CNG加氣母站增產(chǎn)改造方案的比選

李連超 肖海明 劉 棟 張健中 周金廣

〔1 中國石化吉林石油分公司 吉林長春 130062；2 中國石化銷售有限公司 北京 100728；3 中國石化青島安全工程研究院 山東青島 266071〕

加氣母站是集天然氣接收、凈化、壓縮、儲存、轉(zhuǎn)運(yùn)于一體、專門為CNG汽車提供燃料的基礎(chǔ)設(shè)施[1-3]。一個加氣母站可供應(yīng)多個加氣子站，因此，加氣母站的供氣量不足將直接影響對應(yīng)區(qū)域的用氣需求[4-6]。

中國石化吉林石油分公司大嶺CNG加氣母站(以下稱大嶺母站)工程設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))為20×104m3/d。由于民用氣用量和工業(yè)用氣客戶的增多，2013年冬季吉林省天然氣市場出現(xiàn)了“氣荒”現(xiàn)象。主要原因是冬季供暖需求量大，導(dǎo)致大嶺母站生產(chǎn)能力不足。為保證冬季正常經(jīng)營，增產(chǎn)改造工作迫在眉睫。

1 加氣母站運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 實(shí)際運(yùn)行管網(wǎng)

根據(jù)2012年、2013年和2014上半年東北油氣分公司長春末站實(shí)際運(yùn)行情況，進(jìn)站壓力在冬季壓力差非常大，如圖1所示。

圖12012—2014大嶺母站進(jìn)站壓力曲線

1.2 壓縮機(jī)配置

大嶺母站改造前有4臺CNG壓縮機(jī)，分別為SW315B60型2臺和D-1.7/45-250型2臺，進(jìn)氣壓力范圍3.0～6.0 MPa，原設(shè)計(jì)最優(yōu)工作壓力在4.5 MPa，排氣量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)分別為3 400 m3/h和4 300 m3/h。按每天運(yùn)行16 h計(jì)算，每天的加氣能力約為20萬m3。在進(jìn)氣壓力3.0 MPa時(shí)的排氣量分別為2 489 m3/h和2 784 m3/h，以每天運(yùn)行16 h計(jì)算，在進(jìn)氣壓力3.0 MPa時(shí)每天的加氣能力約為16萬m3。

1.3 進(jìn)站管線輸氣量

大嶺母站進(jìn)站管線來自東北油氣分公司長春末站，長春末站內(nèi)有50 m長的DN 100 mm管線，通過變徑接170 m長的DN 150 mm管線進(jìn)入大嶺母站。根據(jù)CNG母站設(shè)計(jì)要求，中高壓燃?xì)夤艿乐械奶烊粴饬魉偻ǔ２怀^15 m/s。經(jīng)計(jì)算，1～6 MPa壓力下DN100 mm進(jìn)站管線輸氣量如表1所示。

表1 DN 100 mm進(jìn)站管線輸氣量

2 改造方案

根據(jù)長春末站的實(shí)際運(yùn)行情況，為保證吉林石油分公司加氣子站冬季用氣高峰期能有充足的氣源，擬對大嶺母站進(jìn)行保供和增產(chǎn)改造，提出兩個改造方案。

2.1 方案一

選擇成熟穩(wěn)定的三級CNG壓縮機(jī)。根據(jù)管線的輸氣能力，擬增加2臺三級CNG壓縮機(jī)。主電機(jī)功率，400 kW；進(jìn)氣壓力范圍，1.3～3.0 MPa，高于3.0 MPa時(shí)進(jìn)行減壓運(yùn)行。壓縮機(jī)排量如表2所示。

表2 三級CNG壓縮機(jī)參數(shù)表

2.2 方案二

定制一級壓縮管道增壓機(jī)。參考長輸管線增壓站的設(shè)計(jì)原理，根據(jù)原有4臺壓縮機(jī)的進(jìn)氣要求，擬增加2臺變頻管線增壓機(jī)，一開一備。主電機(jī)功率：500 kW；進(jìn)氣壓力范圍，1.3～3.0 MPa；排氣壓力，4.5 MPa。給1～3臺壓縮機(jī)供氣(由進(jìn)氣壓力確定最終CNG壓縮機(jī)工作臺數(shù))。因變頻技術(shù)的原因，現(xiàn)在國內(nèi)電機(jī)能做到30 %、60 %和80 %的變頻電機(jī)，所以增壓機(jī)最多能實(shí)現(xiàn)1對3工作。

3 方案比較

3.1 冬季生產(chǎn)能力及總生產(chǎn)能力

方案一中新增的2臺壓縮機(jī)在冬季最低啟動壓力下(1.5 MPa)日生產(chǎn)量為8×104m3。同時(shí)新增壓縮機(jī)可與母站已有兩級壓縮機(jī)同時(shí)配合使用，可提高充裝效率與生產(chǎn)量：在進(jìn)氣壓力為1.5 MPa時(shí)，啟動2臺新增三級壓縮機(jī)和1臺已有的兩級壓縮機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，將兩級壓縮機(jī)的排氣壓力調(diào)整至12 MPa，據(jù)計(jì)算全天產(chǎn)量為11×104m3。方案二在同等進(jìn)氣壓力條件下最多產(chǎn)氣量8.6×104m3。

由表3可知，方案一在夏季設(shè)計(jì)工作壓力下生產(chǎn)能力約為32.4×104m3/d，方案二的生產(chǎn)能力約為20×104m3/d，方案一的生產(chǎn)能力高于方案二。

表3 輸氣管線谷峰值時(shí)大嶺母站生產(chǎn)能力

綜上所述，選擇方案一不僅解決了冬季母站充裝能力問題，也提高了夏季產(chǎn)能，而方案二僅解決了母站冬季充裝問題。同時(shí)方案一也提高了設(shè)備的使用效率。

3.2 投資方面

方案一：如購置國產(chǎn)壓縮機(jī)，改造總投資420.84萬元，購置進(jìn)口壓縮機(jī)，改造總投資820.84萬元，投資估算如表4所示。

表4 方案一投資估算

1)材質(zhì)不銹鋼CLASS600。

方案二：如購置國產(chǎn)增壓機(jī)，改造總投資為520.84萬元；如購置進(jìn)口增壓機(jī)，改造總投資為1 040.84萬元。投資估算如表5。

表5 方案二投資估算

1)材質(zhì)不銹鋼CLASS600。

通過比較，方案二投資高于方案一投資。

3.3 設(shè)備可操作性及工藝運(yùn)行方面

方案一的設(shè)備制造技術(shù)成熟，生產(chǎn)運(yùn)行工藝穩(wěn)定。

方案二的生產(chǎn)運(yùn)行工藝復(fù)雜：①增壓機(jī)與壓縮機(jī)間的排量匹配及聯(lián)動控制專業(yè)技術(shù)不成熟，國內(nèi)母站尚無改造案例，選擇此方案企業(yè)需承擔(dān)高風(fēng)險(xiǎn)；②增壓機(jī)須由廠家定制設(shè)計(jì)與制造，運(yùn)行使用過程中需做好備品備件的儲備；③增壓機(jī)要求操作人員具有相對較高的技術(shù)水平與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。大嶺母站維修人員已熟練掌握CNG壓縮機(jī)的故障處理、日常保養(yǎng)及維護(hù)，但無增壓機(jī)運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，備品備件的更換需要更多的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)語

通過對生產(chǎn)能力、投資費(fèi)用、改造后設(shè)備工藝運(yùn)行三方面的對比分析，采用增加2臺三級CNG壓縮機(jī)的方案更適合大嶺母站保供增產(chǎn)的需求。

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