CNG供氣站燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)探討

邢月萍

(晉城市煤氣開(kāi)發(fā)利用中心，山西晉城 048026)

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(guò)撬車(chē)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(guò)中壓管道向黨校、學(xué)院內(nèi)的公寓樓、公建用戶(hù)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(chē)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 18047車(chē)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)?4．0%)，CO2(3．0%)。2)熱值:高熱值 37．05 兆焦/標(biāo)立方米(8 852千卡/標(biāo)立方米)/低熱值31．63兆焦/標(biāo)立方米(7 500千卡/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(shì):CP=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(mén)意見(jiàn)，將氣站定于晉城學(xué)院西南，該場(chǎng)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(mǎn)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(chē)區(qū)組成，壓縮煤層氣撬車(chē)固定車(chē)位最大儲(chǔ)氣總?cè)莘e為8 000 m3，撬車(chē)固定車(chē)位四周有足夠的回車(chē)場(chǎng)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(chǎng)區(qū)西南側(cè)，并在場(chǎng)區(qū)形成環(huán)形消防通道，場(chǎng)區(qū)中間設(shè)置固定車(chē)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(chǎng)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(mén)衛(wèi)、衛(wèi)生間等，布置在場(chǎng)區(qū)南側(cè)。場(chǎng)區(qū)四周設(shè)置高度2 m的圍墻及車(chē)輛出、入口。出、入口道路與站外規(guī)劃路銜接，滿(mǎn)足人流疏散及車(chē)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(lèi)，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)25 m，民用建筑25 m，重要的公共建筑50 m，站外道路15 m，架空高壓線(xiàn)及通信線(xiàn)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(chē)固定車(chē)位之間的防火間距、甲類(lèi)建筑物與站內(nèi)相鄰建筑物之間的防火間距均滿(mǎn)足GB 50028-2006和GB 50016-2010的有關(guān)規(guī)定。

圖1 CNG供氣站平面布置圖（單位：m）

4 工藝設(shè)計(jì)

4．1 工藝流程

1)車(chē)載壓縮煤層氣釋放系統(tǒng)。壓縮煤層氣由撬車(chē)運(yùn)至站內(nèi)，撬車(chē)內(nèi)20 MPa的壓縮煤層氣分三路經(jīng)過(guò)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(jí)換熱、兩級(jí)減壓后降至0．2 MPa～0．4 MPa，再通過(guò)調(diào)壓器降至0．08 MPa～0．1 MPa，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。

圖2 工藝流程圖

4．2 主要設(shè)備

壓縮煤層氣撬車(chē):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P1=20 MPa，出口壓力P2=0．2 MPa～0．4 MPa，Q=5 000標(biāo)立方米/小時(shí)，一臺(tái)套。流量計(jì):Q=5 000 m3/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=5 000 Pa～8 000 Pa，1臺(tái)。加臭裝置:1套。

5 中壓管道

5．1 壓力級(jí)制

城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿缐毫Ψ旨?jí)及地下燃?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(jiàn)表1，表2。

表1 城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)壓力(表壓)分級(jí)

表2 地下燃?xì)夤艿琅c建筑物、構(gòu)筑物或相鄰管道之間的水平凈距 m

根據(jù)大學(xué)和黨校提供的用戶(hù)的用氣壓力(0．01 MPa)和將來(lái)使用管輸煤層氣的壓力(0．1 MPa)均較低的情況，故公建用戶(hù)采用中壓一級(jí)調(diào)壓柜供氣方式，空調(diào)及鍋爐用戶(hù)采用專(zhuān)用調(diào)壓柜。

中壓一級(jí)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(hù)內(nèi)管等。

中壓一級(jí)系統(tǒng)壓力級(jí)制如下(均為表壓):中壓管道起點(diǎn)壓力:0．08 MPa ～0．1 MPa。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:3 150 Pa。公建用戶(hù)灶具額定壓力:2 000 Pa。

5．2 管道水力計(jì)算

1)中壓管道水力計(jì)算公式:

其中，P1為燃?xì)夤艿榔瘘c(diǎn)壓力(絕壓，kPa);P2為燃?xì)夤艿滥c(diǎn)壓力(絕壓，kPa);Z為壓縮因子;L為燃?xì)夤艿赖挠?jì)算長(zhǎng)度，km;Q為燃?xì)夤艿赖挠?jì)算流量，m3/h;d為管道內(nèi)徑，mm;ρ為燃?xì)饷芏?，kg/m3;T為設(shè)計(jì)中所采用的燃?xì)鉁囟?，K;T0=273．15 K;λ為管道的摩擦阻力系數(shù)，Re為雷諾數(shù)，k 為管道內(nèi)表面當(dāng)量絕對(duì)粗糙度。

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0．08 MPa(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(zhǎng)度約為1．8 km。

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(guó)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(zhǎng)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(jí)為加強(qiáng)級(jí)。

5．5 管道敷設(shè)

管道采用直埋，應(yīng)埋設(shè)在土壤冰凍線(xiàn)以下，且車(chē)行道埋深不小于0．9 m，非車(chē)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(mén)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(mén)和附件:a．出站管道上設(shè)置閥門(mén)和絕緣接頭。b．至用戶(hù)支管起點(diǎn)設(shè)置閥門(mén)。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300 m～500 m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(mén)都由氣動(dòng)執(zhí)行器負(fù)責(zé)打開(kāi)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(cè)及泄漏報(bào)警裝置，報(bào)警濃度為可燃?xì)怏w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(chē)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(chē)式干粉滅火器;在輔助用房?jī)?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(zhǎng)期腐蝕，造成燃?xì)庑孤?，在空氣中達(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(guò)程中由于有帶電設(shè)備及低壓電氣設(shè)備，生產(chǎn)操作過(guò)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(guò)電將會(huì)危及人身安全。

8 結(jié)語(yǔ)

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(chē)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(hù)。本文以金村供氣站為例，通過(guò)對(duì)其燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)方面應(yīng)考慮的一些問(wèn)題與大家共同探討。

［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］．