气站等级,三、按加气站储气量的大小分类,Nm3是指气体在0.1MPa压力和15温度下的体积值，常称为标准状态体积值。,2.3加气站分类,储气设施容量大，天然气压缩机的排气量就可小些，压缩机工作的时间就可长些，压缩机利用率可得到提高。四川和重庆这两个地区的压缩天然气加气站的储气设施容积都比较大，一般为1216m3。当地燃气公司认为选择大容量储气设备，配置小规格压缩机是较经济的做法，操作管理也方便。压缩天然气加气站日加气量一般为1000015000m3，最多的日加气量达到20000m3。据当地燃气公司反映，部分压缩天然气加气站主要为公交车加气，公交车加气时间比较集中，16m3的储气容积比较紧张。,他们认为，加气时间比较集中的压缩天然气加气站，储气量宜为日加气量的1/2，加气时间不集中的加气站，储气量宜为日加气量的1/3。照此计算，10000/2/25020m3 15000/2/25030m3但是为了控制加气站的风险度，节省投资，储气设施容积也不宜过大，经多方讨论、协调，规定压缩天然气加气站储气设施的总容积在城市建成区内不应超过16m3。,四、按车辆充气时间分类,快充站,一般出租车等小汽车在加气站完成加气时间为36分钟，中巴、大巴（包括公共汽车）等完成加气时间为815分钟的加气站称为快充站。通常快充站上具有较大容积储气的设备。,慢充站,由压缩机向汽车直接供气，通常站上不再设专门的储气设备，供气到汽车储气瓶所需压力为止。一般用于充气规律性较强的公交车辆与清洁车辆等。,混合充气站,同时具有快充与慢充的两种职能。,2.3加气站分类,慢充站的慢充系统,慢充站在对加气时间无苛刻要求，停车场地又不很贵的条件下的CNG加气方式叫做慢加气。具有代表性的例子是，对每天晚上回车场的汽车的夜间加气，这种加气方式是整夜用压缩机直接对汽车加气。加气时间随压缩机排量、加气汽车数量以及汽车燃料罐的容量不同而变化。最经济：慢充系统适用于公共和私有客车的服务，这些车辆每天晚上都要回到公共的停车场。夜间加气可避开白天的用电高峰。每辆车每天有相对固定的行驶里程，如果不计算停车时间，在加气站旁有停车位置，那么慢充系统是最经济的。不计量：慢充加气机，通常是不计量的，主要包括充气阀、压力表、软管和接头。不设气体储存设施：慢加气不需要设置加压气体储存设施，从而减小了占地，大大降低了压缩机排量，充分利用空隙时间。通常整夜无人看守：通常充气期间不需要专门设置人员照料操作，但是需要安装额外的安全装置。,快充站的快充系统,天然气管道,天然气气表,天然气压缩机,高压天然气瓶组,加气（售气）机,汽车,20MPa,25MPa,快充站对加气速度有苛刻要求的CNG加气方式。一次充加燃料时间平均为36分钟。事实上，为了实现在36分钟的时间内完成一次加气，而将压缩机容量增加得很大是不可能的，因而需采取预先储存加压气体弥补压缩机排量不足的办法，使快加气系统具有比压缩机最大排量大得多的加气能力，显然这需要设置加压气体储存装置。,2.4常规加气站,常规加气站是由一系列设备构成的一个系统。,根据对汽车充气方式的不同，分为下列几种类型：常规站单级操作系统定时加气系统直充换向系统常规站三级操作系统,2.4.1 常规站系统,常规站单级操作系统：,常规站单级操作系统：储气瓶组不分级，即储气瓶组同时供气或不供气或被充气。站的结构比较简单，投资较少。瓶组内气体压力利用不合理，压缩机启动、停车频繁，运行经济性差。单级系统主要用于供气量小的场合。,定时加气系统：,定时加气系统：慢充站由压缩机直接向汽车供气，其所需设备的数量最小，费用最低，并且不需要储气的压力容器，压缩机排出的气体直接输送到要加气的车辆。加气速度取决于压缩机排气量与一次所加气车辆的数量。加气量由时间来控制，一般用于规律性较强的公交车辆加气等场合。,直充换向系统：,直充换向系统：类似于单管线快速加气系统提供了两根加气软管换向阀将全部压缩机流量引导至优先许可的第一根软管。当第一根软管完成加气过程，换向阀马上就将全部压缩机流量转换至第二根软管。换向系统多应用于给车队的一辆接一辆地加气的场合。换向阀的转换动作将车辆的加气过程互相分隔，所以至少有一辆车始终与软管连接。加气过程不会间断，压缩机连续操作，启动和停机次数较少。,常规站三级操作系统：是目前最常用的操作系统。加气站的储气瓶分成高压、中压、低压三组，所以称为三级操作系统。压缩机送来的高压气体先对三组储气瓶充气，使三组储气瓶中的气体压力都达到25MPa。,流程框图,1,2,3,工作过程,系统中设有顺序控制器，它是三级储气系统的必要设备。它使储气瓶中的高压气体按按压力高低的次序顺次向汽车气瓶充气。1）加气站工作前通常都将全部气瓶充满25MPa的气体。2）首先由属于低压组的气瓶向汽车充气，当低压气瓶组中的压力低于21MPa时，由顺序控制器启动属于中压组的气瓶继续向汽车充气，最后达到汽车储气瓶中压力为20MPa停止。3）下一辆汽车充气过程也是先由低压组对其充气，当低压瓶组内压力比被充汽车储气瓶中压力高12MPa时，启动中压瓶组供气。4）依此类推，当中压瓶组中气体压力小于21MPa时，由顺序控制器启动高压瓶组供气。,工作过程,5）在继续不断地对汽车加气过程中，当高压瓶组中压力降至21MPa时，顺序控制器命令压缩机启动。6）压缩机工作时首先供应汽车气瓶，以保证汽车气瓶达20MPa压力的气体，然后对储气瓶组补气。7）当加气管线压力达到22MPa时第一个调压阀打开，从而实现对高压气瓶组补气。8）当高压瓶组压力达到22MPa时，第二个调压阀打开，则实现中压气瓶组补气。9）当中压瓶组压力达到22MPa时，第三个调压阀打开，则实现低压气瓶组补气。10）最后，压缩机向三个气瓶组同时补气，压力直至25MPa，压缩机自动停车。,常规站三级操作系统图,顺序控制器示意图,一个加气站供气量大小完全由供求关系确定。 它直接反映加气站的经济性。,2.4.2 常规站规模,日供气量,储气装置的容积,日加气的车辆数,二者有一定联系，但还与压缩机供气量有关。,2.4.2 常规站规模,2.4.3 常规站工作过程模拟分析,一、全部通过储气瓶组加气，压缩机不直接供气（1）计算条件 在对储气瓶组储气能力进行计算之前，为了便于分析，做以下规定与假设：1）储气系统采用进口的压缩天然气储气瓶，储气瓶的容积为1.306m3，储气瓶组高、中、低压分成三组，储气瓶组总水容积约为12m3，高、中、低压储气瓶组设计工作压力均为25MPa；2）以公共天然气汽车为例，其储气容积为4只80L，总容积为0.32m3，气瓶组内初始压力为2.0MPa；3）加气过程温度不变，恒为20；4）实际加气过程中，低压储气瓶组切换到中压储气瓶组，中压储气瓶组切换到高压加气顺序控制参数，高压储气瓶组切换到压缩机加气顺序控制参数分别用流量参数Q1、Q2、Q3表示，而流量又是压力差p1、 p2、p3的函数，并与之成正比，所以可采用以压力差代替的简化分析。,2.4.3 常规站工作过程模拟分析,一、全部通过储气瓶组加气，压缩机不直接供气（2）汽车加气过程数学模型 根据质量守恒定律，在加气站储气瓶组对汽车加气的过程中，储气瓶组中以天然气质量的变化应等于汽车储气瓶组中天然气质量的变化。 加气站储气瓶组天然气质量的变化可以表示为：,汽车储气瓶组中天然气质量的变化为：,因 ，则有：,2.4.3 常规站工作过程模拟分析,对于低压储气瓶组加气过程有：,当汽车储气瓶压力 时，则加气结束；当低压储气瓶和汽车储气瓶压力差小于设定值p1时，则切换到中压储气瓶组对汽车加气。对于中压储气瓶组加气过程有：,当汽车储气瓶压力 时，则加气结束；当中压储气瓶和汽车储气瓶压力差小于设定值p2时，则切换到高压储气瓶组对汽车加气。对于高压储气瓶组加气过程有：,当汽车储气瓶压力 时，则加气结束；当高压储气瓶和汽车储气瓶压力差小于设定值p3时，则停止供气，或汽车只充了小于20MPa的气体。,储气瓶组气体利用率，即等于由储气瓶中充入汽车气瓶内的压缩天然气标准体积与储气瓶组可存储的压缩天然气总标准之比的百分数，在此可表示为：,（3）汽车加气过程模拟结果及分析 由于加气车辆的随机性：一方面，指车辆开始充气压力不同；另一方面，指来充气车辆的随机性，即不是一种时间上均匀分布的趋势。因此，加气站的工作过程也是相对比较复杂的。 为了研究问题还需要作以下假设：1）加气负荷均匀，即加气车辆均匀分布在各时间段内；2）加气站日工作时间16小时；3）加气车辆的起充压力均为定值，为2MPa；4）加气站内设双枪加气机2台，储气瓶组对车辆加气时间为6min/辆，不包括辅助时间；5）加气站压缩机供气量为1000Nm3/h。 针对上述设计的常规站，对储气瓶组不同分组方式和不同切换压差，进行加气过程模拟计算，其计算结果见下表。,从表13表明，高、中、低压瓶组以2：3：4搭配为好，而切换压差为1MPa可供较多车辆，当然切换压差小会影响充气速度。,二、压缩机和储气瓶组联合供气，压缩机可以直接给车辆充气三、储气瓶组利用率是加气站储气瓶组运行的一个重要指标。一方面：它是加气站设备投资的一个重要组成部分，若选取不当将会提高建站的投资成本，造成资源的浪费；另一方面储气瓶组的失效主要是疲劳破坏，当储气瓶组利用率低时就会增加充、放气的次数，影响瓶组的寿命。 实验证明：当储气瓶组高、中、低压配比为1:2:3或2:3:4时比较合适，即低压瓶组的比例适当增加，气体利用率就会较高，最高可达40%以上。 切换压差对气体利用率的影响较大。在保证加气速度不会受到太大影响的前提下，适当减小顺序控制加气流量的大小，可提高气体利用率，并增加被加气车辆的数量。不过这是以牺牲加气时间为代价的。,2.5 母站,建在城市管网门站处或天然气主干道附近。,由于压力较城市管网高，因此，在相同排气压力条件下，压缩机仅用三级即可。,母站的供气量大都在2000Nm3h以上 。,一个母站的供气量可供46个子站用气。,2.5 母站,2.6 子站,2.6 子站,子站典型系统图,2.6 子站,目前我国的气体增压设备有三种形式：,1) 一般曲柄连杆驱动的往复活塞式或子站压缩机；2) 液压驱动的往复活塞子站压缩机；3) 液泵驱动的液体活塞结构系统。,液压驱动往复压缩机子站,压缩机无曲轴、连杆，而由液压驱动，效率较低。,液体为润滑油,特点：供气量较小，系统重量较轻，便于搬移。,液泵形成的液体活塞增压系统,液压式子站此种系统与上述系统的差别：把运气拖车上的储气罐直接当成气缸。需配置子站专用车。,LCNG子站加气系统,LCNG子站加气系统,流程图,LCNG子站加气系统,特点：此种系统设备比较简单、投资较少，运行维修也比较方便。但是液化天然气储存容器的保温性要求较高，低温液体泵的技术难度也较大。,可不设压缩机子站的一种设想,如果转运车气瓶的输送压力可以达到25MPa的话，可以采取不设压缩机的子站形式。 国内外子站主要采用两种方法来提取气源：一种是在子站设压缩机，首先用子站车直接向车辆加气，当子站车上气瓶组压力低于20MP