CNG加气站设计中几个问题的探讨

2007年7月JournalofPingdingshanInstituteofTechnologyJul.2007

文章编号:1671-9662(2007)04-0041-03

CNG加气站设计中几个问题的探讨

杨高峰

(平顶山工学院,河南平顶山467001)

摘　要:　探讨CNG汽车加气站的设计要点,设计过程中的体会及作者的建议,希望对CNG汽车加气站

的设计与建设能起到促进作用。

关键词:　CNG汽车;加气站;工艺流程中图分类号:　TU863　　　文献标识码:A

0　序言

　　“西气东输”工程是我国实施西部大开发的标志性工程之一。此项工程将建设4000多公里的管道,把塔里木等地的天然气东送,经、宁夏、甘肃、陕西、山西、河南、安徽、江苏八省(区)到上海。给沿线地区燃气事业的发展带来了新的机遇,同时也为CNG汽车加气站的建设与发展带来了良好的机遇。以天然气做汽车燃料代替燃油,可大大降低环境污染,比燃油节省30%～50%的费用,具有良好的环保效益和经济效益。因此,推广应用以天然气为燃料的天然气汽车对保护环境、节约能源、实现经济的可持续发展有着重要意义。

1　CNG汽车加气站的工艺流程

　　一套完整的CNG汽车加气站一般由下面六个系统构成,即:(1)调压计量系统;(2)净化和干燥系统;(3)压缩系统;

(4)储气系统;(5)控制系统(自动保护停机及顺序充气等);(6)售气系统,如图1所示。

图1　工艺流程示意图

　　天然气通过高(中)压管网进入加气站,经过滤、脱硫、调压,计量后进入缓冲罐,然后经过压缩机加压后进入高压储气系统,高压储气系统中的天然气根据控制系统的控制程序,通过售气机向汽车充气。天然气的干燥脱水可在压缩机前、压缩机中间级出口、压缩机末级出口处进行,工艺流程示意图见图1。由于CNG汽车加气站用气量较大,并且是间断用气,所以设站或引气时不要影响管网其它用户正常使用。

2　系统设备配置与选型

2.1　调压计量系统

　　在天然气进站管道上设置调压装置,要选性能好,体积较小的调压器,实现对燃气的调压:同时在进站管道上设计量装置,实现对燃气的计量。

2.2　净化和干燥系统

收稿日期:2007-05-10

作者简介:杨高峰(1970-),男,河南邓州人,平顶山工学院建筑环境与热能工程系讲师,主要从事能源动力方面的教学

与研究。

42　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　平顶山工学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　　2007年7月

　　主要包括除尘、脱硫、脱油、脱水干燥等设备。其目的是保护压缩机的正常运行以及所售天然气气质的纯净,确保天然气在发动机中燃烧良好,不会对发动机产生任何危害,同时也可避免可能出现的对售气系统的损坏。

　　净化设备:主要是用来除尘和脱硫,安装在气体压缩机之前,保护压缩机不会受到腐蚀和损坏。经过净化和干燥系统处理的天然气气体质量要符合国家标准《车用压缩天然气》GBl8047的规定。

　　脱水干燥设备:根据脱水干燥设备在CNG加气站工艺流程中的位置,分为低压、中压和高压脱水三种,这三种方式各有优缺点。在需要深度脱水时常采用高压脱水方式,但采用高、中压脱水时,因天然气进入压缩机前未经脱水,大量含水的天然气容易导致压缩机故障。目前,国产压缩机通常采用高压脱水,进口压缩机通常采用低压脱水。

2.3　压缩系统

　　压缩系统是CNG加气站的核心部分,包括缓冲罐、回收罐和压缩机组。

2.3.1　缓冲罐与回收罐

　　进气缓冲罐设置在压缩机组之前,对供气系统的来气起缓冲作用,其目的是减小压缩机工作时气流压力脉动以及由此引起的机组振动。

　　废气回收罐,主要是回收压缩机卸载、排污时的天然气以及压缩机内产生的废气、废液。

　　需要特别指出:在目前投产运行的CNG汽车加气站中,经常出现压缩机卸载的气体导致回收罐安全阀起跳,压缩机启动困难并有喘振的现象。其原因是由于压缩机频繁启动、停机、卸载产生大量的回收气体,回流进入缓冲罐,导致压缩机进口超压。因此,在设计时应充分考虑这一问题。可采用在回收罐接口引一回流管道至天然气进站管道上,当大量气体回流时回收罐内大量的天然气可以回流到供气管网。

2.3.2　压缩机组

　　压缩机组是压缩系统,也是整个加气站的核心。目前,国内加气站设计的压缩机末级出口压力为25.0MPa。　　压缩机的形式有:轴流式、离心式、混流式等速度型压缩机和膜式、活塞式、滑片式、螺杆式、转子式等容积型压缩机。　　在CNG汽车加气站中使用比较广泛的是往复活塞式压缩机。活塞式压缩机有立式、卧式、角度式和对置式等。　　压缩机的润滑系统可根据气缸方式分为有油润滑、无油润滑和少油润滑三种方式;其冷却系统可分为水冷和风冷两种方式。

　　选择压缩机时应根据加气站进、出站天然气压力,加气能力,压缩机的性能、价格,储气容积,施工场地大小及条件等因素综合选定。压缩机通常单排布置在压缩机房内,并根据设计台数确定备用台数。

　　国产压缩机与进口同类型压缩机相比,其易损件寿命比进口产品低,噪音较大。但国产压缩机的成套价格要比进口压缩机低50%左右,而且配件供应及售后服务有保证。

2.4　储气系统

　　储气系统主要是起缓冲作用。根据设计体会和有关调研,加气时间比较集中的加气站,储气量宜为日加气量的1/2,加气时间不很集中的加气站,储气量宜为日加气量的1/3。

　　储气工作压力设为25.0MPa。目前有三类储气装置:储气瓶组、储气罐、储气井。

　　储气瓶组:储气瓶组是用钢瓶并联成多组而形成的储气设施。加气站应选用同一种规格型号的储气瓶,目前国内常选用60L的钢瓶。每组储气瓶的总容积不宜大于4m3,且瓶数不宜大于60个。按工艺要求,分为高、中、低小库,组合成加气站储气系统,以满足储气工艺的需要。这种储气装置安全可靠,使用方便,建设时可统一规划,分步实施,有利于降低加气站建设成本,国内外加气站普遍使用。不足是气瓶组有较多的接头使得泄漏点多,系统阻力较大,供气规模不能太大。

　　储气罐:储气罐是目前使用较多的储气装置,储气容积有2m3、3m3、4m3几种。该储气装置的优点是接头少,储气系统泄漏点少,使用起来安全可靠,输供气时系统阻力小。不足是耗钢材较多,容器制作要求较高。

　　储气井:储气井目前常用的有两种方式。一种是利用石油钻井使用的进口的N80钢套在地下打井后,按其固井工艺将套管固定好而形成的储气装置:另外一种是将地面的储气罐置于储罐井中。地下储气的优点是储气装置占地少且地下储气相对地面上储气安全,不足是投资较大。

2.5　控制系统

　　加气站的控制系统包括:电源控制、压缩机组运行控制、储气控制(含优先顺序控制)、净化干燥控制、系统安全控制以及售气控制(包括顺序加气控制和自动收款系统)。大量使用自动控制设备,投资会有所增加,但是,运行维护人员配置数量、日常运行的费用均降低,同时还可以提高加气站的工作效率以及运行安全与可靠程度。

3　CNG汽车加气站建设的建议

3.1　整体规划,分期建设

　　在城市总体规划的基础上,对CNG汽车加气站做出整体规划,合理布置建站位置、规模、数量。在整体规划的基础

第16卷第4期　　　　　　　　　　杨高峰:CNG加气站设计中几个问题的探讨　　　　　　　　　　　　　　　43上分期、分批进行建设。逐渐形成一个合理高效的CNG汽车加气站网络,方便用户的使用。同时要符合环境保护和防火安全的要求。

3.2　加大宣传开发力度,合理选择用户

　　CNG汽车在国内一些大城市如北京、重庆等已有越来越广泛的应用,但在大多中小城市的使用才刚刚起步。因此应加大宣传力度,让人们充分认识到CNG汽车的优点,尤其是在价格上让用户接受。在车辆改造上,首先选择经常在市区行驶、使用频率高、年行驶里程长,在使用期内能迅速收回投资,且有一定经济效益的车辆。如公交车辆、出租车等,然后逐渐拓展市场。参考文献

[1](GB50156-2002).汽车加油加气站设计与施工规范[S].[2](GB50028-93).城镇燃气设计规范[S].

DesignofCNGfillingstation

YANGGao2feng

(PingdingshanInstituteofTechnology,Pingdingshan467001,China)

Abstract:Thispaperprobesintosomeimportantpointsofdesign,experienceandsuggestionsonautomobileCNGfillingstationdesign,whichisexpectedtomakereferencetothebuildingofautomobileCNGfillingstation.Keywords:CNGautomobile;fillingstation;technologicalprocess(上接第40页)

　　⑷本装置以功率因数作为控制参量,在轻载、空载时可使电动机获得最佳的运行特性,且节电效果显著,负载越轻,节电效果越明显;

　　⑸以转速作为辅助控制参量,其目的是保证电动机安全运行,在负载加重时及时提高输出电压,使电动机在新的负载条件下达到新的平衡,实现实时负载调节。

Loadregulationcontroldevicesofacertainelectromotor

LICheng2jie,ZHENGGuang2xiang

(PingdingshanIndustrialTechnologicalCollege,Pingdingshan467001,China)

Abstract:AprogramcontrolledbytheMCUcoreofthemotorloadregulationcontroldevicesisintroduced.Ittookasynchronousmotorpowerfactorasthecontrolparameterandrotatespeedasacomplementaryparameter,guaranteeingthemotorundernormalworkingcon2ditions,toregulateandcontroltheelectricalpoweroutput,loaditwiththematchforenergy-savingpurposes.Keywords:motor;loadregulation;control;energy-saving