压缩天然气加气站设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上第1章CNG加气站的主要形式1.1CNG加气母站通常建在城市门站、储配站或高一中压调压站内，以利于天然气流量和压力达到要求。天然气经过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机被压缩到25MPa，通过加气柱给CNG气瓶车加气，或通过顺序控制盘及储气井(瓶)直接给CNG汽车加气。加气母站的主要设备有计量稳压装置、脱硫脱水装置、缓冲罐、橇装压缩机组、加气柱、顺序控制盘、储气井(瓶)、加气机等。1.2CNG加气子站通常建在车流量较大的中心城区周边，以CNG气瓶车从CNG加气母站运来的CNG作为原料气。气瓶车中的CNG通过卸气柱，经橇装压缩机增压至25MPa，通过顺序控制盘分别进入高、中、

2、低压储气井(瓶)。当高、中、低压储气井(瓶)的压力全部达到25MPa时，橇装压缩机自动停机。高、中、低压储气井(瓶)中的天然气由加气机控制并自动给CNG汽车加气。当储气井(瓶)的压力接近20MPa时，橇装压缩机启动向储气井(瓶)补气，在补气过程中，如遇车辆加气，顺序控制盘自动切换，优先向汽车加气。CNG加气子站的主要设备有CNG气瓶车、卸气柱、橇装压缩机、顺序控制盘、储气井(瓶)、加气机等。1.3CNG加气标准站通常建在市区内，以城区管网的天然气作为原料气。天然气经过脱硫、脱水等工艺，进入橇装压缩机被压缩到25MPa，经过顺序控制盘进入储气井(瓶)储存或通过加气机给CNG汽车加气。加气标准站的

3、主要设备有计量稳压装置、脱硫脱水装置、缓冲罐、橇装压缩机组、顺序控制盘、储气井(瓶)、加气机等。第2章合建站的要求及形式2.1 合建站的要求  汽车加油加气站设计与施工规范(2006年版)GB 501562002第3.0.7条规定，加油和压缩天然气加气合建站的等级划分见表1。表1 加油和压缩天然气加气合建站的等级划分2级别油品储罐容积/m3管道供气加气站储气设施总容积/m3加气子站储气设施总容积/m3总容积单罐容积一级61100501218二级6030注：柴油罐容积可折半计入油罐总容积。   汽车加油加气站设计与施工规范(2006年版

4、)GB 501562002第4.0.2条规定，在城市建成区内不应建一级加油站、一级液化石油气加气站和一级加油加气合建站。因此，在城区内已建成的加油站内增加建设CNG加气站，只能建设二级加油和压缩天然气加气合建站。并且，合建站中的CNG加气标准站的储气设施总容积不得大于12m3，CNG加气子站的储气设施总容积不得大于18m3。此外，汽车加油加气站设计与施工规范(2006年版)GB 501562002第3.0.7条的条文说明指出，加气子站储气设施包括车载储气瓶和站内固定储气瓶(或储气井)。2.2 合建站的形式汽车加油加气站设计与施工规范(2006年版)GB 501562002规定，与加油

5、站合建的CNG加气站应是加气标准站或子站。CNG加气标准站是以城区管网的天然气作为原料气给CNG汽车加气，这种加气方式会导致城市用气高峰时管网压力降低，也会产生居民用气与汽车用气的矛盾。尤其在冬季，这种矛盾更为突出。因此，城区内与加油站合建的CNG加气站的主要形式为加气子站。    配备CNG气瓶车、卸气柱、活塞连杆式压缩机、储气井(瓶)、加气机等设备的CNG加气子站通常被称为常规CNG加气子站。.常规CNG加气予站中的CNG气瓶车的容积为18m3，已经等于规范规定的容积上限。如果采用常规CNG加气子站与加油站合建的方式，则要求CNG加气子站不能建设储气

6、井(瓶)。这种情况下，有车辆需要加气时，压缩机就必须启动，将CNG气瓶车中的天然气加压后给汽车加气。这样必然造成压缩机频繁启动，影响压缩机的使用寿命。而且，常规CNG加气子站压缩机的电功率较高，导致加气站运营过程中的耗电成本很高。因此，常规CNG加气子站不宜与加油站合建。    目前，适宜与加油站合建的CNG加气子站有两种：一种为液压增压橇式CNG加气子站，另一种为液压压缩机式CNG加气子站。第3章合建站中CNG加气子站的设计3.1 液压增压橇式CNG加气子站液压增压橇式CNG加气子站是利用液压泵将一种特殊性质的液体加压至2022MPa，然后将

7、高压液体充入液压平推CNG气瓶车的储气钢瓶中，将钢瓶内的压缩天然气推出，再通过站内的单线双枪加气机把高压天然气充入CNG汽车的车载储气瓶内，达到给汽车加气的目的，不需采用其他增压设备1。3.1.1工艺流程液压平推CNG气瓶车从CNG加气母站运来CNG，通过快装接头及软管将高压进液管路、高压回液管路、压缩空气控制管路、CNG高压出气管路与液压增压橇连接。系统连接完毕后，首先启动气瓶车的液压顶升系统，将钢瓶角度升至10°的位置，打开相应的控制阀门，关闭放空阀门，检查无误后即可启动液压增压橇，开始给汽车加气。高压液压泵开始工作，PLC自动控制系统会打开一只钢瓶的进液阀门和出气阀门，将高压液

8、体介质注入这只钢瓶，保证液压平推CNG气瓶车的钢瓶内气体压力保持在2022MPa。CNG通过钢瓶出气口经CNG高压出气管路进入液压增压橇内的缓冲罐后，经高压管道输送至CNG加气机，给CNG汽车加气。当钢瓶中大约95%的CNG被液压介质推出后，PLC自动控制系统会发出指令关闭该钢瓶的进液阀门、出气阀门，打开回液阀门，利用钢瓶内余压将液体介质压回子站橇体内液压介质储罐中。间隔几秒后第二只钢瓶的进液阀门、出气阀门打开，液压介质开始充入，CNG被推出进入加气机给CNG汽车加气，而第一只钢瓶内的液体介质绝大部分返回储罐后，其回液阀自动关闭。由PLG自动控制系统控制进、回液阀门、出气阀门的启闭，依次控制切

9、换8只钢瓶顺序工作。设备运行时，除更换液压平推CNG气瓶车时由人工操作外，整套设备的所有动作均由PLC控制，无需人工干预。工艺流程见图1。 3.1.2主要设备液压增压橇式CNG加气子站主要设备见表2。表2 液压增压橇式CNG加气子站主要设备序号设备名称单位数量备注1液压增压橇台1成套供应，含PLC控制柜，自带卸气系统及控制气源装置2液压平推CNG气瓶车辆3 3加气机台4单线双枪   a. 液压增压橇   主要包括橇体、增压系统、液压介质储罐、液压介质、CNG缓冲罐。以上几部分均集成安装在橇体内，其主体框架

10、采用型钢制作，外涂防腐材料，并设有防爆风机、防爆接线箱、平开门以及防爆照明灯等。橇体内设有天然气泄漏检测探头，与设置在控制室的燃气报警系统相连，燃气报警系统与PLC控制系统连锁。当发生天然气泄漏并达到一定浓度时，报警系统发出声光报警，并切断设备电源，停止站内设备的运行，同时启动防爆风机。    增压系统主要包括油泵电机、高压泵、压力控制阀、高压管件等。增压系统通常配置2台油泵电机，电机采用防爆电机，单台功率为30kW。1台高压泵，其设计压力为25MPa，工作压力为2022MPa。   b. 卸气系统 &#

11、160; 卸气系统主要由1条高压进液管路、1条高压回液管路、1条CNG高压出气管路、压缩空气控制管路及管道快装接头组成。    c. 加气机    液压增压橇式加气子站所采用的加气机为单线双枪加气机，主要由流量计、微电脑控制售气装置和压缩天然气气路系统组成。    d. 液压平推CNG气瓶车    液压平推CNG气瓶车是在普通CNG气瓶车的基础上，对前舱、后舱的管阀件进行改造，增加了气动阀门、管件及连接高压软管等，是液压增压橇

12、式CNG加气子站的主要配套产品。   e. 控制气源装置   主要由空气压缩机、深度脱水设备、高精度除油过滤器等组合而成的橇体，它的作用是为控制系统提供干燥、洁净的压缩空气供气动执行器使用。3.1.3总平面设计根据加气子站的实际情况和生产工艺的需求，站区分为增压卸气区、加气区和站房(应与加油设施的站房一同考虑)。增压卸气区宜位于站区的一侧，主要设备包括气瓶车停车位和液压增压橇等。加气区宜位于站区另一侧，由加气机和加气罩棚等组成。加气区与增压卸气区之间应留出一定的空地供加气汽车使用，但距离不应大于20m。此外，加气区应靠近道路

13、，便于汽车加气。站房宜位于加气区后方，通常由值班室、办公室、综合营业厅、仪表配电间等组成。加气子站内的气瓶车固定停车位、液压增压橇、加气机等设备与站外建、构筑物的防火距离应满足汽车加油加气站设计与施工规范(2006年版)GB 501562002第4.0.7条的规定。站内设施之间及与加油设施、站内建、构筑物的防火距离应满足汽车加油加气站设计与施工规范(2006年版)GB 501562002第5.0.8条的规定。 3.1.4主要特点  a. 占地面积小：站内除停放CNG气瓶车的位置外，液压增压橇占地面积为11m2；控制室占地面积为10m2。综合考虑，整个加气子站占地面

14、积约1000m2。   b. 工艺设备少，工艺管道简单，施工方便，施工期短：站内除控制室与液压增压橇、加气机之间的电缆外，只有液压增压橇与加气机之间的1条工艺管道，施工非常简单。与已有加油站合建时，基本不需要增加占地，工期只需15天左右。   c. 压力稳定：加气子站的液压系统始终提供较高的压力给CNG，而CNG则始终在较高的工作压力下单线输出至加气机，故该系统能够提供比现有三线加气系统高且稳定的工作压力。   d. 节能效果好：液压增压橇的油泵电机功率只有30kW，系统总功

15、率小于70kW。与常规加气子站(压缩机电机功率110160kW)相比，节能效果明显，运行费用低，大大提高了经济效益。3.2液压压缩机式CNG加气子站 液压压缩机式CNG加气子站是利用液压压缩机从气瓶车中吸气，加压后通过站内的三线双枪加气机把高压天然气充入CNG汽车的车载储气瓶内，达到给汽车加气的目的。3.2.1工艺流程CNG气瓶车从CNG加气母站运来CNG，通过由CNG气瓶车、卸气柱、液压压缩机、控制系统、调压瓶组和加气机组成的加气系统给汽车加气。为了将压缩天然气快速充装给汽车，CNG气瓶车为低压管道供气，调压瓶组为中压管道供气，液压压缩机为高压管道供气。由控制系统通过PLC控制实现

16、三线快充。    加气时，先由CNG气瓶车直接向汽车充气；当压力低于设定值时，再由调压瓶组向汽车充气；如果仍不能将CNG汽车车载储气瓶充至20MPa，启动液压压缩机，由压缩机直接为CNG汽车充装。充装完毕，压缩机将调压瓶组充满，保证瓶组的压力。压缩机内部装有优先顺序控制系统，优先顺序控制系统采用加气机高中低压转换信号，与加气机同步控制。工艺流程见图2。    3.2.2 主要设备  主要工艺设备见表3。   a. 液压压缩机  

17、0;液压压缩机专门为压缩天然气及天然气的传输设计，采用液压传动原理，利用油压推动气缸内活塞做往复运动压缩天然气。机组主要由液压系统、主机系统、管道系统、冷却系统、气动控制系统和电气控制系统等部分组成。以上系统安装在橇装底座上，外部安装了具有隔声降噪、防火作用的防护罩。表3 液压压缩机式CNG加气子站主要设备序号设备名称单位数量备注1液压压缩机台1成套供应，含PLC控制柜2CNG气瓶车辆3 3卸气柱组1 4加气机台4三线双枪5调压瓶组组1瓶组总容积为1.12m3   液压系统为压缩机提供动力，主要由油泵电机组、油箱、集成阀块、各种液压附件及管道系

18、统组成。其中，油泵电机组是动力源，油箱是液压油的储存装置，集成阀块是执行机构。主机系统是天然气加压的容器空间，为双气缸两级压缩，分为一级气缸和二级气缸。气动控制系统用于控制压缩机顺序盘的阀门启闭，以实现压缩机在加气子站中取气气路的变换。冷却系统为风冷式，使用风冷机对液压油和天然气直接冷却。   b. 调压瓶组   调压瓶组总容积为1.12m3，工作压力为25MPa。调压瓶组与常规加气子站中的储气瓶组基本相同，但其功能是为了后期CNG气瓶车压力不足时，提高充装天然气的速度，不是用来储存气体的。   

19、; c. 加气机    液压压缩机式加气子站所采用的加气机为三线双枪加气机，配置与液压增压式加气子站的单线双枪加气机基本一致。   d. CNG气瓶车CNG气瓶车主要由集装管束组成。集装管束是由8只大容积高压钢瓶组成，钢瓶规格为+559mm×16.5mm，长为10975mm，单瓶容积为2.25m3，总容积为18m3，单车运输气量为4500m3。3.2.3 总平面设计   根据加气子站的实际情况和生产工艺的需求，站区分为压缩调压区、加气区和站房(应与加油设施的站房一起

20、考虑)。其中，压缩调压区包括橇装液压压缩机、卸气柱和调压瓶组以及气瓶车停车位。总平面布局基本与液压增压橇式加气子站的总平面布局相同。  3.2.4主要特点   a. 占地面积小：液压压缩机式加气子站没有储气井、放散管及排污罐等设备，减小了加气子站的用地。整个加气子站占地面积约1200m2。    b. 压缩机电机功率相对较小，效率高：平均排量为1000m3/h的活塞连杆式压缩机，电机功率约为110160kW。而平均排量为1400m3/h的液压式压缩机，电机功率只有70kW，这就大大减少了加气子站的运行成本

21、。    c. 压缩机气缸活塞由液压系统驱动，振动小，工作寿命长：活塞连杆式压缩机的结构复杂，转动摩擦部件多。这些部件始终在较大的负荷下工作，会产生较大磨损。而且活塞连杆机构的往复惯性运动会给电机一个动载荷，影响电机工作寿命。    液压压缩机采用液压驱动，由高压油泵泵出的液压油推动活塞压缩气体。这种压缩方式没有转动摩擦部件，由电机带动高压油泵再作用于压缩缸体，电机负荷平稳，工作状况平稳，大大延长了压缩缸体与电机的工作寿命。    d. 无油润滑结构设计：活塞连杆式的压缩机因

22、其结构特点和机械强度的原因，往往设计成多缸式，一般采用对称布置。由于转动部件多，一般采用具有一定压力的油润滑系统，以便提高其使用寿命。而液压压缩机的压缩缸采用无油润滑结构设计，油类介质不会混入天然气中。3.3两种CNG加气子站的比较及适用条件     液压增压橇式CNG加气子站的主要设备为液压增压橇、加气机和液压平推CNG气瓶车。液压增压橇与液压平推CNG气瓶车利用专用软管相连，液压增压橇与加气机之间采用单路CNG不锈钢管道相连。而液压压缩机式CNG加气子站的主要设备为液压压缩机、卸气柱、调压瓶组、加气机和CNG气瓶车。CNG气瓶车与卸气柱、压缩机采用单

23、路CNG不锈钢管道相连，压缩机、调压瓶组与加气机利用三路CNG不锈钢管道相连。   3.3.1 工程造价比较    CNG加气子站的工程造价主要包括土建造价、设备造价(含安装费)等。土建造价主要是指站房、路面、设备基础、围墙及管沟等项目的造价。液压增压橇式CNG加气子站与液压压缩机式CNG加气子站的土建造价基本相同。两种CNG加气子站的工程造价的差异主要体现在设备造价上。    a. 液压增压式CNG加气子站计入工程造价的设备有液压平推CNG气瓶车、液压增压橇、单线加气机及变配电设备。

24、加气子站按配置3辆液压平推CNG气瓶车考虑，造价约为360×104元；1台液压增压橇(规格为1500m3/h)，造价约为120×104元；4台单线加气机，造价约52×104元；1套变配电设备，造价约15×104元。因此，液压增压橇式CNG加气子站的工程造价合计约为547×104元。    b. 液压压缩机式CNG加气子站计入工程造价的设备有CNG气瓶车、液压式压缩机、卸气柱、三线加气机、调压瓶组及变配电设备。加气子站按配置3辆CNG气瓶车考虑，造价约为300×104元；1台液压压缩机(规格为1380m3/h)，造价约为140×104元；1组卸气柱，造价约19×104元；4台三线加气机，造价约64×104元；1组调压瓶组，造价约为7×104元；1套变配电设备，造价约22×104元。因此，液压压缩机式CNG加气子站的工程造价合计约为552×104元。    由以上分析可知，两种CNG加气子站的设备造价基本相同，