壓縮天然氣技術在城鎮(zhèn)供氣的應用探究

＊閆月娥

（山西壓縮天然氣集團交城有限公司 山西 030500）

目前，中國仍是以天然氣作為主要的氣源發(fā)展方向，天然氣的供氣方法主要可分為非管輸供氣和管輸供氣兩類，對于管輸供氣而言，其規(guī)模一般較大，涉及范圍廣泛，對于地理環(huán)境有著極為嚴苛的要求，所以我國的中小城市因為大都脫離了輸氣管干線，又由于建設管道所需成本較高，致使部分中小城市不能正常使用管道供氣，所以非管道供氣就變成了這類地區(qū)的氣源主要傳輸形式。

液化石油氣混空氣手段、壓縮液化天然氣供氣手段、壓縮天然氣供氣手段是現(xiàn)今我國主要借助的三類非管道供氣手段，同混空氣供氣手段以及液化天然氣手段相比，壓縮天然氣手段占據著明顯的技術優(yōu)勢。

1.CNG的相關概述

天然氣的運用越來越普及，比煤和石油更具優(yōu)勢，天然氣燃燒后不會產生有害氣體，是一種環(huán)保能源，勢必會大大沖擊其他能源，成為首選。

天然氣輸送的方式主要是通過管道。事實說明，天然氣采用的運輸方法是價格最低，效果最好的。但是由于輸氣干線的建設受城市氣化條件、經濟實力、用戶氣價承受能力等綜合因素的限制，使得這種輸送方式尚未形成大范圍聯(lián)網，供應范圍受到限制，并且只能向長輸管道沿線城鎮(zhèn)供氣。在天然氣傳輸方面，不光是通過管道來傳輸的，還可以使用別的辦法，現(xiàn)在有兩種，第一種是將它進行液化，再儲存和運輸。第二種則是把它凈化、壓縮后，裝在指定的容器里，用CNG儲氣瓶組拖車按需配送。中國擁有相當成熟的CNG的實際使用方法，不僅使用在居民用戶的燃氣供應，居民非汽油類車輛的用氣也已經逐漸打開了市場。

2.壓縮天然氣的運用特性探究

(1)具有一定的環(huán)保性

與液體或固體燃料不同的是天然氣的燃燒效率更高，燃燒結果也更為徹底，而且，通常情況下天然氣內部的含碳量比較小。所以在其燃燒進程里所生成的一氧化碳，要比汽油煤料，煤炭明顯要低，特別是對于世界環(huán)保機構所擬定的減輕溫室效應，降低大氣污染等要求都能充分迎合，所以利用天然氣對各類能源進行替代有著十分積極的意義。

(2)經濟效益優(yōu)

對于CNG汽車而言，相比與普通燃油汽車，可有效節(jié)省燃料費將近20%，與之對應的維修費也可大幅度的下降，經濟發(fā)展水平也隨即得到提高，因為CNG的耐磨性較差，所以必須借助有效摩擦管控保證其在恰當的范圍，并以此延長機械的壽命。

3.壓縮天然氣的供氣技術

(1)壓縮天然氣的生產工藝

壓縮天然氣（CNG）的生產工藝流程總結如下：天然氣從管道輸出之后憑借核算計量與壓力調整，確保滿足規(guī)定的條件后實施凈化，把天然氣中包含的雜質氣體一氧化碳、氧化氫和硫化氫分離出去，滿足規(guī)定的條件后壓縮天然氣。壓縮的時候可憑借壓縮機把15～25MPa的壓力施加給天然氣，接著通過加壓站當中配置的燃氣運送接口把天然氣灌入壓縮天然氣鋼瓶拖車當中，直至壓力值與鋼瓶的規(guī)定值一致時就可以讓壓縮機暫停工作。

①天然氣的壓縮技術。壓縮技術是壓縮天然氣的生產工藝當中不可或缺的一項技術。天然氣如果只具備小壓力的氣源，那么通常要憑借壓縮機給天然氣施加壓力，壓縮至20MPa即可。壓縮的時候通常要借助水冷活塞式壓縮機實施四級的壓縮工藝。接著通過加壓站當中配備的燃氣運送接口把天然氣灌到壓縮天然氣鋼瓶拖車當中，直至壓力值與鋼瓶的規(guī)定值一致時，壓縮機暫停工作。當取氣點加壓站的作業(yè)結束后，便把壓縮天然氣鋼瓶拖車運輸至目標地的天然氣卸氣站。

②天然氣的脫水技術。天然氣被壓縮過后因為在高壓作用下會有析水或析出水化物的現(xiàn)象出現(xiàn)，被析出的物質會和空氣發(fā)生化學反應腐蝕鋼制天然氣容器和天然氣管道，同時還會使天然氣閥門和管道等出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，因此，把天然氣灌入氣罐之前一定要實施脫水，同時要參照壓縮機的工作實情選擇恰當的脫水形式。通常而言，若壓縮機類型是無油潤滑式的，則選擇低壓脫水形式；若壓縮機類型是有油潤滑的，則選擇高壓脫水形式。不管哪種脫水形式，均要保證出站的天然氣當中水的含量要低于7.8mg/m3。

(2)壓縮天然氣的運送

壓縮天然氣槽車的用途是專門運輸壓縮天然氣，整個車的氣壓相對較高，一般選擇瓶組式組成，且每八個圓筒形鋼瓶構成一組單車瓶組，

運輸壓縮天然氣的過程中最關鍵的是要保證安全，對單車載運量有明顯影響因素涵蓋鋼瓶質量、牽引車的主要性能、組裝工藝的優(yōu)良程度、公路情況等。為了能夠有效提升壓縮天然氣的整體運輸效率，縮減運輸中的費用，運輸壓縮天然氣時使用頻率最高的運輸工具就是運輸平掛車。參照壓縮天然氣生產條件的差異，運輸設備的壓力等級也隨之變化。

現(xiàn)階段運輸壓縮天然氣的運輸設備最主要的有兩種，其一是大容積氣瓶運輸，其二是小容積氣瓶運輸。因為底盤和氣瓶組連接方式的差異，將其劃分為兩大類，其一是捆式，其二是集裝管束式。在底盤當中將氣瓶和管件直接組合在一起，同時和連接鋼帶捆綁在一起，將此運用于大容積氣瓶組裝形式當中，但是集裝管束式是憑借把氣瓶和相關管件連接在ISO標準角件上，把集裝箱中的專用底盤與鎖具連接在一起。

運輸壓縮天然氣時所投入的成本與其運輸的實際距離之間聯(lián)系緊密。對運輸壓縮天然氣時所投入的成本有影響的因素涵蓋了氣源、實際運輸距離等。在設計供氣方案的時候，要綜合門站、槽車、城市管網還有原料單價等各個方面的因素。當供氣規(guī)模一致的情況下，管道供氣方案和壓縮天然氣供氣方案中運輸成本和運輸距離成正比，運輸距離越長，需要投入的成本就越多。從投資成本方面來看，壓縮天然氣供氣方案比管道運輸方案更具優(yōu)勢，除此之外，還具有見效快，周期短的特點，而管道供氣方案的主要優(yōu)勢在于供氣穩(wěn)定、和易于管理。由此可見，用氣規(guī)模不大，距離氣源不近的中小城鎮(zhèn)選擇壓縮天然氣供氣更為合適。

(3)減壓供氣工藝

①降低到站的鋼瓶拖車當中天然氣的壓力，對天然氣進行加熱后通過各種等級的加熱器和調壓器對天然氣進行運輸，這樣便可以防止設備在溫度差的作用下不能正常運作，天然氣的壓力值要低于整個運輸網所能承受的最大壓力值。與此同時，還要考慮到鋼瓶拖車所能承受的最大壓力值等各項因素，不然，卸氣設備調壓的精度和加熱等級的精度都會有所下降。

當壓縮天然氣送到目的地后，必須要及時卸車，并在調壓間當中將天然氣的壓力降低。通常而言，要把壓力降低到0.3MPa～0.4MPa。由于壓力的降低，溫度也會隨之下降。如果天然氣內部溫度到了零下十幾度，那么調壓設備可能會被損壞。為防止設備被損壞，一般會借助三級降壓的調壓方式實現(xiàn)壓縮天然氣的降壓保存，使減壓環(huán)境趨于穩(wěn)定。二級減壓的方法一般適用于天燃氣流量不大的設備。一般把壓縮天然氣由槽車轉移至一級換熱器當中進行加熱，讓天燃氣的溫度升高到目標溫度后再轉移到一級調壓器當中，使壓力降低至7MPa，接著在二級換熱器設備當中使其溫度升高，讓壓力降低至1.6MPa。緊接著轉移到三級調壓器當中讓壓力降低至0.3MPa，予以計量處理后運輸到管網。

當壓縮天然氣轉移到減壓站對其實施減壓的過程中，除了要考量調壓設施是否可靠與安全，還需考量下列三個方面的問題：

①供氣峰谷間的天然氣流量差。為防止峰谷間流量差太過于顯著對氣體減壓產生負面作用，在減壓時，可把調壓器以多路并聯(lián)的方式連接。如遇供氣高峰，可通過多臺調壓器同步減壓，在低谷時則僅需一臺調壓器。設備運作情況較佳的過程中要最大限度地避免高頻率開啟閥口。

②一般而言壓縮天然氣配套的減壓站均采取一路進口，這樣一來極易造成因為槽車卸氣達到最低的時候不能和減壓站設計的流量相符，降低供氣能力。所以，在規(guī)劃天然氣減壓站的過程中，可多開設幾個進口，并通過兩路以上的結構同步卸氣，以此來保障流量能夠正常供應。

③為保障供氣可靠，一定要在減壓站的出口處添設加臭設施。

(4)CNG減壓站的運行維護

①落實好工作人員安全教學培訓與專業(yè)應用技術教學培訓，生產制造加工職位的工作人員，經過測試合格后才能夠上崗。設置專職安全經營綜合管理主管，操控管理職位采用了三班四運轉的任務工作體制，每班保障有二至三人，以增強巡檢力度，保障生產加工工藝機器設備安全，日常落實好查漏檢漏工作。

②生產制造加工區(qū)入口位置設立警示牌，生產制造加工區(qū)建筑外墻結構與生產制造加工區(qū)內，設立顯著的“禁止煙火”警戒牌，成立安全穩(wěn)定的生產加工管理體制，并且需求所有工作人員自覺主動遵循實行，嚴令拒絕因違章操控管理。成立健全完善的管理體制。

③成立專業(yè)應用技術信息檔案，落實好按期檢查維修與通常修理工作，嚴格實行巡檢體制。

(5)CNG供氣技術必須滿足的適用條件

壓縮天然氣的供氣技術必須滿足的適用條件有：第一，壓縮天然氣母站當中天然氣的品質、總體積以及氣瓶車的數目、運輸距離、交通環(huán)境等要達到要求；第二，供氣技術的核心參數中包含壓縮天然氣儲配站的實際供氣規(guī)模；第三，要滿足經濟性要求，要全方位對比管道運輸方式和壓縮天然氣儲配站二者的經濟性。

(6)CNG供應城鎮(zhèn)燃氣可行性分析

CNG加氣站生產制造加工的壓縮天然氣質量滿足現(xiàn)有國家參考應用標準《車用壓縮天然氣》的要求，實現(xiàn)產品天然氣的參考應用標準。CNG體系供氣模式通常包含取氣點加壓作用站、鄉(xiāng)鎮(zhèn)卸氣站、調節(jié)振蕩波峰設備設施、鄉(xiāng)鎮(zhèn)輸配傳輸管網等。長輸傳輸管線提供模式，通常包含長輸傳輸管線、鄉(xiāng)鎮(zhèn)門站、調節(jié)振蕩波峰設備設施、鄉(xiāng)鎮(zhèn)輸配傳輸管網。CNG體系供氣模式的取氣點加壓站，可以使用天然氣的加氣母站，兩大類提供模式的比較鋼瓶拖車數目與長輸傳輸管線投資。經過對兩大類提供模式投資、成本費用和運距的探究分析，包括對北京市郊區(qū)多個CNG供氣生活服務社區(qū)運行工作實際狀況的全面、深入地了解和掌握，能夠得知如下分析結果：

在供氣總體規(guī)模相同的時候，伴隨著運距的增大，CNG自動傳輸與長輸傳輸管線自動傳輸的投資及成本費用，都呈增加大方向，在這其中長輸管線的增長作用幅度比較多。伴隨著供氣總體規(guī)模的增加，長輸管線的投資增長幅度相對較低，成本費用的降低大方向比較顯著，而CNG自動傳輸的投資增長幅度比較多，成本費用減少大方向不顯著，綜上所述供氣總體規(guī)模對CNG自動傳輸模式影響作用因子比較多。供氣總體規(guī)模在2000～10000戶，供氣作用范圍在80km左右應用CNG供氣模式，在客戶承擔水平、投資與成本費用上較占優(yōu)勢。伴隨著供氣總體規(guī)模的加大，CNG提供模式領先于長輸管線提供模式的交通運輸距離也加大。

液化石油氣（LPG）經過氣化處理之后，可以和天然氣一起應用傳輸管道供應鄉(xiāng)鎮(zhèn)公民運用。因為LPG交通運輸便利、易保存、熱數值高、項目工程投資建設快，所以，自二十世紀90年代之后，早就被許多中、小鄉(xiāng)鎮(zhèn)與公民生活服務社區(qū)運用。LPG傳輸管道提供模式有純液化石油氣傳輸管道供氣與液化石油氣混空氣傳輸管道供氣。

以供氣總體規(guī)模在10000戶的供氣生活服務社區(qū)為實踐應用案例，液化石油氣市場實際價格為3000元人民幣/t，熱數值108MJ/Nm'；加氣站CNG市場實際價格為1.7元人民幣/Nm'，熱數值40MJ/Nm'。從CNG提供與LPG傳輸管道提供成本費用對比能夠分析，當運距在100km左右的時候，CNG提供鄉(xiāng)鎮(zhèn)燃氣從經濟實際總收益探究分析，優(yōu)勢是較為顯著的，當運距在300km左右的時候，依然領先于LPG傳輸管道提供。天然氣市場實際價格穩(wěn)定，從抵抗各類風險性探究分析，CNG提供鄉(xiāng)鎮(zhèn)燃氣也領先于LPG傳輸管道提供。

壓縮天然氣輸配的生產加工工藝，主要機器設備都已經完成國內生產，并且已產生全球或者部頒參考應用標準。超高壓天然氣鏈接，在石油體系現(xiàn)有耐用機器設備。截止今日，在京津區(qū)域已經大量投入運用的壓縮天然氣生活服務社區(qū)供氣站已超越20座，供氣總人口超越8萬戶，國內生產、進口機器設備都有運用。經過對兩年多真實情況運行工作實際狀況的全面、深入地了解和掌握，國內生產機器設備穩(wěn)定可靠，均可以實現(xiàn)綜合系統(tǒng)設計需求，安全運行工作。

(7)CNG供氣技術的方案比較

因為壓縮天然氣只需要非常簡單的工藝，只要投入少量成本就能夠獲取成倍的利潤。所以，在那些不利于管道運輸天然氣的小城鎮(zhèn)，通過壓縮天然氣的方法進行供氣不失為一種有效的辦法，同時，壓縮天然氣也不會由于運輸管道變長而無法使用。

雖然通過管道運輸進行公開供氣的方法經濟性最好，但是在選擇具體供氣方法的時候要充分考慮到居民對天然氣的使用情況和運輸距離。難免在一些情況下管道運輸供氣的方法不具備經濟性，譬如，居民對于天然氣的需求量非常大，且周圍又不具備供氣源的時候，這種情況下就要鋪好幾千米的天然氣管道，如此一來該方法的經濟性要求就無法滿足。基于供氣規(guī)模逐漸擴大的形勢分析而言，從成本投入方面來看，管道遠距離運輸需要投入的成本和供氣規(guī)模擴大的程度相反，所以，如果供氣規(guī)模相對較大的話，采取非管道運輸的天然氣運輸方法更佳。

4.結語

綜合上文所述可知，壓縮天然氣可以在城鎮(zhèn)得到廣泛的應用，因此，我們必須繼續(xù)強化其應用，拓展其應用范圍，讓城鎮(zhèn)居民的整體生活水平有效改善，使我國經濟發(fā)展獲得有效的推動力。