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浅谈CNG标准加气站主要设备选型的主要原则

时间:2013-07-26来源:易品网 点击:

  
  近年来,随着国家不断推广燃气汽车,CNG汽车加气站也随之建立,以满足天然气汽车燃料的需要。CNG汽车加气站按其使用功能通常分为:加气母站、加气母子站、标准加气站、液压子站等几种形式。本文对CNG标准加气站运行状况设备选型进行分析和探讨。
  CNG标准加气站主要生产工艺系统由计量、过滤脱水、压缩、储存、加气等组成。辅助生产工艺系统由循环冷却水、废润滑油回收、供电、供水等组成。依据国内CNG标准加气站建设情况,加气站主要设备包括:天然气压缩机(整体撬装式)、干燥器、顺序控制盘、储气设备、加气机等。

一、CNG标准加气站工艺流程
  CNG标准加气站一般气源接自周围已有的中高压天然气管道,进站后经过滤稳压计量后进入前置干燥器,经干燥处理将天然气常压露点降至-60℃,再经缓冲罐后进入压缩机加压至25.0MPa,通过优先/顺序控制盘为储气井组充装天然气,或直接输送至加气机为CNG燃料汽车加气,也可以利用储气井组内的天然气通过加气机为CNG燃料汽车加气。

二、主要设备
  (一)压缩机
  1、压缩机的选择
  压缩机作为CNG加气站的核心决定了整个加气站的性能。因此选择一台性能优越的压缩机显得尤其重要。因此加气站压缩机选型时,一般选用进气压力范围较宽、适应能力较强的机型。这样可避免由于管网压力过高,需要降压后输入压缩机而造成资源的浪费。或者管网压力长期过低,降低了压缩机的工作效率甚至损坏压缩机。
  压缩机的种类很多,有容积型、速度型、热力型,但适用于输气管道增压装置的主要有往复式压缩机和离心式压缩机。压缩机组的选型应遵循技术先进、运行可靠、易于维护、负荷调节灵活以及能耗低的原则。
  2、压缩机冷却系统的选择
  天然气压缩机一般采用往复活塞式压缩机。压缩机工作时,气缸活塞环往复高速运动,与气缸壁产生滑动摩擦,为降低摩擦造成的损伤和保护设备,使之长期稳定工作,通常添加润滑油脂来降低摩擦力(有的设备采用无油润滑)。高速滑动摩擦产生的大量热量和天然气被压缩后释放的大量热量,使压缩机气缸处于高温工作状态,如不能及时将热量带走,过高的温度将使润滑油失效,从而轻者造成设备使用寿命缩短,重者造成在短时间内就会严重损坏设备的后果。为了使气缸和压缩后的高温天然气的温度保持在许可范围内,压缩机通常采用一定的冷却措施进行强制冷却。
  压缩机冷却系统可分为水冷、风冷和混冷。
  (1)压缩天然气采用空冷却器强制风冷却,气缸与填料水套和润滑油采用闭式循环水(环境温度低于0℃是采用防冻液)冷却。此种冷却方式总体面积较少,投资比较经济,但风片需要定期清理灰尘,以免影响冷却效果。
  全风冷式CNG压缩机无需增添一整套的管道、泵、水处理辅助设备,空气可免费取得,风冷系统的维护费用一般为水冷系统的20%-30%。
  (2)压缩天然气采用水风混冷却方式即各级排气、气缸填料水套、机身润滑油等的冷却采用闭式循环水冷却。循环水的热量通过翅片管式风冷却器进行强制换热冷却,循环水始终处于密闭系统内。
  在闭式系统中,使冷却循环水在冷热交换时不和环境空气接触,使用含防冻液的软化水的闭式系统,在防止水垢、腐蚀等方面,有着强的综合优势。
  混冷式压缩机,进口机型较多,制造成本高,配套投资大,冷却效果介于水冷和风冷之间,配套费用较高。
  (3)压缩天然气采用水冷却方式即压缩天然气、气缸与填料水套和润滑油采用开式循环水冷却。
  开式系统是指在环境空气中爆气降温的冷却水循环系统。冷却循环水因冷却气体、气缸与填料水套和润滑油而升温后,再送至玻璃钢水冷却塔、水池进行冷却,然后再通过水泵进行循环使用。
  由于此种开式系统中的冷却循环水必须在环境空气中爆气降温,不仅水质不容易控制,而且还需定期补充水,并且冷却塔与管道配置及水泵要增加一次性投资,水泵与冷却塔中的风扇也要消耗一定电能。但水冷方式的冷却效果是三种冷却方式中最好的。
  综上所述,在北方地区,风冷式CNG压缩机具有全天候地域运行的极强适应性。
  (二)储气设施
  在加气站建设中,储气设施因具有25-30MPa的高压以及介质易燃易爆的危险性质,其在CNG加气站当属特别重要的核心部位。合理的选择储气装置,不但能提高的气瓶装置的利用率和加气速度,而且可以减少压缩机的启动次数,延长使用寿命。
  我国的CNG加气站,经历了较长时间的开发研究,迄今储气瓶、储气罐和储气井技术工艺,目前正在逐步趋于成熟与完善,有的已初具规模。
  1、储气瓶
  单瓶水容积通常为60L或80L居多,材质采用无缝优质钢或具有防火功能的树脂纤维缠绕技术制造。储气瓶的优点是经济,灵活,建设成本较低。缺点是供气系统阻力大,管阀连接处泄漏点多,增加了不安全因素。此外,每年支付的维护费用多,增加了后期供气成本。
  2、储气罐
  储气罐水容积主要有2m3、3m3、4m3、6m3的几种规格,一般每站设置3~6罐为宜。这种储气罐是90年代后期较为广泛使用的CH4高压储存容器,其优点主要是:气体集中储存,管阀连接点较少,泄漏因素降低,恰好弥补了储气瓶的不足,具有较好的安全性。缺点是:爆炸事故发生时,地面冲击波的辐射范围大、强度大等。
  3、地下储气井
  储气井是四川石油管理局自80年代中期开始在不断实践探索的基础上,研究开发的新型储气技术。这种储气装置是在加气站一定位置开钻3~6口地下井,每口井的深度约100m,上小下大口径不等,单井水容积为2m3、3m3、4m3左右,采用进口材质的套管和钢筋混凝土固井技术,具有安全牢固、节约维护费用、节约土地资源以及减少地面冲击波放射范围和强度等许多优点,是很受欢迎、安全可靠的高压CH4储气装置。
  储气井的设计单位应当同时持有A1级和SAD级压力容器设计资格。储气井制造单位应当取得相应压力容器制造许可证,其专业技术人员配备和主要生产设备应当满足《储气井制造许可资源条件》的要求。新建储气井应当按《储气井安全性能监督检验大纲》的要求实施现场制造的监督检验,并应当进行固井质量检测及评价。
  (三)深度脱水装置
  根据现行国家标准《车用压缩天然气》(GB18047-2000)的规定,在汽车驾驶的特定地理区域内,在最高操作压力下,车用CNG的水露点不应高于-13℃。当最低气温低于-8℃时,水露点应比最低气温低5℃(相当于在常压下不高于-54℃)。而城市天然气进行的脱水处理仅满足了民用气的标准,即在天然气交接点的压力和温度下,天然气的水露点应比最低环境温度低5℃。
  以城市天然气为气源的CNG加气站,为保证站内储气系统及车载储气瓶的使用寿命及安全,延长压缩机的使用寿命,站内必须设置深度脱水装置,使其露点不高于-54℃(常压下)。

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