成都市城市燃气应急供气的探索.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除成都市城市燃气应急供气的探索曹 晖1，钱 江2，彭洲炜2，张宇轩2（1.同济大学，上海 200092 ；2.成都城市燃气有限责任公司，四川 成都 610041）摘 要：城市燃气应急供应已成为燃气公司关注的一个重要课题。成都城市燃气有限责任公司进行了主动的探索，制定了应急供应方案，并和厂家合作开发了设备，采用LNG车载供应的方式对重点客户进行应急保障，通过实践进行了验证，取得了该方面的一些进展。关键词：应急供气；液化天然气；专利工艺；带车充瓶Chengdu City Gas Emergency SupplyCAO Hui，QIAN Jiang，PENG Zhouwei，ZHANG YuxuanAbstract：City gas emergency supply has become an important task focused by gas company。Chengdu City Gas Company carried out active exploration , formulated the emergency supplies , and cooperate with manufacturers developed equipment，with the method of LNG vehicle supplies of key customer for emergency ensure, is verified through practice, has made some progress on this.Key words：Emergency Supply；LNG；Patent Technology；Filling Bottles In Car天然气在国内应用的不断发展，管道燃气供应已成为城市建设中必不可少的重要组成部分，在民众生活中占有越来越重要的地位。对国内很多大型城市，城镇燃气输配从无到有的过程基本完成，而燃气供应的可靠性和安全性成为摆在燃气公司面前急需解决的课题，相似于供水供电，燃气供应的应用保障也被成熟的燃气供应者所重视。一 项目背景西部大开发的不断推进，国际化程度不断提升，成都举办大型的国际型会议、论坛和展览频率不断增加，燃气供应的可靠性需求也在悄然变化。成都市委市政府向成都城市燃气有限责任公司郑重提出了2012年9月底开幕的西博会重点单位燃气应急保障。接到这一光荣而艰巨的任务，成都城市燃气有限责任公司（以下简称成都燃气），作为组织者，联合成都城市燃气设计研究院有限公司（以下简称成燃设计院），选择了长期从事燃气输配设备成套制造的上海飞奥燃气设备有限公司（以下简称上海飞奥）进行合作，成立课题组，共同研究开发用于成都市燃气应急供应的方案和配套设备。经过研究，初步确定把50 Nm3/h的流量作为应急方案供气指标，把4小时作为应急供气的时间。考虑运行的负荷安全系数，最终形成了小时额定流量50Nm3，供气时间68小时的设计需求。在供气压力方面，考虑该应急装置应能够根据要求输出天然气中压0.2MPa或低压3 kPa，考虑下游存在早期的PE管道，要求出口温度不低于5 ，并能够实现与下游的管道的快速连接。在燃气行业内，非管输的供气是各燃气公司都曾接触过的课题，国内应用较多的是压缩天然气（CNG）的应急供气，例如北京奥运会的天然气应急保障就采用的这种模式1，但是对成都市来讲，虽然成都有提供高压天然气来源的天然气加气母站，这种方式在运输上存在无法克服的矛盾，运输设备的集装箱货车很多成都市区狭小道路无法通行，且设备的高压运行状态，多数重点客户也无法提供应急供气需要临时占用的安全场所，有些客户听到20MPa的储气压力就不同意在其场地内使用。除了CNG外，另一个就是液化天然气（LNG）方式。相比CNG，LNG在非管输运行中有着独特的优势。除了运行压力低，最高运行压力0.8MPa，最重要的一点是储存比高，相同体积，LNG的储存天然气的量是CNG的近三倍。国内LNG供气也有一些单位实施过，其主要方式是两种，一种是采用类似国外的燃气公司，采用LNG长槽车进行运输，槽车最小的体积一般为2051m3，但对成都市这种方式显然也会碰到CNG一样的运输道路的问题。同时每次运输远多于需求的LNG，造成的浪费也不言而喻。另一种是采用小型的低温杜瓦瓶来运输2，例如常见的180升水容积的杜瓦瓶，从成都市应急实际供气量的要求来看，无疑方案是选择后者。但这种方式的问题主要是需要对杜瓦瓶进行搬运和连接管路的拆装，因为多数LNG加气站无法直接给杜瓦瓶进行充装，而180升杜瓦瓶空瓶122 kg，充装后为185 kg，一两个人徒手很难移动，搬运必须依靠升降设备，而且在小型厢式车内搬运该杜瓦瓶也有设备也很麻烦。毕竟车内很难使用吊装设施。同时装有低温LNG的杜瓦瓶搬运也存在风险，多次发生在装卸操作中把杜瓦瓶摔裂的事故，对安全生产也造成影响。一旦杜瓦瓶破裂，除了排空稀释处理也没有没有更好的解决办法，因此课题组需解决杜瓦瓶LNG充装和释放的问题，尽量不要搬运储气容器，而是直接进行带车充瓶。成都市暂无LNG大型储备站，目前获取LNG气源的方式是市内已经建设好的三个LNG的加气站，气源通过槽车由外地运输而来，通过课题组调研，确定了成都市LNG三个加气站在用设备加液枪的接口型号和制造厂家，并根据地理位置选择最适合本LNG应急供气项目的配套设备，二设备研发上海飞奥LNG产品部对杜瓦瓶的利用进行过长期深入的研究，对国内常用的流程3进行了改进，创新的工艺流程申请了国家专利4。该工艺专利解决了LNG正常供液，无需人员频繁的手动增压，降低了人员的现场工作量。同时确保产生的BOG能够顺利排向下游。根据成都燃气的具体要求，上海飞奥在专利LNG供气方案的基础上进行修改，设计了应急供气站5的系统图。见下图1。图1 成都燃气LNG应急供气车工艺流程图设备分别安装在两辆车上。一辆为LNG储存车6（成都燃气租赁，有危险品运输证），安装有四个并联的LNG杜瓦瓶。另一辆为LNG气化调压车（五十铃应急抢修车），安装有空温式气化器、电加热器和调压设备。两车之间考虑强度采用保冷不锈钢管加不锈钢波纹管进行连接。气化调压车上的最终出口通过加长的不锈钢波纹管和快装接头与下游用户进行连接，每小时提供压力稳定的不小于50 Nm3的天然气。流程图介绍：储存车上四个杜瓦瓶固定在车上，不做搬运移动，液相和气相汇管上分别装有车用快装接头，液相为加液口，气相为回气口，通过连接加气站上的加液枪和回气枪，可以实现在加气站内带车充瓶。主流程为LNG液体（红色）源于杜瓦瓶中的气相压力，通过不锈钢波纹管、低温长轴截止阀进入液相汇管，液相汇管上装有带冷凝弯的压力表和低温安全阀，其中安全阀并联装有手动放散的低温短轴截止阀。通过液相管道上的升压调节阀（调节阀1）设定，出口压力低于P1值开启，对外可靠输出低温LNG液体，低温LNG进入空温式气化器气化，电加热器后出口天然气管道上（蓝色）设置温度计。当气体温度低于5，切换至旁通的水浴式电加热器补热，确保天然气温度在5以上。空温式气化器前设置低温紧急切断电磁阀，可与天然气温度进行低温连锁,如低于5时间超过5分钟，电磁阀自动切断。电加热器前后均设置并联的安全阀和手动放空阀，避免加热时产生超压。天然气依次进入两级调压器，一级调压设定中压0.2MPa,二级调压设定低压3kPa，可根据需求切换阀门选择出口压力。同时二级调压旁通路上的手动调节阀可根据下游要求调节，快速改变中压输出值。每级调压器均自带内装紧急切断阀，压力超出设定值能自动切断，配压力表和测试阀有利于观察和调试。设备出口设置微流量安全阀（呼吸阀），解决密闭空间长时间气体受热压力升高问题，避免紧急切断阀的频繁动作，提高设备可靠性。辅助流程为杜瓦瓶中的BOG气体（绿色），也通过不锈钢波纹管、低温长轴截止阀进入气相汇管，气相汇管上也装有带冷凝弯的压力表和低温安全阀。气相管道上串联的降压调节阀（调节阀2）和单向阀，入口压力低于P2值下处于关闭状态，压力值P1P2。当杜瓦瓶中的气相压力上升，通过液体传递，液相调节阀1出口压力上升至P1时关闭，停止LNG供液，由于BOG蒸发，气相压力会继续上升，气相调节阀2入口压力上升至P2时，调节阀打开，将高压BOG气体卸至液相管道中。卸压后，气相调节阀入口压力低于P2，调节阀2关闭。如果下游用气，液相压力会降低，当液相调节阀1出口压力低于P1,调节阀开启，恢复LNG供液。气相上的单向阀主要防止液相倒流至气相管道中。放散流程为系统设备故障超压时，少量的低温超压LNG液体或气体，通过低温安全阀或手动放散阀进入不锈钢EAG管道（天兰色）。因量小未设置专用的EAG气化器，通过不锈钢管道被环境空气加热至密度低于空气后，与后端天然气管道上（蓝色）的安全放散集中汇总，后经过阻火器进入放散管高点放散（4m以上，车辆行驶时放散管收起），未就地放散，确保放散现场安全。流程的主要创新在于杜瓦瓶中LNG产生的低温BOG气体（绿色），通过调节阀控制，最终进入液相管道（红色）中，也能被气化器加热后利用，未做常规的放空处理，减少了能源的浪费和温室气体对环境的破坏。同时取消了常用BOG气化器，减少了设备的占地尺寸，降低了成橇的管路复杂度。该流程也确保了气相保持一定的压力值，为LNG供液提供驱动力，保证系统可靠供气，减少了手动增压的频率。设备设计中还需要考虑的技术难点为：快速响应问题和日常存储问题。为了出现问题能够快速响应，必须保持一定量的储备好的LNG，但日常存储LNG会产生BOG气体排放对环境的影响如何解决。尺寸限制。受城市道路所限，成都燃气用于应急供应车辆的尺寸固定，一期成都燃气提供的应急抢修车车厢尺寸为：长宽高：2.72米1.84米1.76米；，可利用的空间非常小。而为提高设备的适应环境的能力，必须在冬季也能够正常投运，除常用空温换热外，必须考虑强制换热，对结构设计中的空间利用提出更大的挑战。 车载运输要求。在减振和防松方面必须有效解决，并且能够实现在成都LNG加液站进行顺利充装，不需要拆卸和搬运存储LNG的低温储罐。与加液枪的连接和充灌杜瓦瓶是设计中需要重点考虑的。 供电方式要求：设备本身为应急保障，必须提高设备的适应性和安全性。现场无电源的情况如何保障设备的运行的安全。上海飞奥利用长期储备的LNG技术和已有成熟的应急供气产品部件供应链，在本次LNG应急供应橇的设计开发中充分加以利用，对上述四个问题采用以下的方案解决： 对杜瓦瓶连接的低温管路进行创新设计，设计了日常BOG气体放散的接口。成燃设计院对应设计了下游接收的接口，由成都燃气对设备停放的清江调压站进行改造，将BOG气体排至下游中压管网。 采用三维设计技术，反复优化布置方式，使设备满足车厢尺寸要求，上海飞奥按成都燃气要求设计了三维图，课题组审核通过后再进行制造，完全满足了实际的要求； 采用设备整体防振的方式，底盘支撑处加装防振垫，非常有效。螺栓的防松从使用来看，加装弹簧垫片已能解决该问题。 考虑采用双路供电的模式，一路由车上电瓶提供电源，保证安全监控系统的正常运行，一路由供气场地提供常规供电，一旦一路出现故障，也能够保证控制系统的不间断运行。产品标准执行上海飞奥企业标准Q/FcA1051RLY系列液化天然气应急供气橇，符合GB500282006城镇燃气设计规范，参考欧标EN1473液化天然气设备与安装 陆上装置（Installation and Equipment for Liquefied Natural Gas- Design of Onshore Installations）和美标NFPA-59A液化天然气生产、储存和装卸标准（Standard for the Production, Storage, and Handling of Liquefied Natural Gas）。图2 车载移动气化调压橇照片三设备投运图3 LNG低温瓶组储存橇照片成都市LNG加气站对LNG瓶组储存车进行了LNG带瓶充灌。图4 加气站瓶组橇灌装LNG成都燃气清江站进行停放，日常产生的少量BOG自动排放接至下游燃气中压管道，经过试运完全符合LNG存储的设计要求。现场无气化后BOG放空。图5 低温瓶组橇停放清江站照片 LNG应急供气设备就位后，考虑到运载LNG的车辆为危化品运输车，行驶路线和行驶车速都有所限制，成都燃气组织人员和运输车辆，实地测试设备从车辆停放点至各应急供气单位的运输时间，获取时间数据。从实测的数据来看，多数地点从车辆停放点时间不超过40分钟（见下表统计数据），考虑到现场连接的时间20分钟，从接到客户电话到应急供气车辆行驶至需要的现场开始供气，可以确保在60分钟内完成。表1 成都燃气应急供应各需求点运输时间汇总表序号地点行驶里程/km最短运输时间/分钟平均运输时间/分钟1A某办公区1525302B金牛宾馆510153C锦江宾馆1025354D香格里拉酒店123040在设备制造的同时，成都燃气也组织工程公司对需要保障的几个重点客户的燃气管道加装了应急接口，确保设备出口不锈钢波纹管的快装接头能和下游管路快速连接。在成都燃气的组织下，充灌好的LNG应急设备运输至成都市某办公区进行试运行，一次性投运成功，能够满足该用户厨房全部炊事设备开启的供气，供气压力为3kPa，瞬时高峰流量超过60 Nm3/h，供气时间超过4小时。设备完全满足设计的需求。设备已在成都燃气清江站安全运行超过了一年的时间。环境温度实现了全覆盖，对应环境的变化，成都燃气多次组织人员对该设备进行了全工况的测试，包括杜瓦瓶充装实验、空温气化器额定负荷实验、空温气化器超负荷50%实验、空温气化器超负荷100%实验、冬季整机过载100%的实验，从实验结果来看，即使在成都冬季环境温度2的条件，在水浴电加热设备开启的情况下，LNG应急供气设备能保证供应出口温度在10 以上天然气100 Nm3/h，完全满足应急供气的需求。LNG应急设备无论是在2012年的西博会还是2013年的全球财富论坛，都发挥了重要保障作用，涉及的重要会场及重点酒店全部试运行合格，其机动性和可靠性在实践中得到了良好的检验。图6 成都市政府某办公区实际投用的照片一图7 成都市政府某办公区实际投用的照片二结论：设备整体性能良好，供气能力最大可超设计负荷100%，达到100 Nm3/h。针对LNG应急设备的用气，成都市给予的优惠价格为每kg LNG 5.83元，换算为每Nm3天然气的价格为4元。和成都普通LNG销售价格6.55元相比，虽然有一定的优惠，但和成都燃气对工商用户的管道销售气价2.86元相比，燃气公司为了履行市委市政府下达的任务，还是需要承担一定的气价差支出。同时对成都燃气来讲，应急供气还包括人员和供气设备的费用支出，包括车辆油费和人工费及设备车辆的折旧费等，考虑设备运行管理人员全部为兼职，不需要另外支出工资，每次最大加气量为400Nm3，按每个月使用该设备2次，每年使用24次，总计气量为9600Nm3，油费折合至每方天然气再增加成本0.63元。考虑到应急供气对燃气公司履行企业社会责任和减少供气中断所造成的信用损失，该费用支出对燃气公司来讲还是完全能够承受的，毕竟通过采用新的设备，找到一条可以快速有效解决目前供气中断事故问题的途径。参考文献：1