CNG加氣子站的工藝設(shè)計(jì)

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(jiàn)圖1。CNG加氣子站由計(jì)量、凈化、壓縮、儲(chǔ)氣、售氣5個(gè)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?jī)?nèi)，并按工藝流程順序用管道和各種閥門(mén)將這些設(shè)備連接起來(lái)。這種結(jié)構(gòu)造價(jià)低，便于維修，但自動(dòng)化程度低，基本上是手工或半自動(dòng)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(gè)橇架上，控制系統(tǒng)單獨(dú)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(yùn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，建成后運(yùn)行管理方便，實(shí)際管理費(fèi)用相對(duì)較低，但造價(jià)相對(duì)較高。目前，多數(shù)加氣子站采用橇裝式結(jié)構(gòu)。
 
儲(chǔ)氣瓶拖車(chē)(以下簡(jiǎn)稱拖車(chē))中的天然氣進(jìn)入加氣子站后，經(jīng)計(jì)量、加壓、儲(chǔ)存、充裝等環(huán)節(jié)，最后給CNG汽車(chē)瓶組加氣。在一些無(wú)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(dòng)態(tài)控制整個(gè)加氣子站的加氣過(guò)程，壓縮機(jī)系統(tǒng)的可編程控制器(英文簡(jiǎn)稱PLC)進(jìn)行信號(hào)采集、故障診斷、故障顯示、優(yōu)先順序控制、順序啟動(dòng)或停機(jī)等全過(guò)程管理。拖車(chē)的天然氣可直接經(jīng)旁通管給汽車(chē)加氣，或經(jīng)增壓后進(jìn)入站內(nèi)儲(chǔ)氣瓶組或儲(chǔ)氣井，中、高壓兩級(jí)儲(chǔ)氣瓶組或儲(chǔ)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(chē)加氣結(jié)束(一般是汽車(chē)瓶組達(dá)到設(shè)計(jì)的充裝壓力，即20MPa時(shí)，此次加氣結(jié)束)。
2 儲(chǔ)氣系統(tǒng)
    加氣子站內(nèi)壓縮天然氣的儲(chǔ)存設(shè)施宜選用儲(chǔ)氣瓶組或儲(chǔ)氣井[1]，本工藝采用儲(chǔ)氣井。儲(chǔ)氣瓶組的容積既要考慮汽車(chē)瓶組的加氣量，又必須和壓縮機(jī)的排氣量相匹配。過(guò)小的儲(chǔ)氣瓶組容積，會(huì)造成壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)，影響壓縮機(jī)的使用壽命；過(guò)大的儲(chǔ)氣瓶組容積，雖然在加氣高峰時(shí)可以和壓縮機(jī)一起解決氣量不足的問(wèn)題，但是隨著儲(chǔ)氣容積的增大，每次壓縮機(jī)充滿儲(chǔ)氣瓶組的時(shí)間會(huì)大大延長(zhǎng)，往往儲(chǔ)氣瓶組壓力還沒(méi)有達(dá)到20MPa就需要給汽車(chē)加氣，僅使用儲(chǔ)氣瓶組不能給汽車(chē)瓶組加至20MPa，為給汽車(chē)瓶組加滿氣就必須改由壓縮機(jī)加氣，從而造成儲(chǔ)氣容積的浪費(fèi)。因此儲(chǔ)氣瓶組的容積應(yīng)經(jīng)過(guò)仔細(xì)測(cè)算后確定[2]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)編組方法可提高加氣效率，將儲(chǔ)氣瓶組分為高、中、低壓3組，儲(chǔ)氣瓶數(shù)量比例以1：2：3較好。當(dāng)壓縮機(jī)向儲(chǔ)氣瓶組充氣時(shí)，應(yīng)按高、中、低壓的順序進(jìn)行；當(dāng)儲(chǔ)氣瓶組向汽車(chē)加氣時(shí)，應(yīng)按低、中、高壓的順序進(jìn)行。
    儲(chǔ)氣井技術(shù)經(jīng)過(guò)逾10年的開(kāi)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(chǔ)氣井的工作環(huán)境及工作特點(diǎn)，應(yīng)符合GB 50156—2002《汽車(chē)加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》和SY/T 6535—2002《高壓氣地下儲(chǔ)氣井》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。儲(chǔ)氣井井筒專用套管必須選用無(wú)縫鋼管，應(yīng)符合GB 8163—1999《輸送流體用無(wú)縫鋼管》的要求。儲(chǔ)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(chǔ)氣井井底用井底封頭堵死，井口采用特制井口封頭封堵。儲(chǔ)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(dòng)電機(jī)、過(guò)濾分離系統(tǒng)、潤(rùn)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(dú)安裝在控制室內(nèi)，其他設(shè)備安裝在一個(gè)橇架上。
    橇裝式壓縮機(jī)以拖車(chē)的儲(chǔ)氣瓶組作為低壓儲(chǔ)氣瓶組，站內(nèi)儲(chǔ)氣井只設(shè)中、高壓儲(chǔ)氣井。當(dāng)給汽車(chē)加氣時(shí)，若拖車(chē)儲(chǔ)氣瓶的天然氣壓力大于設(shè)定壓力，則天然氣通過(guò)旁通管直接流向汽車(chē)瓶組，直充氣體流速下降到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)切換到中、高壓儲(chǔ)氣井為汽車(chē)加氣。若中、高壓儲(chǔ)氣井的天然氣壓力小于設(shè)定壓力，則壓縮機(jī)啟動(dòng)，此時(shí)天然氣進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行一級(jí)增壓，冷卻后進(jìn)入二級(jí)增壓，再冷卻后進(jìn)入儲(chǔ)氣井充氣，當(dāng)儲(chǔ)氣井壓力至25MPa時(shí)停機(jī)。停機(jī)時(shí)一、二級(jí)增壓的氣缸連通，起平衡卸壓作用。在此過(guò)程中，管道中溫度傳感器及壓力傳感器均監(jiān)測(cè)相應(yīng)點(diǎn)的溫度、壓力，適時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，壓力超過(guò)限制值時(shí)放散，緊急狀態(tài)時(shí)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(duì)稱平衡式等多種型號(hào)，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(yùn)行管理，加氣機(jī)可選一用一備。
   ② 動(dòng)力系統(tǒng)
   壓縮機(jī)動(dòng)力來(lái)源宜選用電機(jī)，電機(jī)有過(guò)載保護(hù)及低壓保護(hù)，并帶有自動(dòng)和手動(dòng)復(fù)位裝置。目前，多選用軟啟動(dòng)方式的電機(jī)，其具有短路、過(guò)載、過(guò)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(yùn)行，設(shè)備的自動(dòng)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(shí)行高度自動(dòng)化的控制管理，以PLC為核心，采用電機(jī)軟啟動(dòng)；系統(tǒng)油壓、電流、溫度、氣壓自動(dòng)監(jiān)控，自動(dòng)排污，配置PLC自動(dòng)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(jiǎn)稱MCC)內(nèi)，MCC柜和PLC控制柜放在非危險(xiǎn)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(jí)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(jí)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(guò)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(jí)氣缸水夾套、各級(jí)冷卻器及油冷卻器。
   ⑤ 過(guò)濾分離系統(tǒng)
   壓縮機(jī)的進(jìn)、出氣管道上均設(shè)置過(guò)濾器，用以過(guò)濾氣體中的雜質(zhì)，控制出口天然氣的含油量不超過(guò)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(shí)，強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)啟動(dòng)。罩內(nèi)還設(shè)有防爆燈，頂部裝有可燃?xì)怏w檢測(cè)器，當(dāng)天然氣含量達(dá)到爆炸下限的20%(體積分?jǐn)?shù))時(shí)，檢測(cè)器發(fā)出報(bào)警信號(hào)；若天然氣含量繼續(xù)增加，達(dá)到一定值時(shí)，檢測(cè)器發(fā)出停機(jī)信號(hào)。
4 售氣系統(tǒng)
    售氣系統(tǒng)由加氣機(jī)及計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)組成。壓縮天然氣經(jīng)過(guò)輸送管道進(jìn)入加氣機(jī)，依次流經(jīng)入口球閥、過(guò)濾器、單向閥、電磁閥、流量計(jì)、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(chē)加氣。流量計(jì)測(cè)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(hào)由信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)控制器，經(jīng)計(jì)算得出相應(yīng)的體積、金額并由顯示屏顯示給用戶。在整個(gè)加氣過(guò)程中，計(jì)算機(jī)控制器通過(guò)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(shí)，計(jì)算機(jī)控制器會(huì)自動(dòng)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(gè)運(yùn)行過(guò)程，顯示、查詢、設(shè)置數(shù)據(jù)和運(yùn)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(bào)警信號(hào)，橇塊外的按鈕可根據(jù)需要手動(dòng)停機(jī)；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)調(diào)制解調(diào)器將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)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(chē)、橇裝式壓縮機(jī)與優(yōu)先順序控制盤(pán)、站內(nèi)儲(chǔ)氣井組成了三線快充結(jié)構(gòu)。優(yōu)先順序控制盤(pán)主要由順序閥、隔離閥、壓力表組成，能讓加氣子站工作時(shí)盡量少啟動(dòng)壓縮機(jī)，用控制盤(pán)控制對(duì)各儲(chǔ)氣井和汽車(chē)的加氣順序。拖車(chē)儲(chǔ)氣瓶組作為低壓儲(chǔ)氣瓶組，站內(nèi)只設(shè)中、高壓儲(chǔ)氣井。壓縮機(jī)優(yōu)先控制的順序?yàn)榧託鈾C(jī)(給汽車(chē)加氣)、高壓儲(chǔ)氣井、中壓儲(chǔ)氣井充氣。在順序控制盤(pán)的控制下，當(dāng)給汽車(chē)加氣時(shí)，若壓縮機(jī)入口處壓力高于設(shè)定值，則拖車(chē)儲(chǔ)氣瓶組中的天然氣通過(guò)旁通管直接流向三線加氣機(jī)的低壓管道給汽車(chē)加氣，氣體流速下降到設(shè)定值時(shí)，直充關(guān)閉，自動(dòng)切換到中壓儲(chǔ)氣井、高壓儲(chǔ)氣井為汽車(chē)加氣。當(dāng)儲(chǔ)氣井的壓力降低到一定值時(shí)，橇裝式壓縮機(jī)啟動(dòng)，天然氣加壓后經(jīng)順序控制盤(pán)的順序控制，首先給高壓儲(chǔ)氣井充氣，壓力達(dá)到25Mpa；再給中壓儲(chǔ)氣井充氣，壓力到25MPa時(shí)，壓縮機(jī)停機(jī)。拖車(chē)氣瓶的天然氣小于設(shè)定壓力時(shí)，天然氣不再走旁路，全部通過(guò)壓縮機(jī)加氣，壓縮機(jī)優(yōu)先給汽車(chē)加氣。
參考文獻(xiàn)：
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(本文作者：吳紅華 佛山市汽車(chē)燃?xì)庥邢薰?廣東佛山 528000)