摘 要：以晉城市委黨校、晉城學(xué)院CNG供氣站燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)為例，從站址選擇、總圖、工藝系統(tǒng)、中壓管道以及安全設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了分析，以積累相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，使該類工程設(shè)計(jì)更加完善。

關(guān)鍵詞：CNG 供氣站，總圖，工藝系統(tǒng)，中壓管道，安全設(shè)計(jì)

1 概述

晉城市委黨校、晉城學(xué)院位于市金村新區(qū)，因市政燃?xì)夤芫W(wǎng)尚未輻射到該處，故在其供氣方案上，我們采用了CNG的供氣方式，即通過撬車將壓縮煤層氣運(yùn)至該區(qū)，同時(shí)建設(shè)一座壓縮煤層氣釋放減壓計(jì)量站，然后通過中壓管道向黨校、學(xué)院內(nèi)的公寓樓、公建用戶和燃?xì)饪照{(diào)、熱水鍋爐供氣。

2 供氣氣源

本項(xiàng)目選擇采用車載壓縮煤層氣作為供氣氣源，根據(jù) GB 50028-2006 第7.1.2條規(guī)定：壓縮天然氣的質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18047車用壓縮天然氣的規(guī)定。故所選氣源氣質(zhì)應(yīng)經(jīng)除塵、脫硫、脫水后達(dá)到規(guī)范要求的合格的煤層氣，具體參數(shù)如下：

1) 氣質(zhì)成分( 體積百分比)：CH₄( 93.0%) ，微量 C₂H₆，氮?dú)?/span>( 4.0%) ，CO₂( 3.0%) 。

2) 熱值：高熱值37.05兆焦/標(biāo)立方米(8852千卡/標(biāo)立方米) /低熱值31.63兆焦/標(biāo)立方米(7500千卡/標(biāo)立方米) 。

3) 密度：0.776 5千克/標(biāo)立方米。

4) 運(yùn)動(dòng)粘度：12.29×10^-6m²/ s。

5) 華白數(shù)：47.81 兆焦 / 標(biāo)立方米。

6) 燃燒勢：C_P= 36.0。

7) 爆炸極限：上限：15.95% ；下限：5.36% 。

8) 臨界溫度: -82℃左右。

9) 臨界壓力: 46×10⁵Pa。

3 總圖設(shè)計(jì)

1) 站址的選擇。根據(jù) GB 50028-2006 第 7.3.1的要求，CNG供氣站站址選擇應(yīng)符合：

a．符合城鎮(zhèn)總體規(guī)劃的要求；

b．應(yīng)具有適宜的地形、工程地質(zhì)、交通、供電、給水排水及通信條件；

c．少占農(nóng)田、節(jié)約用地并注意與城市景觀協(xié)調(diào)。所以在站址選擇時(shí)結(jié)合市規(guī)劃部門意見，將氣站定于晉城學(xué)院西南，該場區(qū)現(xiàn)狀為空地，性質(zhì)為荒地，水、電及通信可就近從晉城學(xué)院接入，可滿足規(guī)范要求。

2) 總平面布置。根據(jù) GB 50028-2006 第7.3.11的要求，CNG供氣站本站總平面應(yīng)分區(qū)布置，本工程站區(qū)分為生產(chǎn)區(qū)和生產(chǎn)輔助區(qū)。生產(chǎn)區(qū)由工藝裝置區(qū)、卸氣柱、壓縮煤層氣撬車區(qū)組成，壓縮煤層氣撬車固定車位最大儲(chǔ)氣總?cè)莘e為8000m³，撬車固定車位四周有足夠的回車場地，生產(chǎn)區(qū)布置在站區(qū)以北。生產(chǎn)輔助區(qū)主要出入口布置于場區(qū)西南側(cè)，并在場區(qū)形成環(huán)形消防通道，場區(qū)中間設(shè)置固定車位3個(gè)，設(shè)置3個(gè)卸氣柱，減壓裝置和調(diào)壓裝置位于場區(qū)北側(cè)。新建建筑物有: 值班室、控制室、變配電室、增熱室、維修間、門衛(wèi)、衛(wèi)生間等，布置在場區(qū)南側(cè)。場區(qū)四周設(shè)置高度2m的圍墻及車輛出、入口。出、入口道路與站外規(guī)劃路銜接，滿足人流疏散及車輛安全行駛。平面布置如圖 1 所示。

根據(jù) GB 50028-2006 和 GB 50016-2010的相關(guān)要求，供氣站生產(chǎn)性質(zhì)為甲類，建構(gòu)筑物與站外建筑物的防火間距：明火或散發(fā)火花的地點(diǎn)25m，民用建筑25m，重要的公共建筑50m，站外道路 15m，架空高壓線及通信線不小于電桿( 塔) 高度的1.5倍。站內(nèi)工藝裝置區(qū)、卸氣柱、壓縮煤層氣撬車固定車位之間的防火間距、甲類建筑物與站內(nèi)相鄰建筑物之間的防火間距均滿足GB 50028-2006 和 GB 50016-2010 的有關(guān)規(guī)定。

4 工藝設(shè)計(jì)

4.1 工藝流程

1) 車載壓縮煤層氣釋放系統(tǒng)。壓縮煤層氣由撬車運(yùn)至站內(nèi)，撬車內(nèi)20MPa 的壓縮煤層氣分三路經(jīng)過高壓軟管、卸氣柱進(jìn)入減壓撬，減壓撬內(nèi)設(shè)三路減壓回路，每路經(jīng)兩級換熱、兩級減壓后降至0.2 MPa～0.4 MPa，再通過調(diào)壓器降至0.08 MPa～0.1MPa，計(jì)量加臭后由中壓管道引送至站墻外。

2) 熱水循環(huán)系統(tǒng)。熱水循環(huán)系統(tǒng)的主要設(shè)備是熱水鍋爐、熱水泵、電子水處理器、除污器等，負(fù)責(zé)向 CNG 減壓釋放裝置中的換熱設(shè)備提供循環(huán)熱水以保證系統(tǒng)的正常工作。調(diào)壓后的煤層氣作為熱水鍋爐的燃料。

3) 工藝流程圖如圖 2 所示。

4.2主要設(shè)備

壓縮煤層氣撬車：2輛( V =4 000標(biāo)立方米)。減壓釋放裝置選用撬裝設(shè)備，進(jìn)口壓力P

₁= 20MPa，出口壓力P₂= 0.2 MPa～0.4 MPa，Q= 5000標(biāo)立方米/小時(shí)，一臺(tái)套。流量計(jì)：Q = 5000m³/ h( 帶溫度壓力補(bǔ)償) ，1 臺(tái)。調(diào)壓器：Q =5 000標(biāo)立方米/小時(shí)，進(jìn)口壓力 P₁= 0 .2 MPa～0.4 MPa，出口壓力P2= 0.08 MPa～0.1 MPa。調(diào)壓器: Q =100標(biāo)立方米/小時(shí)，進(jìn)口壓力P₁= 0．02 MPa～0.2 MPa，出口壓力 P₂= 5000 Pa～8 000 Pa，1臺(tái)。加臭裝置：1 套。

5 中壓管道

5.1 壓力級制

城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿缐毫Ψ旨壖暗叵氯細(xì)夤艿琅c建筑物、構(gòu)筑物或相鄰管道之間水平凈距分別見表1，表2。

根據(jù)大學(xué)和黨校提供的用戶的用氣壓力(0.01MPa) 和將來使用管輸煤層氣的壓力(0.1 MPa) 均較低的情況，故公建用戶采用中壓一級調(diào)壓柜供氣方式，空調(diào)及鍋爐用戶采用專用調(diào)壓柜。中壓一級系統(tǒng)包括中壓干管、中壓支管、箱式或柜式調(diào)壓器、低壓管、戶內(nèi)管等。

中壓一級系統(tǒng)壓力級制如下(均為表壓) : 中壓管道起點(diǎn)壓力：0．08 MPa～0．1MPa。中壓管道末點(diǎn)壓力：0.04 MPa。調(diào)壓箱或調(diào)壓柜起點(diǎn)壓力：3150 Pa。公建用戶灶具額定壓力：2000Pa。

5.2管道水力計(jì)算

2)中壓管道水力計(jì)算結(jié)果。中壓管道起點(diǎn)計(jì)算壓力為0.08MPa( 表壓)，中壓管道末端最低點(diǎn)壓力為0.04 MPa(表壓) 。

3)新建中壓干管管徑為DN450，長度約為1.8km。

5.3 管材

根據(jù)晉城市的地質(zhì)情況，新建 1.8 km 中壓干管采用鋼管，管材選用Q235B焊接鋼管，應(yīng)符合國標(biāo)GB/T 3091-2008 要求。鋼管的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度、韌性和抗沖擊性都比較高，可承受較高的內(nèi)壓力和外壓力，接口方便，內(nèi)表面光滑，水力條件好。

5.4 管道防腐

為延長管道使用壽命，強(qiáng)化管道防腐效果，埋地鋼管采用三層PE防腐，鋼管防腐等級為加強(qiáng)級。

5.5 管道敷設(shè)

管道采用直埋，應(yīng)埋設(shè)在土壤冰凍線以下，且車行道埋深不小于0.9 m，非車行道埋深不小于0.6 m，確定管道最小覆土厚度不小于0.9 m。

管道坡度不小于0.003，坡向凝水缸。

5.6 管道附件設(shè)置

1)閥門及附件。為了便于維護(hù)管理和后續(xù)工程的進(jìn)行，以及事故時(shí)減小停氣范圍，在下列地點(diǎn)設(shè)置閥門和附件：

a．出站管道上設(shè)置閥門和絕緣接頭。

b． 至用戶支管起點(diǎn)設(shè)置閥門。

2)凝水缸。為排除管道冷凝水及雜質(zhì)，保證管道系統(tǒng)通暢，于管道改變坡向的轉(zhuǎn)折最低點(diǎn)每 300m～500m設(shè)置一個(gè)凝水缸。

6 報(bào)警系統(tǒng)

減壓裝置在運(yùn)行時(shí)由自帶控制系統(tǒng)的 PLC 自動(dòng)控制。系統(tǒng)中所有自控閥門都由氣動(dòng)執(zhí)行器負(fù)責(zé)打開和關(guān)閉，而氣動(dòng)執(zhí)行器的動(dòng)作則由 PLC 控制，并裝有手動(dòng)緊急情況停止按鈕，觸發(fā)這些按鈕中的任何一個(gè)都會(huì)中止整個(gè)系統(tǒng)。一旦出現(xiàn)事故，自動(dòng)控制系統(tǒng)將連鎖關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)使其停在安全位置上。站內(nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w檢測及泄漏報(bào)警裝置，報(bào)警濃度為可燃?xì)?/span>體爆炸下限的20%。

7 消防

根據(jù) GB 50028-2006 及 GB 50140-2005 的相關(guān)規(guī)定，在站內(nèi)每個(gè)壓縮煤層氣撬車處設(shè)置 2 個(gè) MFZ8 手提式干粉滅火器；在每個(gè)卸氣柱處設(shè)置2個(gè)MFZ8手提式干粉滅火器；在減壓混氣裝置處設(shè)置 2個(gè)MFZ8 手提式干粉滅火器和2個(gè)MFT35 推車式干粉滅火器；在輔助用房內(nèi)設(shè)置 2個(gè)MFZ8手提式干粉滅火器。

1)由于煤層氣的易燃、易爆特性，且大量輸送煤層氣的設(shè)備、管道產(chǎn)生靜電火花等原因即可能導(dǎo)致燃燒和爆炸事故；如果管道、設(shè)備長期腐蝕，造成燃?xì)庑孤诳諝庵羞_(dá)到一定的濃度，遇火源也會(huì)發(fā)生爆炸事故。

2)熱水鍋爐爆炸主要有超壓爆炸、熱水爐缺陷導(dǎo)致的爆炸以及嚴(yán)重缺水導(dǎo)致的爆炸三種形式。

3)其他形式危險(xiǎn)性分析。生產(chǎn)過程中由于有帶電設(shè)備及低壓電氣設(shè)備，生產(chǎn)操作過程中發(fā)生誤操作或漏電，就會(huì)引發(fā)觸電事故。建筑物所設(shè)避雷針及接地網(wǎng)如果發(fā)生故障，過電將會(huì)危及人身安全。

8 結(jié)語

從當(dāng)?shù)啬茉礂l件出發(fā)，合理利用、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，節(jié)能降耗，力求取得較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，促進(jìn)城市燃?xì)馐聵I(yè)的發(fā)展。車載壓縮煤層氣供氣站可以作為臨時(shí)供氣氣源，以解決一些急用氣用戶。本文以金村供氣站為例，通過對其燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)方面應(yīng)考慮的一些問題與大家共同探討。

參考文獻(xiàn)：

［1］ GB 50028-2006，城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］ GB 50016-2010，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］．

 (本文作者：邢月萍 晉城市煤氣開發(fā)利用中心，山西 晉城 048026)