CNG加气站安全技术

主讲:董事尔教授E-mail：ds_xyz@1

目录21天然气汽车开展现状1.1概述表1-1世界主要国家CNG汽车数量及加气站数国家CNG汽车数（万辆）CNG加气站数（座）阿根廷40.1531意大利29284俄罗斯20.5187美国6.58491102新西兰2.5190加拿大1.722120巴西1.439其它2.8801319合计104.6870277231天然气汽车开展现状1.2天然气汽车的种类天然气汽车是指以天然气作为燃料的汽车，按照压力及形态，可分为：〔1〕低压气囊式天然气汽车。它是指天然气以低压方式充装于汽车顶部的气囊内，直接供给内燃机燃烧，该种充装方式目前已根本上淘汰了。英文缩写为NGV。〔2〕压缩天然气汽车。天然气压缩至20MPa，储存于汽车用压缩天然气钢瓶中，经减压后供给内燃机。目前的天然气汽车根本上指的都是压缩天然气汽车。英文缩写为CNGV。41天然气汽车开展现状天然气概念车〔德国〕Opel新车〔德国〕

51天然气汽车开展现状61天然气汽车开展现状71天然气汽车开展现状81天然气汽车开展现状91天然气汽车开展现状目前我国的天然气工业存在着供需之间地域的矛盾，即天然气产地多在四川及西北等内陆地区，而对天然气需求较大的却在东部和东南沿海等经济兴旺地区。而天然气管道的运输在我国又是一个薄弱环节。国家的远景规划是将在2021年建成3条国内的及2条国际的天然气管道，以期从俄罗斯及土库曼斯坦进口天然气。近期我国南部地区还将引进LNG。2004年11月11日，在重庆举办的绿色环保汽车展上，展示了一辆液化天然气汽车。10111天然气汽车开展现状1.3用天然气替代汽〔柴〕油的优点〔1〕污染少据统计，目前各大城市汽车尾气排放是造成城市空气污染的主要原因，它占了空气污染源总量的60%以上，将汽车燃料由汽〔柴〕油改为天然气后，尾气污染会明显减少。与汽油相比，天然气汽车尾气中，CO减少97%，HC减少72%，NOX减少39%，CO2减少24%，SO2减少90%，汽车噪音亦可降低40%，可以说，天然气是汽车最正确的清洁燃料。〔2〕运行费用低按汽油4元/kg，天然气1.5元/m3计，表2是二种汽车燃料的运行价格比。由表2可见，天然气汽车与汽油汽车相比较，可节省费用约0.47元/km。假设将汽油车改装为双燃料汽车所需费用为6000～10000元/辆，正常运行情况下，6～12个月即可收回改装费用。121天然气汽车开展现状燃料热值价格运行里程运行价汽油43953（kJ/kg）4元/kg4.77km/kg0.84（元/km）天然气44688（kJ/m3）1.5元/m34.1km/m30.37（元/km）132CNG加气站概述142CNG加油加气站概述152CNG加油加气站概述2.3天然气加气站简介天然气加气站一般分为三个根本类型，即快速充装型，普通〔慢速〕充装及两者的混合型。常见的为快速充装型。天然气加气站〔快速充装站〕是指以压缩天然气〔CNG〕形式向天然气汽车〔NGV〕和大型CNGMPa压缩到25MPa，最后通过售气机给车辆加气。一个典型的快速充装站所需的设备包括天然气压缩机，高压钢瓶组〔或高压储气球或高压储气井〕，控制阀门及加气机等，辅肋设备包括一种单塔型无胶粘剂的可再生分子筛枯燥器及流量计。16图2-1a成都新华CNG加气站图2-1b富顺CNG加气站

图2-1c自贡双塘CNG加气站图2-1dCNG加气母站〔北京〕2CNG加油加气站概述172CNG加油加气站概述2.3.1天然气质量引入加气站的天然气质量不得低于现行国家标准?天然气?〔GB17820〕的Ⅱ类气质指标，汽车用天然气质量应符合现行国家标准?车用压缩天然气?的规定。2.3.2系统组成天然气加气站由天然气引入站管道和脱硫、脱水、调压、计量、压缩、贮存、加气等主要生产工艺系统及循环冷却水、废润滑油回收、冷凝处理、供电、供水等辅助生产工艺系统组成，可分为贮存加压生产区和加气营业辅助区。贮存加压生产区：内设天然气压缩机房〔含天然气过滤、调压、计量、压缩脱水装置和储气瓶库、天然气压缩机冷却系统〕。加气营业辅助区：设①加注区〔含天然气加气岛〕。②营业站房〔含营业室、财务室、值班室、办公室、仪表总控制室等〕。③综合辅助用房〔含上下压变配电室、消防水系统等〕。182CNG加油加气站概述2.3.3加气系统流程来站天然气经过滤、调压计量后经缓冲稳压后进入压缩机，天然气压缩机将天然气压缩加压至25MPa进入高压脱水装置除去剩余水分，脱水后经程序控制器选择安排，进高压储气瓶组或高压储气管束，分不同压力储气，不同高压天然气又在程序售气控制器下经天然气售气机向燃气汽车售气。当高压储气系统存气缺乏时，经程序控制器天然气可经压缩机加压直接供给售气机，经计量向燃气汽车售气。加气系统流程见图2.3192CNG加油加气站概述图2.3加气站系统流程示意图

203CNG加气站的一般规定213CNG加气站的一般规定223CNG加气站的一般规定3.4加油和压缩天然气加气合建站的等级划分新标准?汽车加油加气站设计与施工标准?〔GB50156-2002〕中，对于加油加气合建站，分为两级，需符合下表的规定。表3-1加油和压缩天然气加气合建站的等级划分级别油品储罐容积（m3）

压缩天然气储气设施总容积（m3）

总容积单罐容积一级61～100≤50≤12

二级≤60≤30注：柴油罐容积可折半计入油罐总容积。

234CNG加气工艺及设施244CNG加气工艺及设施项目技术指标试验方法高位发热量（MJ/m3）＞31.4GB/T11062总硫（以硫计）（mg/m3）≤200GB/T11061硫化氢（mg/m3）≤15GB/T11060.1二氧化碳yCO2（%）≤3.0GB/T13610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，不应高于-13℃；当最低气温低于-8℃，应比最低气温低5℃GB/T17283注：1、气体体积为在101.325kPa、20℃状态下的体积。2、压缩天然气中固体颗粒直径应小于5。3、压缩天然气应有可察觉的臭味。加臭剂的最小量应符合当天然气泄漏到空气中，达到爆炸下限的20%浓度时，应能察觉。加臭剂可用具有明显臭味的硫酸、硫醚或其它含硫有机化合物配置。

254CNG加气工艺及设施〔2〕天然气进站管道上宜设置调压装置。进站管道设置调压装置以适应压缩机工况变化需要，满足压缩机的吸入压力，平稳供气，并防止超压，保证运行平安。〔3〕天然气进站管道上应设计量装置，计量装置的设置应符合以下规定：①天然气流量采用标准孔板计量时，应符台国家现行标准?天然气流量的标准孔板计量方法?SY/T6143中的有关规定，其流量计量系统不确定度，不应低于1.5级。②体积流量计量的基准状态为：压力101.325kPa，温度20℃。〔4〕加气站内的设备及管道，凡经增压、输送、储存需显示压力的地方，均应设压力测点，并应设供压力表拆卸时高压气体泄压的平安泄气孔。压力表量程范围应为2倍工作压力，压力表的准确度不应低于1.5级。264CNG加气工艺及设施274CNG加气工艺及设施图4-1W型系列压缩机〔成都天然气压缩机厂〕284CNG加气工艺及设施294CNG加气工艺及设施304CNG加气工艺及设施31图4-2诺凯系列高压储气钢瓶组〔韩国〕324CNG加气工艺及设施334CNG加气工艺及设施344CNG加气工艺及设施CNG地下储气井现已成为国内CNG加气站首选储气系统。4-3c储气井示意图4-3dCNG地下储气井工艺流程图354CNG加气工艺及设施364CNG加气工艺及设施在新标准?汽车加油加气站设计与施工标准?〔GB50156-2002〕中，对于加气站的压缩天然气的储存，有以下一些规定。〔1〕储气设施的工作压力〔气站标准为：最大允许充装压力〕应为25MPa，其设计温度应满足环境温度要求。〔2〕储气瓶应选用符合国家有关规定和标准的产品。〔3〕加气站宜选用同一种规格型号的大容积储气瓶。中选用小容积储气瓶时，每组储气瓶的总容积不宜大于4m3，且瓶数不宜大于60个。目前我国加气站采用较多的是国产60L钢瓶，每组储气瓶总容积约为4m3〔约储天然气1000Nm3〕，60L瓶66个。限量是为了减少事故风险度。日本多采用250L、400L瓶；美国CPI公司DOT标准瓶3AAX-2400型DN559mm，L=5.33～12.19m，容积V=1076～2577L，重量1118～2547kg。374CNG加气工艺及设施384CNG加气工艺及设施4.4汽车用压缩天然气钢瓶简介压缩气瓶有钢瓶、环向缠绕复合材料的钢瓶和全复合材料气瓶3种，目前只有钢瓶有统一的国家标准，即?汽车用压缩天然气钢瓶?GB17258－1998。简要介绍如下：〔1〕车用压缩天然气钢瓶车用压缩天然气钢瓶主要用于长期固定安装在汽车上盛装压缩天然气燃料，容积有30L、40L。、50L、60L、70L、80L、90L、100L、120L。具有压力高、容量大、质量轻、平安可靠等优点。主要用于各大、中城市的出租车、中巴车、公交车、环卫车等。39图4-4车用压缩天然气钢瓶

404CNG加气工艺及设施414CNG加气工艺及设施〔3〕车用压缩天然气全缠绕复合材料气瓶钢瓶和环向缠绕复合材料的钢瓶，自身重量大，用于大型车辆上，与车体重、载物重比较，气瓶重量微缺乏道，但用在小型车辆上〔小轿车、出租车〕，气瓶重量就会影响车体的重心，与载物重相比，气瓶重量就占取了一定的比例，假设减小气瓶的自重，气瓶容积相应变小，气瓶充气量减少，因而汽车行驶的路程就会减少。全复合材料气瓶目前还没有统一标准，也还未批量生产，车用压缩天然气全复合材料气瓶具有如下优点：①采用低密度、高性能的非金属材料－－塑料作为内胆，以低密度、高性能的复合材料作结构层，气瓶外包覆有保护层的全复合材料，所以气瓶本身重量轻，且内胆制造工艺简单，一次成型，降低了生产本钱。②在制造上采用了环氧树脂、中温固化配方，湿法缠绕成型工艺。环氧树脂性能良好，价格廉价；中温固化，节约能源；湿法缠绕与干法缠绕相比，减少了一道工序，提高了生产效率，降低了生产本钱。424CNG加气工艺及设施图4-7车用压缩天然气全缠绕复合材料气瓶〔北京〕434CNG加气工艺及设施4.5压缩天然气加气机为防止压缩机频繁启动及在不需要进行充气时提供气源，CNG加气站需设有储气装置。典型的设计是储气系统和售气系统通过优先顺序控制盘的顺序来实现高效充气和快速加气。通常加气站采用分级储存方式，将储气瓶纽分为高压、中压和低压瓶组，由优先顺序控制盘对其充气和取气过程进行自动控制。充气时：先向高压组充气，当高压组的压力上升到一定位时，中压组开始充气，等到中压组压力上升到一定值时，低压组外始充气，随后三组气瓶一起充气，上升到最大储气压力后停止充气。取气时：先从低压组取气，当低压组的压力下降到一定值时，开始从中压组取气，等到中压组压力下降到一定值时，开始从高压组取气，随店从三组气瓶一起取气，直到三组储气瓶中的压力下降到车载气瓶的最高储气压力相等时，停止取气。444CNG加气工艺及设施〔1〕加气机不得设在室内。〔2〕加气机的数且应根据加气汽车数量、每辆汽车加气时间4～6min计算确定。CNG加气一般分为两种，即快充气与慢充气。由北京长空机械有限责任公司生产的长空牌加气机，是国内目前最好的国产加气机。采用了目前世界上最先进的CNG专用质量流量计；由微机控制器控制，能自动显示加气量及加气金额；具有金额预置、气量预制多种加气模式；当加满气时，具有自动停机功能；可以复显最近四次的加气数据，以备查验；可以统计当班加气累计数值和汇总累计数值；具有自动检测故障功能，能自动显示故障代码；在充气过程中能直接显示压力和和流量；当管道压力漏失、超压或溢流时能自动关机；输气软管装有可恢复拉断保护装置；可以同任何进口压缩机相配套〔模块化接入PLC中的ESD系统〕；454CNG加气工艺及设施〔3〕加气机应具有充装与计量功能，并应符合以下规定：①加气机额定工作压力应为20MPa。②气机加气流量不应大于0.25m3/min〔工作状态〕。③加气机应设平安限压装置。④加气机计量准确度不应低于1.0级。⑤加气量计量应以立方米为计量单位，最小分度值应为0.lm3。⑥加气量计量应进行压力、温度铰正，并换算成基准状态。⑦在寒冷地区应选用适合当地环境温度条件的加气机。⑧加气机的进气管道上宜设置防撞事故自动切断阀。图4-5长空加气机464CNG加气工艺及设施47图4-6储气瓶组与加气枪间阀门设置示意图1—储气瓶组〔储气井〕；2储气瓶组〔储气井〕截断阀；3一主截断阀；4—输气管道；5—紧急截断阀；6—供气软管；7—加气截断阀；8—加气枪484CNG加气工艺及设施4.7压缩天然气管道及其组成件〔1〕增压前的天然气管道应选用无缝钢管，并应符合现行国家标准?输送流体用无缝钢管?GB8163的有关规定。增压后的天然气管道应选用高压无缝钢管，并应符合现行国家标准?高压锅炉用无缝钢管?GB5310或?不锈钢无缝钢管?GB/T4976的有关规定。加气站用输气管道的选择除应根据增压前后的压力选用符合条文规定的管材，对压力低的管道〔如压力小于4.0MPa〕可选用GB8163中的无缝钢管，对压力较高者应选用符合GB5310或GB/T14976的管子，对北方寒冷地区的室外架空管道选材还应考虑低温影响。〔2〕加气站内的所有设备、阀门、管道、管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平安阀的定压。494CNG加气工艺及设施505加气站平安根本知识515加气站平安根本知识525加气站平安根本知识5.1.2天然气知识及其危险特性〔1〕天然气的应用天然气是指在不同地质条件下生成、远移、并以一定压力储集在地下构造中的气体。我国天然气储量丰富，资源辽阔，但在石油能源中消费的比例仅占到2%，与兴旺国家能源消费中所占22%的比例相比相差甚远。〔2〕天然气的化学组成天然气是从油气田开采得到的可燃性气体，其主要成分是甲烷，甲烷含量一般高于90%，其次是乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷等气态烃类。天然气的非烃类气体有硫化氢、二氧化碳、氢气、氮气以及极少量的硫醇、硫醚、二硫化碳等有机硫化合物。535加气站平安根本知识天然气可分为气层气、半生气和凝析气三种。气层气也称气田气，是指在地层个呈气态单独存在，开采到地而后仍为气态的天然气。伴生气也称油田气，是指溶解在原油中或者呈气态与原油共存，随原油同时被采出的天然气。伴生气的甲烷含量一般约占65%～80%，此外还有相当数量的乙烷、丙烷、丁烷等烃类。凝折气是指在地层的原始条件下呈气态存在，在开采过程中由干压力降低而凝结出一些液体烃类的天然气。凝析气的组成大致和伴生气相似，但是它的戊烷、己烷等烃类含量比伴生气要多，一般经别离后可以得到天然汽油甚至轻柴油产品。天然气又有干气、湿气之分。一般来说，含90%以上甲烷的天然气称为干气或贫气；甲烷含量低于90%，而乙烷、丙烷等烃类含量高于10%的那么称为湿气或富气。545加气站平安根本知识5556576.2.2加强可燃介质系统的密闭性为了防止易燃气体和易燃液体的蒸气与空气形成爆炸性混合物，应设法使易燃气体和易燃液体的设备或容器尽可能密闭，对于具有压力的设备，更应注意它的密闭性，以防止易燃气体逸出与空气形成爆炸性混合物。加气站采用燃气回收系统，可大大减少燃气散发量，对平安非常有利。为保证设备的密闭性，对危险设备及系统应尽量少用法兰连接，但要保证安装检修方便；输送危险气体、液体的管道应采用无缝钢管。加压设备，在投产前和定期检查后应检查密闭性和耐压程度；所有压缩机、泵、导管、阀门、法兰接头等容易漏油、漏气部位应经常检查；填料如有损坏应立即调换，以防渗漏；设备在运转中也应经常检查气密情况，操作压力必须严格控制，不允许超压运转。586.2.3注意通风排气要使设备完全密封是有困难的，尽管已经考虑得很周到，但总会有局部蒸气、气体泄漏到设备外。因此，对设置有易燃可燃介质设备的房间必须采取通风排气措施，以防止泄漏的可燃物含量到达爆炸下限。对通风排气的要求，一般是使室内可燃气体浓度低于该易燃可燃介质爆炸下限的1/4。加油加气站内，爆炸危险区域内的房间应采取通风措施，通风措施的设置应符合?汽车加油加气站设计与施工标准?GB50156－2002的规定。对局部通风应注意气体或蒸气的密度。密度比空气大的要防止可能在低洼处积聚；密度轻的要防止在高处死角上积聚，有时即使是少量也会使房间局部空间可燃气体浓度到达爆炸极限。设备的一切排气管〔放气管〕都应伸出屋外，高出附近屋顶。排气管不应造成负压，也不应堵塞。5960616263646566672.防雷装置。一套完整的防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置。〔1〕接闪器。接闪器又称受雷器，是直接接受雷电的金属构件。避雷针一般采用镀锌圆钢或镀锌钢管做成。针长1m以下者，圆钢直径12mm，钢管直径20mm；针长1～2m者，圆钢直径地mm，钢管直径25mm。避雷针所用材料应能满足机械强度和耐腐蚀要求，有足够的热稳定性，以能承受雷电流的热破坏作用。〔2〕引下线。引下线上接接闪器，下接接地装置，将雷电流自接闪器导人接地装置。引下线国内一般采用圆钢或扁钢制作。圆钢直径不小于5mm，扁钢厚度不小于4mm，截面积不小于48mm2。如用钢绞线做引下线，其截面积不小于25mm2。国外工程需用铜质材料。〔3〕接地装置。接地装置用来向大地泄放雷电流，它包括接地极和接地线两个局部。接地极通常用长度为2.5m的50×50×5的角钢〔或50mm钢管〕做成，上端埋深0.7m。连接各接地极的干线一般是采用40×4mm2的扁钢做成，用25×4mm2扁钢连接地面设备。68697加油加气站消防设施707加油加气站消防设施717加油加气站消防设施727加油加气站消防设施737加油加气站消防设施747加油