CNG加氣子站的工藝設(shè)計

摘 要

介紹了CNG加氣子站的工藝流程、各部分工藝及主要設(shè)備。
摘要：介紹了CNG加氣子站的工藝流程、各部分工藝及主要設(shè)備。
關(guān)鍵詞：加氣子站；橇裝式壓縮機(jī)；工藝流程
Process Design of CNG Filling Substation
WU Hong-hua
Abstract：The process flow，partial processes and main equipment of CNG filling substation are introdueed.
Key words：gas filling substation；skid-mounted compressor；process flow
1 CNG加氣子站工藝流程
   CNG加氣子站工藝流程見圖1。CNG加氣子站由計量、凈化、壓縮、儲氣、售氣5個子系統(tǒng)組成，CNG加氣子站的結(jié)構(gòu)有廠房式結(jié)構(gòu)和橇裝式結(jié)構(gòu)。廠房式結(jié)構(gòu)是指將加氣子站所有設(shè)備分別安裝在廠房內(nèi)，并按工藝流程順序用管道和各種閥門將這些設(shè)備連接起來。這種結(jié)構(gòu)造價低，便于維修，但自動化程度低，基本上是手工或半自動化操作。橇裝式結(jié)構(gòu)即加氣子站主要設(shè)備安裝在一個橇架上，控制系統(tǒng)單獨安裝在控制室內(nèi)，橇裝式壓縮機(jī)可在工廠內(nèi)完成制造、調(diào)試工作，運輸和安裝方便。這種結(jié)構(gòu)占地面積小，需要操作人員少，安全可靠性高，基本實現(xiàn)自動化，建成后運行管理方便，實際管理費用相對較低，但造價相對較高。目前，多數(shù)加氣子站采用橇裝式結(jié)構(gòu)。
 
儲氣瓶拖車(以下簡稱拖車)中的天然氣進(jìn)入加氣子站后，經(jīng)計量、加壓、儲存、充裝等環(huán)節(jié)，最后給CNG汽車瓶組加氣。在一些無固定清潔壓縮天然氣氣源的CNG加氣子站，還有必要設(shè)置脫硫、脫水裝置。加氣子站控制系統(tǒng)利用預(yù)設(shè)的順序控制程序，動態(tài)控制整個加氣子站的加氣過程，壓縮機(jī)系統(tǒng)的可編程控制器(英文簡稱PLC)進(jìn)行信號采集、故障診斷、故障顯示、優(yōu)先順序控制、順序啟動或停機(jī)等全過程管理。拖車的天然氣可直接經(jīng)旁通管給汽車加氣，或經(jīng)增壓后進(jìn)入站內(nèi)儲氣瓶組或儲氣井，中、高壓兩級儲氣瓶組或儲氣井在控制系統(tǒng)的指揮下依次給加氣機(jī)的中壓和高壓管道供氣，直到汽車加氣結(jié)束(一般是汽車瓶組達(dá)到設(shè)計的充裝壓力，即20MPa時，此次加氣結(jié)束)。
2 儲氣系統(tǒng)
    加氣子站內(nèi)壓縮天然氣的儲存設(shè)施宜選用儲氣瓶組或儲氣井[1]，本工藝采用儲氣井。儲氣瓶組的容積既要考慮汽車瓶組的加氣量，又必須和壓縮機(jī)的排氣量相匹配。過小的儲氣瓶組容積，會造成壓縮機(jī)頻繁啟動，影響壓縮機(jī)的使用壽命；過大的儲氣瓶組容積，雖然在加氣高峰時可以和壓縮機(jī)一起解決氣量不足的問題，但是隨著儲氣容積的增大，每次壓縮機(jī)充滿儲氣瓶組的時間會大大延長，往往儲氣瓶組壓力還沒有達(dá)到20MPa就需要給汽車加氣，僅使用儲氣瓶組不能給汽車瓶組加至20MPa，為給汽車瓶組加滿氣就必須改由壓縮機(jī)加氣，從而造成儲氣容積的浪費。因此儲氣瓶組的容積應(yīng)經(jīng)過仔細(xì)測算后確定[2]。根據(jù)經(jīng)驗，通過編組方法可提高加氣效率，將儲氣瓶組分為高、中、低壓3組，儲氣瓶數(shù)量比例以1：2：3較好。當(dāng)壓縮機(jī)向儲氣瓶組充氣時，應(yīng)按高、中、低壓的順序進(jìn)行；當(dāng)儲氣瓶組向汽車加氣時，應(yīng)按低、中、高壓的順序進(jìn)行。
    儲氣井技術(shù)經(jīng)過逾10年的開發(fā)研究和應(yīng)用，已基本趨于成熟完善，以其安全性高、占地面積小、經(jīng)濟(jì)性好，被廣泛應(yīng)用于CNG加氣子站[3]。根據(jù)儲氣井的工作環(huán)境及工作特點，應(yīng)符合GB 50156—2002《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》和SY/T 6535—2002《高壓氣地下儲氣井》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。儲氣井井筒專用套管必須選用無縫鋼管，應(yīng)符合GB 8163—1999《輸送流體用無縫鋼管》的要求。儲氣井單井容積2～8m3，設(shè)進(jìn)、排氣口、檢修閥、排污閥、壓力表、排液管等。儲氣井井底用井底封頭堵死，井口采用特制井口封頭封堵。儲氣井工作壓力為25MPa。
3 壓縮系統(tǒng)
    壓縮系統(tǒng)是加氣子站的核心部分，橇裝式壓縮機(jī)包括：壓縮機(jī)系統(tǒng)、防爆驅(qū)動電機(jī)、過濾分離系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、儀表及控制系統(tǒng)、隔音防護(hù)罩等，控制系統(tǒng)單獨安裝在控制室內(nèi)，其他設(shè)備安裝在一個橇架上。
    橇裝式壓縮機(jī)以拖車的儲氣瓶組作為低壓儲氣瓶組，站內(nèi)儲氣井只設(shè)中、高壓儲氣井。當(dāng)給汽車加氣時，若拖車儲氣瓶的天然氣壓力大于設(shè)定壓力，則天然氣通過旁通管直接流向汽車瓶組，直充氣體流速下降到設(shè)定值時，自動切換到中、高壓儲氣井為汽車加氣。若中、高壓儲氣井的天然氣壓力小于設(shè)定壓力，則壓縮機(jī)啟動，此時天然氣進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行一級增壓，冷卻后進(jìn)入二級增壓，再冷卻后進(jìn)入儲氣井充氣，當(dāng)儲氣井壓力至25MPa時停機(jī)。停機(jī)時一、二級增壓的氣缸連通，起平衡卸壓作用。在此過程中，管道中溫度傳感器及壓力傳感器均監(jiān)測相應(yīng)點的溫度、壓力，適時發(fā)出報警信號，壓力超過限制值時放散，緊急狀態(tài)時停機(jī)。
   ① 壓縮機(jī)系統(tǒng)
   壓縮機(jī)有V形、W形、L形、X形、立式和對稱平衡式等多種型號，加氣子站壓縮機(jī)的選型及數(shù)量應(yīng)根據(jù)加氣子站進(jìn)出站天然氣壓力、總加氣能力和加氣的工作特征確定。為方便維修及運行管理，加氣機(jī)可選一用一備。
   ② 動力系統(tǒng)
   壓縮機(jī)動力來源宜選用電機(jī)，電機(jī)有過載保護(hù)及低壓保護(hù)，并帶有自動和手動復(fù)位裝置。目前，多選用軟啟動方式的電機(jī)，其具有短路、過載、過流、缺相、電機(jī)堵轉(zhuǎn)和欠載保護(hù)功能。
   ③ 壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)
   CNG加氣子站的設(shè)備是在易燃、易爆、高壓的環(huán)境中運行，設(shè)備的自動化水平直接決定了加氣子站的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性。目前，較先進(jìn)的壓縮機(jī)系統(tǒng)實行高度自動化的控制管理，以PLC為核心，采用電機(jī)軟啟動；系統(tǒng)油壓、電流、溫度、氣壓自動監(jiān)控，自動排污，配置PLC自動順序充氣控制系統(tǒng)。所有的電氣控制裝置都放在電機(jī)控制中心(英文簡稱MCC)內(nèi)，MCC柜和PLC控制柜放在非危險區(qū)的控制室內(nèi)。
   ④ 冷卻系統(tǒng)
   氣體經(jīng)壓縮后溫度升高，為了改善后一級壓縮機(jī)氣缸的工作條件，氣體必須經(jīng)冷卻器冷卻，達(dá)到降低后一級壓縮機(jī)氣缸進(jìn)口氣體溫度的目的。系統(tǒng)所有氣缸均需冷卻處理，使壓縮過程中產(chǎn)生的部分熱量被冷卻水帶走，以改善缸體的受熱狀況。冷卻器安裝在橇架上。冷卻水由供水總管引入，經(jīng)支管進(jìn)入壓縮機(jī)各級氣缸水夾套、各級冷卻器及油冷卻器。
   ⑤ 過濾分離系統(tǒng)
   壓縮機(jī)的進(jìn)、出氣管道上均設(shè)置過濾器，用以過濾氣體中的雜質(zhì)，控制出口天然氣的含油量不超過規(guī)定值。
    ⑥ 隔音防護(hù)罩
    橇裝式壓縮機(jī)安裝在箱體(即隔音防護(hù)罩)內(nèi)，避免設(shè)備受外界環(huán)境影響，并可降低噪聲。隔音防護(hù)罩內(nèi)設(shè)置強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)罩內(nèi)天然氣含量達(dá)到一定值時，強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)啟動。罩內(nèi)還設(shè)有防爆燈，頂部裝有可燃?xì)怏w檢測器，當(dāng)天然氣含量達(dá)到爆炸下限的20%(體積分?jǐn)?shù))時，檢測器發(fā)出報警信號；若天然氣含量繼續(xù)增加，達(dá)到一定值時，檢測器發(fā)出停機(jī)信號。
4 售氣系統(tǒng)
    售氣系統(tǒng)由加氣機(jī)及計算機(jī)管理系統(tǒng)組成。壓縮天然氣經(jīng)過輸送管道進(jìn)入加氣機(jī)，依次流經(jīng)入口球閥、過濾器、單向閥、電磁閥、流量計、應(yīng)急球閥、拉斷閥、高壓軟管、槍閥(三通球閥)、加氣槍，最后給汽車加氣。流量計測出流經(jīng)加氣機(jī)氣體的密度、流量等參數(shù)，相應(yīng)的模擬信號由信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電脈沖信號傳送到計算機(jī)控制器，經(jīng)計算得出相應(yīng)的體積、金額并由顯示屏顯示給用戶。在整個加氣過程中，計算機(jī)控制器通過壓力傳感器監(jiān)控系統(tǒng)壓力，當(dāng)加氣機(jī)輸出壓力達(dá)到20MPa時，計算機(jī)控制器會自動關(guān)閉電磁閥，停止加氣。
5 加氣子站控制系統(tǒng)
    加氣子站控制系統(tǒng)與橇裝式壓縮機(jī)配套，包括：標(biāo)準(zhǔn)電氣控制、優(yōu)先順序充氣控制系統(tǒng)、緊急切斷系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)電氣控制是控制橇裝式壓縮機(jī)的整個運行過程，顯示、查詢、設(shè)置數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)；緊急切斷系統(tǒng)是在緊急情況下切斷所有的氣路并關(guān)閉電源，顯示報警信號，橇塊外的按鈕可根據(jù)需要手動停機(jī)；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可通過調(diào)制解調(diào)器將設(shè)備運行狀態(tài)信號遠(yuǎn)傳。
   優(yōu)先順序充氣控制系統(tǒng)是控制壓縮機(jī)出口的天然氣供應(yīng)順序。拖車、橇裝式壓縮機(jī)與優(yōu)先順序控制盤、站內(nèi)儲氣井組成了三線快充結(jié)構(gòu)。優(yōu)先順序控制盤主要由順序閥、隔離閥、壓力表組成，能讓加氣子站工作時盡量少啟動壓縮機(jī)，用控制盤控制對各儲氣井和汽車的加氣順序。拖車儲氣瓶組作為低壓儲氣瓶組，站內(nèi)只設(shè)中、高壓儲氣井。壓縮機(jī)優(yōu)先控制的順序為加氣機(jī)(給汽車加氣)、高壓儲氣井、中壓儲氣井充氣。在順序控制盤的控制下，當(dāng)給汽車加氣時，若壓縮機(jī)入口處壓力高于設(shè)定值，則拖車儲氣瓶組中的天然氣通過旁通管直接流向三線加氣機(jī)的低壓管道給汽車加氣，氣體流速下降到設(shè)定值時，直充關(guān)閉，自動切換到中壓儲氣井、高壓儲氣井為汽車加氣。當(dāng)儲氣井的壓力降低到一定值時，橇裝式壓縮機(jī)啟動，天然氣加壓后經(jīng)順序控制盤的順序控制，首先給高壓儲氣井充氣，壓力達(dá)到25Mpa；再給中壓儲氣井充氣，壓力到25MPa時，壓縮機(jī)停機(jī)。拖車氣瓶的天然氣小于設(shè)定壓力時，天然氣不再走旁路，全部通過壓縮機(jī)加氣，壓縮機(jī)優(yōu)先給汽車加氣。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 羅東曉.地下儲氣井在天然氣加氣站的應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2007，27(7)：24-26.
 
(本文作者：吳紅華 佛山市汽車燃?xì)庥邢薰?廣東佛山 528000)