压缩天然气在城镇燃气供应中的应用研究

压缩天然气在城镇燃气供应中的应用研究默认分类2010-05-0609:11:19阅读379评论0字号：大中小订阅摘要随着我国城市燃气事业的蓬勃发展，作为燃气应用的新领域已有长足发展，应用范围从车用气到居民用气，自已得到社会效益和经济效益的协调发展，分析其运行中的特点对压缩天然气在城镇中的应用具有重要意义。本论文主要从压缩天然气母站的气源选择(城市外高压管网、城市内高压环网、城市中压管网)进行对比，分析其特点，提出城镇压缩天然气加气站站址选择的依据：从压缩天然气作为车用气体燃料的技术成熟性，替代燃油的经济性，分析其优缺点；以北京市车用压缩天然气成功发展的实例，分析清洁气体燃料推广应用的可行性；以压缩天然气作为小区燃气气源供应的实例，分析其推广作为小城镇气源的可行性；从压缩天然气作为北京市燃气管网应急气源的演练实例，分析其作为应急气源的应用范围和注意事项。论文力争为压缩天然气在城镇燃气供应系统中科学、合理地发展和使用提供参考依据。关键词：压缩天然气储配供应车用燃料设备工艺目录1引言··21.1研究的背景及意义··21.2压缩天然气的基本状况··31.3压缩天然气的应用发展情况··42城镇压缩天然气的供应··62.1压缩天然气储配站供气··62.2城镇压缩天然气储配站的建设··72.3工艺流程及主要设备的选用··92.4压缩天然气站供气的经济性分析··103压缩天然气作为车用气体燃料的应用··123.1压缩天然气加气站··123.2车用气体燃料发展情况··143.3车用压缩天然气经济分析··164压缩天然气作为居民用气的应用··184.1压缩天然气供气在中小城镇的应用··184.2CNG供气的适用范围··184.3经济性比较··194.4工艺··204.5CNG调压站··215压缩天然气作为城市管网应急供气的应用··235.1概述··235.2调峰设施与工艺流程··235.3应用情况分析··246结论与展望··256.1结论··256.2展望··251引言天然气是优质高效清洁的能源，管道输送是天然气的基本方式。实践证明，大规模天然气输送，采用管道是最经济和有效的输送方式。此外，还可采用其他两种输送方式。一种是液化天然气（LNG），是将天然气液化后再进行储运；另一种是压缩天然气（CNG）。由于输气干线的建设受城市气化条件，经济实力，用户气价承受能力等综合因素的限制，使得输气干线难以联网，供应范围受到限制，并且只能向长输管道沿线城镇供气。因此如何满足长输管线周边中小规模城镇的天然气需求，将成为一个新的研究课题。压缩天然气（CNG），是将天然气净化压缩后，储存在专门的容器内用汽车运送。我国目前除了应用于天然气汽车之外，对城镇的天然气供应也已陆续开始。以下就CNG技术在城镇燃气供应中的应用进行探讨。1.1研究的背景及意义三十年代初，富气贫油的意大利首先研制了压缩天然气汽车。经过几十年的发展，全世界已有了几千万辆CNG汽车，万余座CNG加气站。天然气作为汽车燃料的使用，在中国经历了两个阶段。第一个阶段为六十年代初期，我国开发了第一代天然气汽车，采用橡胶气包固定于车顶，行程只有十几公里，显得笨重而又不美观；八十年代末期，我国研制成功了第二代高压天然气汽车——CNG汽车，并以极大的优势取代了气包天然气；九十年代中期，我国开始进行CNG汽车的推广工作，自1999年起，我国开始在北京等12个试点城市开展了“空气净化工程---清洁汽车行动”，以治理汽车尾气对环境造成的污染，其中发展CNG汽车是该行动的重点之一。目前，这项活动收效显著，截至2001年10月，全国共建成CNG加气站173座，已拥有CNG汽车42646辆。北京更是提出自2004年起，城市公交车尾气要求达到欧洲Ⅱ排放标准，到2008年，北京90％的客车要装配尾气优于欧洲Ⅱ排放标准的清洁型CNG发动机。CNG技术未来在中国将有更广阔的应用前景。随着我国城市燃气事业的蓬勃发展，压缩天然气作为燃气应用的新领域已有长足发展，应用范围从车用气到居民用气，已得到社会效益和经济效益的协调发展，分析其运行中的特点对压缩天然气在城镇中的应用具有重要意义。1.2压缩天然气的基本状况1.2.1天然气的基本性质1、什么是天然气？天然气是从地下开采出来的一种可燃性气体，它是埋藏在地壳下面的生物有机体，经过漫长的地质年代和复杂的转化过程而形成的。天然气是理想的气体燃料和宝贵的化工原料。2、天然气的基本性质是什么？天然气是由几种单一气体所组成的混合气体，其主要成分是甲烷，约占体积的95％以上，它具有无色、透明、比空气轻、易燃易爆的特点。（1）天然气具有易燃性天然气在摄氏645度时就可点燃，一般使用明火，如用火柴、打火机等去引燃。（2）天然气热值热值是指单位重量或体积的燃料完全燃烧后产生的热量，分为高热值和低热值。天然气主要成分甲烷的热值：高热值5.55×104（kJ/kg），低热值5.01×104（kJ/kg），汽油的低热值为4.44×104kJ/kg。天然气的单位重量热值高于汽油。按体积计量计算，1立方米天然气的热值高于1升汽油的热值。天然气是理想的气体燃料。（3）天然气比重常温、常压下的甲烷、天然气比重以及与空气比重的比值单位比重与空气比重的比值甲烷kg/m30.7155%天然气kg/m30.7860%天然气比重小于空气，当从储存容器、管道中泄漏出来后，天然气将向上移动，扩散到空气中。（4）天然气具有爆炸性天然气在室内空气中的含量达到5％－15％时，一遇明火或高温物体，甚至开关电灯时所产生的电火花，都可引起门窗紧闭的房间发生爆炸，其威力甚大。（5）天然气中含有少量的硫化氢气体，具有难闻的臭皮蛋气味，并且硫化氢气体还是一种强烈的神经毒物。3、天然气具有哪些有毒成份？天然气的主要成份，是由95％以上的甲烷组成。甲烷本身并无毒性，但当其在空气中的含量达到一定浓度时，能够使人窒息。同时，天然气中的硫化氢、和硫化氢燃烧后产生的二氧化碳、以及天然气不完全燃烧时产生的一氧化碳，都是有毒气体，能够使人中毒死亡。1.2.2压缩天然气的应用状况CNG技术特点随着中国政府对环境保护工作的重视和能源结构战略设想的调整，与世界上其他国家一样，CNG技术在中国也得到快速发展及推广应用，并展现出广阔的前景。CNG技术在环保和经济效益方面表现出来的优势开始逐渐被专家、政府、企业、民众所认识，主要表现在以下几个方面1、环境污染少天然气作为气体燃料比固体或液体燃料燃烧更完全、彻底。由于天然气含碳量相对较低，燃烧时单位热值所产生的CO2比石油低约30％，比煤炭低约43％，废气排放总量约是汽油燃料的1/5，说明，CNG技术能减轻大气污染和温室效应，有利于环境保护。特别是随着全球温室效应、酸雨和光化学烟雾危害的加剧，应用CNG替代石油、煤炭燃料具有越来越重要的意义。2、延长汽车使用寿命CNG技术以气代油，设备腐蚀小，燃烧后结炭少，可降低机械摩擦的耗损，减少发动机维修，延长其使用寿命。且发动机噪音小，操作方便。3、经济效益好CNG技术的应用，大大降低了燃料和机车维护的成本，经济效益可观。据统计数据，CNG汽车较普通燃油汽车燃料费节约近1/3，维护维修费用下降40％，发动机寿命延长2～3倍，大修间隔里程延长2～2.5万公里，可减少50％的机油用量，经济效益非常明显。4、实用性好中国石油资源严重不足而天然气资源相对丰富，CNG技术的应用可在一定程度上弥补石油紧缺的困境。CNG热值高、挥发性好，冷热起动驾驶性能好，尤其在冬季寒冷地区的起动性能好。5、安全性好CNG的压缩、储运、减压、燃烧过程，都是在密闭状态下进行的，不易发生泄漏。且天然气比空气轻，即使有泄漏，在高压下也会迅速扩散，不易着火。天然气燃点为650～700℃，不易发生燃烧。CNG储气瓶和相关汽车配件的加工、制造、安装有严格的规范和标准，可确保安全。1.3压缩天然气的应用发展情况1.3.1相关的规章制度政府为治理环境污染在CNG技术方面制定了一些鼓励和保证措施。如国家正在进行燃油费税改革，在实行费改税后，燃油价格将上升，对CNG技术的发展会有重要的促进作用；如广州市政府出台的措施，每改装一辆CNG公交车，政府补贴4500元；再如北京市政府对CNG加气站建设投入50％的初始资金，同时对公交车和出租车行业新车中CNG汽车所占比例也有强制规定。同时制定了严格而详细的技术标准。国家技术监督局制定了“天然气和液化石油气国家标准体系”，共有标准近50项。技术标准包括基础、整车、专用装置及部件、车用储气罐及附件、CNG气体质量、CNG加气站建设和售气机等34项，管理标准有8项。这些规范、标准的制定，有力地促进了CNG技术在中国的推广和应用。1.3.2应用效果分析通过我国应用CNG技术所产生的经济和环境效益的情况可以看出，CNG技术带来了显著的经济效益和环境效益，特别对缓解城市汽车尾气污染，起到了良好作用。因此，CNG技术是减轻汽车尾气污染的根本途径之一。据统计，改用CNG技术后，每辆出租车每天节省约15元的燃料费，年合计5400元，出租车司机的年收入约50000元，每天节省的燃料费约占其收入的1/10，经济效益非常可观。2城镇压缩天然气的供应2.1压缩天然气储配站供气2.1.1城镇压缩天然气储配站的作用1、作为在管道天然气到达之前的过渡阶段主气源。近年来我国的天然气事业发展很快，特别是长输管道的建设，到2003年底，巾国已建成陆上天然气管道约2．0×104km，海底天然气管道约0.2×104km，天然气管道总长约2．2×104km但目前仍有很多地区，特别是一些中小城镇在一段时期内长输管道还无法敷设到其附近，为能够在管道天然气到达之前使用上清洁、高效的天然气，建设压缩天然气储配站作为过渡阶段主气源便成为一种选择。2、作为已有天然气城镇的季节性调峰气源或补充气源。随着燃气应用技术的不断扩展，城镇的燃气用气量也在逐年上升，气源紧张状况也时有发生，特别是在我国北方的冬季。为解决城镇燃气使用上的季节性不平衡问题或作为补充气源，压缩天然气储配站在我国的东北地区已经较多地使用。3、作为中小城镇的主气源。在输气管道无法到达的地区为能够使用上天然气，可建设压缩天然气储配站作为主气源。由于压缩天然气储配站存在供应中断或供气不足的可能性，需采取可靠措I(设置应急备用气源或调峰储罐)以保证供气的连续性、可靠性。4、作为城镇工业、商业用气的主气源或补充气源。2.1.2城镇压缩天然气储配站的适用条件1、压缩天然气储配站的气源情况压缩天然气储配站的气源一般为压缩天然气加气母站，接受从母站来的压缩天然气气瓶车(充装压力为20MPa)的来气。因此需综合考虑压缩天自气加气母站的天然气气质、气量，气瓶车的数量、运输距离、交通运输等因素。（1）加气母站的天然气气质、气量情况一般情况下，加气母站出站的压缩天然气气质均符合现行国家标准GB18047--2000《车用压缩然气》的规定，除被压缩到高压和杂质含量控制严格外，与民用和工业用天然气无本质区别，可直目供给压缩天然气储配站(没加臭的需在压缩天然自储配站加臭后输入城镇燃气输配管网)。加气母站的日供气规模扣除其他用气需求量外应满足压缩天然气储配站的日供气量要求。（2）CNG的运输距离及交通运输情况此因素至关重要，CNG的运输距离直接关系到储配站供气的可靠性和工程造价。运输距离过大会导致气瓶车的途中时间过长，周转次数减少，车的数量增加，从而直接增大了工程造价，还影响供气的可靠性。一般情况下，CNG的运输距离在100～400km为宜，同时也应考虑道路交通运输及气候情况能否满足气瓶车的行驶要求。2、压缩天然气储配站的供气规模压缩天然气储配站一般作为在管道天然气到达之前的替代气源、调峰气源或补充气源，因此其供气规模一般不宜过大。从工程投资效益考虑，站内不设置备用气源或调峰储罐的情况下，其规模不宜超过2．5×104m3／d。另外，压缩天然气储配站的供气规模过大，还会导致气瓶车的数量过多，站址占地面积及储气容积相应地增大，造成站址不易选择、造价过高、供气的安全可靠性降低等不利因素。3、经济条件综合考虑压缩天然气