CNG汽车加气站的设计要点及风险性分析

2022-09-11

1 必要性及可行性

1.1 必要性

发展天然气汽车能源结构调整的要求:石油需求量的急剧增长和有限储量的矛盾日益突出, 寻求新的汽车代用燃料是摆在人类面前一个不可回避的课题。中国既是发展中的石油消费大国, 同时又是人均占有油气资源相对比较贫乏的国家, 人均石油资源量和人均产油量仅为世界平均水平的一成八和二成一。这样, 由于受到国内石油资源的限制, 石油产量的增长远远赶不上需求的增加, 供需矛盾日益突出。到2 0 1 5年, 国内石油产量将不足需求量的一半, 当国内石油需求一半以上需要进口的时候, 将对中国国民经济的发展和经济安全产生重大影响。同时还受政治因素影响。天然气作为一种优质、高效、安全、洁净的能源, 正日益受到人们的宠爱。目前, 世界各国都在加快天然气的开发步伐, 谋求用其在7 0%的消费领域里取代煤炭和石油。有关专家预测, 到2 0 1 0年世界天然气产量将超过石油产量。到2 0 2 0年在能源结构中, 天然气将占3 0%, 石油占2 7%, 煤炭占2 4%, 火电占8%, 其他能源占4%, 天然气消费将超过石油, 跃居各能源之首, 成为全球的最主要能源。环保事业发展的需要:随着国力的增强和人民生活水平的提高, 汽车拥有量的猛增, 汽车尾气成了大城市主要污染源之一。因此, 发展清洁燃料汽车, 是减少尾气污染, 改善大气环境的需要。积极发展C N G汽车加气站在治理污染、改善投资环境、改善城市环境质量、保护人民身体健康等方面都具有重大意义。正因为天然气汽车的明显优势, 国内外天然气汽车产业近几年发展很快。广东省也先后在东莞、湛江、佛山等地建立了C N G汽车加气站。

1.2 可行性

(1) 气源:从各地气源情况看, 一般城市燃气管网使用的天然气基本上都能满足汽车用天然气技术指标要求。 (2) 城市管网因素:天然气进入城市门站压力一般较高, 大于等16Mpa, 市区管网设计压力一般为0.4Mpa, 完全符合建站要求。 (3) 城市总体规划及车辆发展:通过对城市总体现状及发展分析, 确定CNG汽车加气站网络建设的规模。 (4) 城市规划:加气站选址须符合城市总体发展规划。 (5) 车辆改装的可能性分析及用气量预测:通常城市车用燃气汽车主要是针对公交车和出租车, 应具体分析车辆改造可能性, 不同的城市情况不同, 不能一概而论。从目前的情况看, 各地都以原装天然气汽车为主。一个城市天然气汽车达到一定规模时, 用气量是相当可观的。一台公交车年用气量一般可达2.5万m 3, 假设一个中小城市有1 0 0量公交车, 则一年的用气量可达2 5 0万m 3。 (6) 经济效益分析:对常用车辆燃油、燃气消耗量情况进行了汇总。经济分析表明, 燃气比燃油便宜很多, 发展C N G汽车具有很大的成本优势。 (7) 尾气排放:目前采用的清洁车用燃料主要是C N G和L P G, 与使用汽油相比, 尾气排放中的污染物大大降低。

2 建设规模

加气站形式C N G汽车加气站按功能的不同可分为母站、子站和标准站。母站:具有给天然气汽车加气功能, 并可为子站供应压缩天然气的加气站。主要设备包括压缩机组、高压储气装置、售气机、脱水干燥系统等。子站:依靠车载储气瓶运进天然气进行加气作业的加气站称为子站。子站内的设备包括子站拖车、撬装压缩机、站内储气装置、售气机等。标准站:除了不给子站供气外, 其它功能与母站相同。主要设备包括压缩机组、储气装置、售气机、脱水干燥系统等。

3 工艺设计及设备配置

3.1 工艺流程

天然气通过市区中 (高) 压管网进站后经过滤、调压、计量、及干燥脱水后, 进入缓冲罐, 经压缩机加压后注入高压储气装置。高压储气装置内的天然气根据控制系统的控制程序, 先后通过售气机向汽车充气。比西气东输的天然气不含硫, 工艺设计可不考虑脱硫工艺。

3.2 主要设计参数

运行压力:压缩机排气压力:2 5.0 M p a储气瓶组:充装压力2 5.0 M p a。

车用瓶压力:充装压力2 0.0 M p a, 设计压力:压缩机后管道设计压力2 7.5 M p a储气瓶组:充装压力25.0Mpa, 车用瓶压力:充装压力20.0Mpa。

3.3 设备选型

(1) 压缩机、售气机:和国产设备相比, 进口设备自动化程度高、运行可靠、无故障工作时间长、占地面积小, 噪音小, 但售价较高、售后服务费用高。而国产设备近年来技术上趋于成熟, 价格比较便宜, 售后服务方便, 但占地较大, 噪音大, 配套土建投资大。建议在经济许可或场地受限的情况下选择进口设备。广东已建的C N G加气站中, 多数为进口设备 (主要是撬装压缩机、售气机) 。

(2) 高压储存:目前国内C N G站高压储存方式有三种:高压瓶组、地上储罐、地下储气井。高压瓶组多为进口, 价格较高, 近来已被国产高压储罐代替, 另外, 地下储气井和地上储罐相比, 占地小, 安全间距小, 但投资偏高, 适用于场地拥挤的气站。现今设计的C N G加气站一般采用地下初期井储气方式。

3.4 管材及管件

压缩机前天然气管道选用无缝钢管, 并应符合《输送流体用无缝钢管》GB8163的规定。管件的连接采用法兰连接。高压天然气管道选用不锈钢无缝钢管, 并应符合《不锈钢无缝钢管》GB/T14976的规定。管件的连接采用卡套连接。三通、弯头采用焊接连接。阀门采用高压不锈钢阀门。在天然气压缩机进、出口及地面储气瓶组进、出口均安装压力表、温度计, 并设置超压报警装置。在站区进口设紧急切断阀;压缩机具有自动和紧急停车装置, 发生事故时报警并自动停机。压缩机和储气瓶组均设有安全阀及放散管, 不同压力级别系统的放散管应考虑分别设置。注意在加气岛两侧设置防撞护栏。加气机加气软管上应设拉断阀, 其拉力范围在400N~600N。天然气进站口设绝缘法兰及紧急切断阀。