天然气加气站的设计要点探讨

2022-09-11

引言

随着经济的发展, 我国的汽车拥有量正呈现出逐年增长的趋势, 这在给交通出行带来方便的同时也加剧了对燃油的消耗。面对石油这一不可再生资源的日益减少的局面, 车用天然气的出现为我国车用能源领域带来了新的转机。与车用燃油相比, 车用天然气作为一种清洁能源, 不仅能够明显降低汽车尾气污染、减少车用燃料与工业燃料的竞争, 而且具有使用成本低、安全可靠等特点, 为我国车用新能源的综合利用指明了方向。

虽然车用天然气以其清洁、高效、储备丰富、开采技术成熟等优点, 在国内车用能源领域具有广阔的市场前景, 但是由于天然气加气站在我国数量较少, 造成加气站的设计经验缺乏, 这给车用天然气的推广应用带来了不便。因此, 研究天然气加气站的设计要点, 使天然气自身的经济性能得到最大程度地发挥已经越来越成为了当前我们需要解决的一个主要问题。借此, 笔者就当前车用天然气加气站的设计要点进行了探讨, 希望对以后天然气加气站的设计工作能够有所借鉴。

一、天然气加气站的基本设计原则

在设计车用天然气加气站时, 应参考国际上天然气加气站建设数量和经验比较丰富国家的实例, 把握住加气站的发展趋势, 为以后加气站功能和规模地扩充预留一定的设计空间。具体则需要遵守以下设计原则:由于城市土地资源非常宝贵, 所以在进行天然气加气站设计时, 应最大限度地减少加气站的占用面积。一方面应参考国外加气站设计和建设经验丰富国家的技术标准, 尽快规范天然气加气站的建设标准, 在安全得到保障的前提下尽量缩短安全距离。另一方面应尽量采用占地面积小且安装简便的橇装式压缩机站, 并尽量减少或不建永久性建筑, 以降低加气站的建设成本、提高其运行效益。同时, 北方加气站的站房内应配置暖气, 即使是露天安装的橇装式压缩机站, 也应在橇装内配置保温设备。此外, 由于在寒冷地区采用水冷时易碰到水结冰的问题, 造成维护不便, 所以在选择北方加气站的压缩机气缸和级间冷却方式时, 不宜选择水冷, 而宜选择风冷。

二、天然气加气站的外部设计要点

在进行天然气加气站的外部设计时, 重点在于控制好液化天然气 (LNG) 储罐、压缩天然气 (CNG) 储罐、加气机、卸车点与放散口等设施、设备与周围道路、房屋、电力设施等建 (构) 筑物之间的距离, 既不能取值过小以造成安全隐患, 也不能取值过大造成土地资源地浪费。具体而言, 天然气加气站内各主要设备、设施与站外建 (构) 筑物之间的距离可参见表1进行设计。

注:变压器容量≤10MV·A的变、配电站或总油量≤5t降压变电站可按箱式变压器的安全距离进行设计

三、天然气加气站的内部设计要点

1. 总体布局

天然气加气站的内部总体布局重点在于控制好各工艺设备、设施间的距离。针对各工艺设施、设备的危险性和敏感程度的不同确定出安全间距, 并在满足安全距离的基础上, 尽量使站内各工艺设备、设施之间的位置关系符合工艺流程, 使管道布置合理且最短、设备区占地最少。

2. 工艺设备、设施布置

在布置加气站内部的工艺设备、设施时, 应依据图1所示的工艺流程进行布置, 并调整内部各设备、设施之间的距需满足安全距离要求。

(1) 罐池区

LNG储罐以及潜液泵 (LNG泵橇) 都应设置在罐池内, 并保证罐池内部地面比外部地面低1 m, 设置有集液池, 能使意外发生时泄露的低温LNG液体迅速集中到一起, 减缓其气化速率以降低危害。为了方便操作, 储罐应集中相邻布置在罐池的中部, 而潜液泵和柱塞泵 (LCNG泵橇) 则宜分别布置在罐池的两边。每个LNG储罐分别对应LNG橇、LCNG橇, 实现LNG、CNG加气。储罐之间可采用液相管、气相管联通, 液相管、气相管分别与LNG泵橇的下、上充装管相连, 通过气动控制阀来实现各个罐的充装和液位平衡, 从而使两种加气功能都能最大化地使用所储存的LNG液体。

站房、卸车点、LNG加气机可布置在罐池的一侧, 至于气化器和CNG储气瓶组等设备可布置在另一侧, 而LNG (低压) 、CNG (高压) 放散口则应布置在气化器的旁边。此外, 还应设置LNG管沟连接罐池与LNG加气岛, 设置CNG管沟连接储气瓶与CNG加气岛。

(2) 罩棚区

在加气岛间距上, 加气汽车的转弯预留半径可按≥9 m设计。在LNG卸车点附近, LNG槽车的转弯预留半径可按≥15m设计。

站内主罩棚加气汽车、LNG槽车路线、辅助罩棚加气汽车的行车路线要各自分明, 不相互影响。

四、其他设计注意事项

注意储气瓶组容量应和压缩机匹配。过小的储气瓶组容量会导致压缩机频繁起动, 减少压缩机的使用寿命, 而过大的储气容量会使压缩机充满储气瓶组的时间大大延长, 从而造成储气容积的浪费。因此, 储气瓶组的容积应经过仔细测算后确定。

此外, 卸车点与泵或泵橇不宜太远, 太远会造成阻力过大、进液困难。由于LNG加气机的加液需要泵作为动力, 所以进液管不宜过长, 从潜液泵出来到LNG加气机宜保持在30m的范围之内。

结束语

虽然我国近年来对天然气在汽车行业的应用越来越重视, 而且有许多城市早已开始了汽车用天然气的推广, 但是由于我国天然气加气站建设数量较少, 造成加气站的设计经验缺乏, 这给车用天然气的推广应用带来了阻碍。因此, 加气站的设计人员要不断研究创新, 在确保满足车用能源需求的前提下, 通过加气站的合理设计来提高其安全和经济效益, 为经济社会的可持续发展作出贡献。

摘要：天然气以其清洁、高效、储备丰富、开采技术成熟等优点, 在国内车用能源领域具有广阔的市场前景。本文探讨了车用天然气加气站的设计要点, 希望对天然气加气站的设计与建设能起到促进作用。

关键词：LNG,CNG,加气站,设计要点