CNG加氣站工藝流程優(yōu)化設(shè)計研究

吳祖闊 張 智/重慶中梁山渝能燃氣有限公司

CNG加氣站工藝流程優(yōu)化設(shè)計研究

吳祖闊 張 智/重慶中梁山渝能燃氣有限公司

在中國現(xiàn)代化進程中，隨著發(fā)展速度不斷加快,城市氣化建設(shè)的發(fā)展也日新月異,城市發(fā)展也朝著環(huán)保、節(jié)能的方向前進， CNG加氣站被各大城市納入重點建設(shè)對象之一。本文重點研究了CNG加氣站工藝流程的優(yōu)化措施，希望能夠?qū)託庹镜陌l(fā)展和普及有所幫助！

CNG；加氣站；工藝流程；優(yōu)化設(shè)計

前言

為了滿足城市可持續(xù)發(fā)展的需要，各大城市不得不尋找安全、清潔、環(huán)保、實惠的能源，壓縮天然氣（CNG）能滿足這些特點，作為汽車能源被廣泛使用再好不過。近年來，我國政府在逐步擴大CNG加氣站建設(shè)，特別在西部地區(qū)，因為地理位置原因，CNG能源得到大力發(fā)展。在建設(shè)過程中也逐漸的暴露一些問題，如在工藝流程方面安全系數(shù)相對不高，在開發(fā)過程中，可能會因為竄井和地下儲氣井松動，造成事故發(fā)生，因此對CNG加氣站工藝流程的改進和優(yōu)化工作迫在眉睫，只有提高安全系數(shù)，才能加快建設(shè)CNG加氣站。

1.CNG加氣站工藝流程優(yōu)化

1.1 CNG加氣站工藝流程現(xiàn)狀

CNG加氣站常規(guī)的工藝操作流程:第一步，將氣體由外接輸氣管線接入加氣站后，進入緩沖罐；第二步，先壓縮機中增大氣體的壓強，在高壓狀態(tài)下將放置到橇裝脫水裝置進行干燥處理。第三步，經(jīng)過干燥處理過的氣體放置順序控制盤，通過在順序控制盤設(shè)定，進行氣體調(diào)序后，CNG操作成功。選擇直接給汽車沖氣或輸入地下儲氣井內(nèi)進行儲存均可。

在輸氣管線布線方式的選擇上，可以把地下儲氣井-1、2并聯(lián)在一起，這樣一來，進出氣集中在一條輸氣管線進行，優(yōu)點顯而易見，節(jié)約材料降低成本，但缺點也是很致命的，當其中一口地下儲氣井發(fā)生泄漏導致井內(nèi)壓力大幅度降低，迫使另一口地下儲氣井內(nèi)的天然氣向泄露的地下儲氣井內(nèi)流入，繼而導致天然氣竄井事故。高壓天然氣泄漏產(chǎn)生的危害不可估量，可能導致地下儲氣井管松動，更有甚者導致連接管線破裂或拉斷，連接接箍松動，繼而發(fā)生爆管升空的大事故。

要對氣站進行一個全面的評估，基于現(xiàn)實，當加氣站加氣的車輛達到飽和的時候，加氣站壓縮機出現(xiàn)供壓不足的情況，為了保證加氣需求得到滿足，只能由地下儲氣井來進行壓力的補充，當壓力滿足需求時，切換直充。經(jīng)由現(xiàn)場測試，經(jīng)過壓縮機加壓后的天然氣溫度至少在70攝氏度以上，把溫度那么高的天然氣輸入汽車油箱，后果就是計量誤差值過大，在高溫高壓狀態(tài)下的天然氣還會影響載體鋼瓶的使用壽命。

1.2 CNG加氣站工藝流程優(yōu)化

為了改良優(yōu)化CNG加氣站工藝流程存在的問題，提出了以下建議：

（1）選擇把地下儲氣井-1、2并聯(lián)的方式，但不共用一條管道，而是再增加一條管道，并增加兩個閥門及壓力表，兩個管道最后再匯合，給予供氣。

（2）優(yōu)化地下儲氣井結(jié)構(gòu)，防止高溫的天然氣直接流入鋼瓶，多一環(huán)冷卻裝置。

（3）優(yōu)化地下儲氣井出口處裝置，可以在上面安裝上單向閥，降低天然氣竄井導致的事故的發(fā)生率。

將CNG加氣站工藝流程加以優(yōu)化改造后，流程如下：第一步，將氣體由外接輸氣管線接入都加氣站后，進入緩沖罐；第二步，先壓縮機中增大氣體的壓強，在高壓狀態(tài)下將放置到橇裝脫水裝置進行干燥處理。第三步，經(jīng)過干燥處理過的氣體放置順序控制盤，通過在順序控制盤設(shè)定，進行氣體調(diào)序后，CNG操作成功。不直接給汽車沖氣或輸入地下儲氣井內(nèi)進行儲存，多一環(huán)冷卻環(huán)節(jié)。

2.地下儲氣井結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1 地下儲氣井結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

CNG加氣站要穩(wěn)定、安全的儲存天然氣，其中最關(guān)鍵的設(shè)備便是CNG地下儲氣井，該設(shè)備的性能是否穩(wěn)定，關(guān)系到整個氣站是否能正常運轉(zhuǎn)。

CNG地下儲氣井實際上就是一個容器，由于各種因素限制，比如該容器不能接觸明火，選擇存放的位置要求成本相對較低、又不占用地面空間、還要能恒溫保存等，該容器只能深埋（垂直距離大概為80～200m）于地下。這個做法也是國內(nèi)比較主流的CNG加氣站的儲氣系統(tǒng)。

理論在實踐中的應(yīng)用還需要時間，目前國內(nèi)大部分CNG加氣站還是采用單管道的進出氣方式。

2.2 地下儲氣井結(jié)構(gòu)優(yōu)化

高溫狀態(tài)下的天然氣不利于使用計量，也容易損壞載裝氣體的鋼罐，地下儲氣井可以利用環(huán)境優(yōu)勢對天然氣進行降溫處理，但降溫過程中必須遵循SY-T6535-2002《高壓氣地下儲氣井》對地下儲氣井的要求?；趯嶋H情況與要求規(guī)范，增加輸氣管道，使得進出氣體各占一個管道是最為合適的做法。經(jīng)過壓縮后的天然氣，溫度很高，在流入地下儲氣井時，流入時間過短，氣體無法散熱大量高溫氣體涌入地下儲氣井，不利于降溫把管道適當延長，高溫氣體流入儲氣井的時間增長，散熱效果更為理想。經(jīng)過實驗證明，長度為2m的套管可達到降溫效果，降溫過后的高壓天然氣溫度在30攝氏度左右。

地下儲氣井經(jīng)過優(yōu)化之后，在壓力方面能滿足氣站的需求，還能是改裝的降溫器，避免高溫天然氣直接充入汽車造成氣瓶被破壞。

3.加氣槍的放空回收

3.1 加注流程

通過加氣站內(nèi)的加氣槍進行加注，是為天然氣汽車加注的主要方式。加注操作過程如下：

（1）將加氣槍頭部分插入（或套入）車載氣瓶加氣口連接，同時打開汽車進氣閥門和車載氣瓶閥門（一般情況車載氣瓶閥門是打開的，只需打開汽車進氣閥門）。

（2）操作加氣槍閥柄轉(zhuǎn)至“開”檔狀態(tài)，槍管與加氣口連通，加氣機電磁閥打開，高壓天然氣通過壓差向車載氣瓶加氣，直到所需壓力。

（3）待到載氣瓶內(nèi)部的壓力上升至規(guī)定值，將進氣球閥關(guān)閉。此時，加氣槍兩位控制閥門頂端400mm長的槍頭部分在進氣球閥被切斷的情況下壓力仍然可以達到20MPa左右。

（4）將閥柄轉(zhuǎn)至“排”檔狀態(tài)，加氣口管路與放散口連通大氣，放散掉該段管路壓力后將閥柄轉(zhuǎn)動至“關(guān)”檔。

（5）汽車天然氣加注過程完成，并且拔下加氣槍的槍頭部分。

3.2 CNG加氣槍排空天然氣的回收與利用

3.2.1 基本思路。

要滿足加注過程中“零排放”的需求，需要轉(zhuǎn)換一下思路，主要排放量在于回收加氣槍，注意排放的殘留天然氣的收集是“零排放”的關(guān)鍵。

高壓天然氣由于在高壓狀態(tài)下，一些操作比較難進行，在回收與利用上的操作難度大，因此，把高溫狀態(tài)下的天然氣做降壓處理，由高壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪籂顟B(tài)，就可以實現(xiàn)以上操作難度大的問題，二次使用資源，基本思路如下：

（1）安裝控制閥門，主要用于控制加氣槍天然氣注入壓力的大小。

（2）安裝增設(shè)收集排空天然氣的裝置。

（3）收集裝置中排空天然氣，進行二次使用。

3.2.2 回收利用方式。

3.2.2.1 三位控制閥門

不同于我們?nèi)粘Ｉ钪兴芤姷降拈y門，為了更好的回收排空天然氣，把普通閥門的核心部分進行了改造，主要是進行了加位處理，把兩位控制閥門變更為三位控制閥門。究其原理，與二位控制閥門差別不大，但是在位數(shù)多了一位，在外形上依然同兩位控制閥門。

非加注狀態(tài)：待機狀態(tài)下，同兩位控制閥門原理一致，3個通道全部關(guān)閉，但加氣槍槍頭不做關(guān)閥操作依舊同大氣聯(lián)通。加注狀態(tài)：加注狀態(tài)中，高壓天然氣由于要進行加注，占用了加氣通道，關(guān)閉剩下2個通道，通過加氣通道把天然氣注入到車載氣瓶中。過渡狀態(tài)：在過渡狀態(tài)下，三個通道中僅開啟回收通道，余下的天然氣在其他通道關(guān)閉的狀態(tài)下選擇回收通道把剩余的氣體送回儲存裝置。

完成一次加注，設(shè)備自動把三位控制閥還原到初始狀態(tài)，繼而檢測回收通道是否關(guān)閉，確認關(guān)閉之后，打開排空通道。與二位閥門控制器有所差別的是，三位控制閥門是將進行了一個剩余氣體的回收與利用。

3.2.2.2 余氣回收通道

三位控制閥門同二位閥門比較，增加的部分為余氣回收通道，顧名思義，是用于收集、降壓及隔離回收天然氣的管道。為了達到回收和降溫的效果，可以在余氣回收通道上設(shè)計一個止回閥，通過該裝置，可以起到降壓隔離作用，用來避免天然氣倒灌，防止將管道直接接到儲氣瓶組，或者進入中壓管道，造成泄露事故。

4.結(jié)語

壓縮天然氣(CNG)是一種新型的加工能源，其被視為理想的汽車燃料，原因有四，第一具有環(huán)保、無污染的特點，第二具有節(jié)能特點，第三安全性相對高，第四價格經(jīng)濟實惠,綜合以上四點，滿足了城市可持續(xù)性發(fā)展的要求，故受追捧。但此項能源在我國的推廣存在一定的障礙，主要為流程設(shè)計與建設(shè)方面不符合標準化建設(shè)，再者由于建設(shè)不當引起的安全問題,要想在我國推廣CNG加氣站，改革勢在必行，不斷優(yōu)化和完善我們的技術(shù)，才能為CNG加氣站創(chuàng)造一個良好的、安全的發(fā)展情境。

[1]舒浩紋;劉蘇;吳曉南;黃坤;宋歡歡.CNG加氣站工藝流程優(yōu)化設(shè)計探討[J].天然氣與石油,2014(03).

[2]于海歡.CNG加氣站工藝流程優(yōu)化設(shè)計探討[J].石化技術(shù),2016(09).