CNG加气站建设规范及相关问题浅析

CNG加气站建设规范及相关问题浅析张增刚2010年3月25日聊城题纲1加气站类型2天然气质量要求3压缩机选型4储气方式及容积确定5脱水装置的选型6关于加气站的分级问题7加气站安全设施8加气站施工中的问题1加气站类型1.1加气标准站（常规站）a1.2加气母站a系1.2加气母站1.3加气子站（压缩机）1.4加气子站（液压）2天然气质量要求2.1规范要求压缩天然气加气站进站天然气的质量应符合现行国家标准《天然气》GB17820中规定的II类气质标准和压缩机运行要求的有关规定。增压后进入储气装置及出站的压缩大然气的质量，必须符合现行国家标准《车用压缩天然气》GB18047的规定。GB50156-2002(2006年版)第8.1.1条项目质量指标试验方法高热值MJ/Nm3A组31.4GB/T11062GB/T13610B组14.65~31.4总硫（以硫计）mg/m3,150(I),270(II),460(III)GB/T11061硫化氢mg/m3,6(I),20(II)GB/T13610含二氧化碳量体积%,3GB/T17283水分无游离水机械分离目测2.2《天然气》GB17820项目技术指标高位发热量，MJ/m3＞31.4总硫（以硫计），mg/m3≤200硫化氢，mg/m3≤15二氧化碳yco2，％≤3.0氧气yo2，％≤0.5水露点，℃在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，水露点不应高于-13℃；当最低气温低于-8℃，水露点应比最低气温低5℃。注：本标准中气体体积的标准参比条件是101.325kPa，20℃2.3车用压缩天然气（GB18047)2.4天然气作为汽车燃料的优点燃烧性好，发热量大，烟尘少，不结碳；运行安全：燃点、爆炸极限、盛装容器不同；天然气燃烧迅速无爆震现象；且价格低；燃料可以备用。2.5天然气作为汽车燃料的缺点燃料充装量少，行驶里程短；改车需要增加投资；天然气为气态燃料，不易储存和携带，需要建设加气站网络；动力性能下降约10%。3压缩机选型3.1压缩机的结构形式结构形式优点缺点对称平衡式1惯性力平衡最好2振动很小3无须设置大飞轮4维护方便5驱动机功率脉动小，最适宜电机驱动1占地积面积太大，不利于小型化2活塞自重落在汽缸壁上磨损较严重不宜采用无油润滑立式1气缸与活塞间的摩擦磨损均匀，耗功最少2采用无油润滑。从而提高气体质量，免除气液分离器等设备，简化维修3占地面积小，易于小型撬装安装1惯性力不平衡2要设置很大的飞轮3驱动机功率脉动最大，对电网要求高4排气量受气缸数限制不能设计的很大角度式1惯性力可以较大程度的平衡2结构紧凑3气缸数较多，压力比较小4可采用风冷却气缸，尤其适于缺水地区5宜于小型化6易于系列化，变型容易1维护不太方便2活塞与气缸间仍存在偏磨，不太适宜无油润滑3结构复杂，制造工艺要求高3.2压缩机气缸的润滑方式润滑方式优点缺点无油润滑1无须安装油分离器等设备2节省了费用和机器空间3耗油量低4维护工作量降低5润滑系统简化1对气缸特别是活塞环材质要求极高，成本上升有油润滑1对气缸和活塞环材质要求不高2可以利用气缸润滑油带走一部分摩擦热量，保证压缩机工作在可靠程度范围内3有油润滑技术难度小，安全可靠，同时可减少摩擦耗功1必须在排气口安装油分离器2机组体积增大，成本上升3润滑系统复杂4维修工作量大5耗油量大6从气缸带出的润滑油可能使干燥物质失效3.3压缩机的冷却方式冷却方式优点缺点闭式循环水冷1冷却效果好，气缸壁工作温度低2降低压缩机对高温环境的敏感度，确保高可靠性，高效率3减轻冷却器的热负荷，减少其体积1气缸结构复杂2需要定期更换冷却液3增加一套冷却水循环系统，使得整机系统更复杂气缸无散热翅片的风冷1气缸结构简单2无须对气缸套清洗水垢3无须冷却水循环系统1气缸工作温度最高对材料要求高2冷却效果好坏完全取决于冷却器3同样进排气条件下冷却器体积最大气缸有散热翅片的风冷1气缸结构比较简单2冷却风扇可以同时对气缸和冷却器进行冷却，冷却效果好1气缸散热翅片使得铸造工艺复杂3.4压缩机的选型依据结构型式润滑方式冷却方式进气压力排气量4储气方式及容积确定4.1ASME容器单元设计压力27.6MPa，设计标准为ASME；通常作为地面存储。ASME允许容器上有排污口；初期投资高，运行和维护成本低；场地要求5～7m2,坚固，整体结构能更好的承受冲击载荷及地震波动。4.1ASME容器单元4.2储气井设计压力为25Mpa，储气井的深度一般为150米。套管是按照API标准5CT制造的N80钢级石油套管,钢号为30Mn4和28CrMo6。其占地面积很小，有利于站场平面布置；虽然初期投资较大，但储气井至少可以使用25年以上，并可以节省检验维护费，安全可靠性好。其缺点是耐压试验无法检验强度和密封性,制造缺陷也不能及时发现.排污不彻底,容易对套管造成应力腐蚀。4.2储气井4.3储气瓶组4.4储气容积的确定1储气井的分区设置储气装置的容量是不可能全部被利用的，其容积利用率与其利用方式有很大关系，主要影响因素是储气装置设定的起充压力的高低及其分组情况。应用气体状态方程进行对比分析，利用分区存储的方式可以较高的提高目标容器利用率。目前CNG站较多的是采用高、低、压三级分区进行储气。在对来站的汽车进行加气时，先利用低压区的储气井将汽车气瓶充气到第I级压力，然后转用中压区的储气库充气到第II级压力，再由高压区的储气库充气到第III级的压力，从而完成对汽车的充气。4.4储气容积的确定2储气井数量的优化在为汽车加气过程中，加气顺序依次为低压、中压、高压，在给气瓶充装时，大部分都是使用低、中压对气瓶充气，等充气末了才启动高压储气井，故在设计储气时的分组时，应考虑储气井分区的比例关系，目前比较合适的比例为高、中、低压的比例为1：2：3。4.4储气容积的确定4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，在城市建成区内储气设施的总容积应符合下列规定：管道供气的加气站固定储气瓶（井）不应超过18m3；加气子站的站内固定储气瓶（井）不应超过8m3，车载储气瓶的总容积不应超过18m3。GB50156-2002,(2006年版)第3.0.5条5脱水装置的选型5.1常用的脱水方式目前国内外常用的脱水方式有两种：前置脱水，脱水装置安装在压缩机进气口之前，对进站天然气进行深度脱水，工作压力为管网进站压力；后置脱水，脱水装置安装在压缩机排气口之后，对压缩后的高压天然气进行深度脱水，工作压力为压缩机的排气压力。5.2脱水工艺流程-高压5.2脱水工艺流程-低压5.3两种方式比较◆先脱水后压缩，可减轻超压缩机负荷，防止液击现象发生，减少气体中酸性杂质对压缩机的损害。◆先压缩后脱水，可减少吸附剂用量，使脱水装置体积减少。◆管网压力：进站管网压力较高(≥0.4MPa)时，应优先选用前置脱水方式；管网压力较低(0.15MPa)时，应考虑选用后置脱水方式。5.3两种方式比较◆处理气量：前置脱水可处理大流量气体，可达1.5×104Nm3/h，后置脱水方式因受高压管件、阀门限制，目前只宜处理小流量气体，一般3500Nm3/h。◆再生方式：前置脱水可采用独立的闭式循环系统进行再生，不受压缩机是否开机的限制。后置脱水再生气回收困难：①如果让再生气回流到压缩机进气管线，则必须再生过程与压缩机工作过程同步进行。如压缩机工作时间短，则易造成再生过程中断，再生不完全，无法保证成品气体露点达到要求，甚至使成品气有可能带水。②再生气进入废气回收系统，不仅费用高，还存在安全隐患。③再生气放空，将会造成能源浪费，CNG加气站运行费用增加。5.3两种方式比较◆成品气品质：前置脱水可充分利用庞大的管网系统作为脱水装置的缓冲器，使脱水过程中压力保持稳定，从而使气体品质(露点)保持稳定。后置脱水装置的工作压力在压缩机开启时，或CNG加气站加气过程中容易波动，工作压力的波动势必造成气体品质的不稳定。◆吸附剂寿命：前置脱水装置的吸附剂寿命远高于后置脱水装置。5.3两种方式比较◆成本比较：后置脱水装置的重量和体积约是同流量前置脱水装置的1/2，设备价格也较低。但因高压阀门、管件价格昂贵，每台高压脱水装置的年维修费用是每台低压脱水装置年维修费用的7～10倍。5.3两种方式比较6顺序控制系统6.1顺序控制设备6.1顺序控制设备6.2加气站顺序加气流程加气站顺序加气流程7关于加气站的分级问题7.1CJJ84-2000压缩天然气加气站的等级划分，应符合下表规定。CJJ84-2000,第4.1.3条级别贮气装置总容积(m3)一级12V≤163000VN≤4000二级6V≤121500VN≤3000三级V≤6≤15007.2GB50156-2006，2006年版加油和压缩天然气加气合建站的等级划分，应符合下表规定。级别油品储罐容积（m3）管道供气的加气站储气设施总容积（m3）加气子站储设施总容积（m3）总容积单罐容积一级61~100≤50≤12≤18二级≤60≤30注：柴油罐容积可折半计入油罐总容积。8加气站安全设施8.1消防间距压缩天然气加气站的压缩天然气工艺设施与站外建、构筑物的防火距离，不应小于表4.0.7的规定。GB50156，4.0.7加气站内设施之间的防火距离，不应小于表5.0.8的规定。GB50156，5.0.88.2消防设施压缩天然气加气站、加油和压缩天然气加气合建站可不设消防给水系统。GB50156，9.0.2每2台加气机应设置不少于1只8kg手提式干粉灭火器或2只4kg手提式干粉灭火器；加气机不足2台按2台计算。压缩机操作间（棚）应按建筑面积每50m2设8kg手提式干粉灭火器1只，总数不应少于2只。GB50156，9.0.108.3关于子站撬车后部的防爆墙压缩天然气加气子站车载储气瓶的卸气端应设钢筋混凝土实体墙，其高度不应低于储气瓶拖车的高度，长度不应小于车宽的2倍。该墙可作为站区围墙的一部分。GB50156，5.0.10尺寸大小设置位置8.4站内安全阀的设置压缩前的管路以及容器来气管道缓冲罐废气回收罐压缩后的管路以及容器压缩机出口储气井（罐）8.5管材与管件管材：增压前:无缝钢管（GB/T8163）。增压后:高压无缝钢管（GB5310）或（GB/T14976）管道组成件的设计压力应比最大工作压力高10％且在任何情况下不应低于安全阀的定压。8.6压缩机组运行的安全保护应符合下列规定：1压缩机出口与第一个截断阀之间应设安全阀，安全阀的泄放能力不应小于压缩机的安全泄放量。2压缩机进、出口应设高、低压报警和高压越限停机装置。3压缩机组的冷却系统应设温度报警及停车装置。4压缩机组的润滑油系统应设低压报警及停机装置。GB50156，8.2.78.7防撞柱和防撞拦的设置设置位置：加（卸）气机（柱）储气瓶组设置方式钢柱加混凝土混凝土柱（墩）GB50156，8.2.78.7防撞柱和防撞拦的设置8.7防撞柱和防撞拦的设置8.7防撞柱和防撞拦的设置8.7防撞柱和防撞拦的设置爆炸危险场所的地面做不发火花地面；管沟（电缆沟）应该填充干砂。8.8其他安全设施燃气泄漏报警器的设置。防雷防静电。建构筑物的耐火等级、防爆泄压、通风问题。9加气站施工中的问题9.1施工资质建筑工程管道和设备安装工程高压储气井的施工焊接压力管道的焊工无损检测人员9.2设计变更问题加气站工程施工应按工程设计文件及工艺设备、电气仪表的产品使用说明书进行，如需修改设计或材料代用，应有原设计单位变更设计的书面文件或经原设计单位同意的设计变更书面文件。GB50156，12.1.59.3阀门等设备材料的认定设计文件规定施工单位或建设单位采购的随意性如需变化，须经设计单位和建设单位同意9.4施工方案的制定和变化的随意性施工单位应编制施工方案，并在施工前进行设计交底和技术交底。施工过程中经常出现随意变化施工工艺和方案。9.5无损探伤可燃介质管道焊接接头无损检测方法应执行设计文件规定，缺陷等级评定应执行国家现行标准