CNG加气站建设规范及相关问题浅析

4. 2 储气井
4. 3 储气瓶组
4. 4 储气容积的确定
1 储气井的分区设置 储气装置的容量是不可能全部被利用的，其容积利用率
与其利用方式有很大关系，主要影响因素是储气装置设定 的起充压力的高低及其分组情况。应用气体状态方程进行 对比分析，利用分区存储的方式可以较高的提高目标容器 利用率。目前CNG站较多的是采用高、低、压三级分区 进行储气。在对来站的汽车进行加气时，先利用低压区的 储气井将汽车气瓶充气到第I级压力，然后转用中压区的 储气库充气到第II级压力，再由高压区的储气库充气到第 III级的压力，从而完成对汽车的充气。
4储气方式及容积确定
4. 1 ASME容器单元
设计压力27.6MPa，设计标准为ASME；通 常作为地面存储。ASME允许容器上有排污口； 初期投资高，运行和维护成本低；场地要求 5～7m2,坚固，整体结构能更好的承受冲击载 荷及地震波动。
4. 1 ASME容器单元
4. 2 储气井
设计压力为25Mpa，储气井的深度一般为150 米。套管是按照API标准5CT制造的N80钢级 石油套管,钢号为30Mn4和28CrMo6。其占地 面积很小，有利于站场平面布置；虽然初期投 资较大，但储气井至少可以使用25年以上，并 可以节省检验维护费，安全可靠性好。其缺点 是耐压试验无法检验强度和密封性,制造缺陷也 不能及时发现.排污不彻底,容易对套管造成应 力腐蚀。
缺点
1气缸结构复杂 2需要定期更换冷却液 3增加一套冷却水循环系统，使 得整机系统更复杂
1气缸工作温度最高对材料要求 高 2冷却效果好坏完全取决于冷却 器 3同样进排气条件下冷却器体积 最大
1气缸散热翅片使得铸造工艺复 杂
3. 4压缩机的选型依据
➢结构型式 ➢润滑方式 ➢冷却方式 ➢进气压力 ➢排气量
CNG加气站建设规范 及相关问题浅析
张增刚 2010年3月25日
聊城
题纲
1 加气站类型 2 天然气质量要求 3 压缩机选型 4 储气方式及容积确定 5 脱水装置的选型 6 关于加气站的分级问题 7 加气站安全设施 8 加气站施工中的问题
1 加气站类型
1. 1加气标准站（常规站）
a
1. 2加气母站
➢每2台加气机应设置不少于1只8kg手提式干粉灭 火器或2只4kg手提式干粉灭火器；加气机不足2台 按2台计算。 ➢压缩机操作间（棚）应按建筑面积每50m2设8kg 手提式干粉灭火器1只，总数不应少于2只。 GB50156， 9.0.10
8. 3 关于子站撬车后部的防爆墙
➢压缩天然气加气子站车载储气瓶的卸气端应设钢 筋混凝土实体墙，其高度不应低于储气瓶拖车的高 度，长度不应小于车宽的2倍。该墙可作为站区围墙 的一部分。 GB50156， 5.0.10 ➢尺寸大小 ➢设置位置
5. 2脱水工艺流程-低压
5. 3 两种方式比较
◆ 先脱水后压缩，可减轻超压缩机负荷，防止液击 现象发生，减少气体中酸性杂质对压缩机的损害。 ◆ 先压缩后脱水，可减少吸附剂用量，使脱水装置 体积减少。 ◆ 管网压力：进站管网压力较高(≥0.4MPa)时，应 优先选用前置脱水方式；管网压力较低 (<0.15MPa)时，应考虑选用后置脱水方式。
缺点
1对气缸特别是活塞环材质要 求极高，成本上升
有油润滑
1对气缸和活塞环材质要求不高 2可以利用气缸润滑油带走一部 分摩擦热量，保证压缩机工作在 可靠程度范围内 3有油润滑技术难度小，安全可 靠，同时可减少摩擦耗功
1必须在排气口安装油分离器 2机组体积增大，成本上升 3润滑系统复杂 4维修工作量大 5耗油量大 6从气缸带出的润滑油可能使 干燥物质失效
8. 7 防撞柱和防撞拦的设置
➢设置位置： 加（卸）气机（柱） 储气瓶组 ➢设置方式 钢柱加混凝土 混凝土柱（墩） GB50156， 8.2.7
8. 7 防撞柱和防撞拦的设置
8. 7 防撞柱和防撞拦的设置
8. 7 防撞柱和防撞拦的设置
8. 7 防撞柱和防撞拦的设置
8. 8 其他安全设施
GB50156-2002(2006年版)第8.1.1条
2. 2 《天然气》GB17820
项目
A组
高热值
MJ/Nm3
B组
总硫（以硫计） mg/m3,<
硫化氢mg/m3 ,<
质量指标 >31.4
14.65~ 31.4
150(I),270(II),460 (III)
6(I),20(II)
试验方法 GB/T 11062 GB/T 13610
➢压缩天然气加气站的压缩天然气工艺设施与站外 建、构筑物的防火距离，不应小于表4.0.7的规定。 GB50156， 4.0.7
➢加气站内设施之间的防火距离，不应小于表 5.0.8的规定 。GB50156， 5.0.8
8. 2 消防设施
➢压缩天然气加气站、加油和压缩天然气加气合建 站可不设消防给水系统。GB50156， 9.0.2
≤3.0
≤0.5
在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操 作压力下，水露点不应高于-13℃；当最低 气温低于-8℃，水露点应比最低气温低5℃。
注：本标准中气体体积的标准参比条件是101.325 kPa，20℃
2. 4 天然气作为汽车燃料的优点
➢ 燃烧性好，发热量大，烟尘少，不结碳； ➢ 运行安全：燃点、爆炸极限、盛装容器不 同； ➢ 天然气燃烧迅速无爆震现象；且价格低； ➢ 燃料可以备用。
4. 4 储气容积的确定
2 储气井数量的优化 在为汽车加气过程中，加气顺序依次为低压、中
压、高压，在给气瓶充装时，大部分都是使用低、 中压对气瓶充气，等充气末了才启动高压储气井， 故在设计储气时的分组时，应考虑储气井分区的比 例关系，目前比较合适的比例为高、中、低压的比 例为1：2：3。
4. 4 储气容积的确定
GB/T 11061 GB/T 13610
含二氧化碳量体积% ,< 水分
3 无游离水
GB/T 17283 机械分离目测
2. 3 车用压缩天然气 （GB18047)
项目 高位发热量，MJ/m3
＞31.4
技术指标
总硫（以硫计），mg/m3 ≤200
硫化氢，mg/m3
≤15
二氧化碳yco2，％ 氧气yo2，％ 水露点，℃
8. 6 压缩机组运行的安全保护
➢应符合下列规定： 1 压缩机出口与第一个截断阀之间应设安全阀，安 全阀的泄放能力不应小于压缩机的安全泄放量。 2 压缩机进、出口应设高、低压报警和高压越限停 机装置。 3 压缩机组的冷却系统应设温度报警及停车装置。 4 压缩机组的润滑油系统应设低压报警及停机装置。 GB50156， 8.2.7
4 压缩天然气加气站储气设施的总容积应根据加气 汽车数量、每辆汽车加气时间等因素综合确定，在 城市建成区内储气设施的总容积应符合下列规定： ➢管道供气的加气站固定储气瓶（井）不应超过 18m3； ➢加气子站的站内固定储气瓶（井）不应超过8m3， 车载储气瓶的总容积不应超过18m3。 GB50156-2002,(2006年版)第3.0.5条
5. 3 两种方式比较
◆ 处理气量：前置脱水可处理大流量气体，可达 1.5×104Nm3/h，后置脱水方式因受高压管件、阀 门限制，目前只宜处理小流量气体，一般 <3500Nm3/h。 ◆ 再生方式：前置脱水可采用独立的闭式循环系统 进行再生，不受压缩机是否开机的限制。
5. 3 两种方式比较
后置脱水再生气回收困难： ①如果让再生气回流到压缩机进气管线，则必须再 生过程与压缩机工作过程同步进行。如压缩机工作 时间短，则易造成再生过程中断，再生不完全，无 法保证成品气体露点达到要求，甚至使成品气有可 能带水。 ②再生气进入废气回收系统，不仅费用高，还存在 安全隐患。 ③再生气放空，将会造成能源浪费，CNG加气站运 行费用增加。
3. 3压缩机的冷却方式
冷却方式
闭式循环水 冷
气缸无散热 翅片的风冷
气缸有散热 翅片的风冷
优点 1冷却效果好，气缸壁工作温度低 2降低压缩机对高温环境的敏感度 ，确保高可靠性，高效率 3减轻冷却器的热负荷，减少其体 积 1气缸结构简单 2无须对气缸套清洗水垢 3无须冷却水循环系统
1气缸结构比较简单 2冷却风扇可以同时对气缸和冷却 器进行冷却，冷却效果好
a 系
1. 2加气母站
1. 3加气子站（压缩机）
1. 4加气子站（液压）
2 天然气质量要求
2. 1 规范要求
➢ 压缩天然气加气站进站天然气的质量应符合现 行国家标准《天然气》GB17820中规定的II类气 质标准和压缩机运行要求的有关规定。 ➢ 增压后进入储气装置及出站的压缩大然气的质 量，必须符合现行国家标准《车用压缩天然气》 GB 18047的规定。
2. 5天然气作为汽车燃料的缺点
➢ 燃料充装量少，行驶里程短； ➢ 改车需要增加投资； ➢ 天然气为气态燃料，不易储存和携带，需 要建设加气站网络； ➢ 动力性能下降约10%。
3 压缩机选型
3. 1压缩机的结构Leabharlann Baidu式
结构形式
优点
缺点
对称平衡式
1惯性力平衡最好 2振动很小 3无须设置大飞轮 4维护方便 5驱动机功率脉动小，最适宜电机驱动
1占地积面积太大，不利于小 型化
2活塞自重落在汽缸壁上磨损 较严重不宜采用无油润滑
立式
1气缸与活塞间的摩擦磨损均匀，耗功最 少
2采用无油润滑。从而提高气体质量，免 除气液分离器等设备，简化维修
3占地面积小，易于小型撬装安装
1惯性力不平衡 2要设置很大的飞轮 3驱动机功率脉动最大，对电
网要求高 4排气量受气缸数限制不能设
➢加油和压缩天然气加气合建站的等级划分，应符合 下表规定。
油品储罐容积（m3） 管道供气的加 加气子站
级别
气站储气设施 储设施总 总容积 单罐容积 总容积（m3） 容积（m3）
一级 61~100 ≤50
≤12
≤18
二级 ≤60
≤30
注：柴油罐容积可折半计入油罐总容积。
8 加气站安全设施
8. 1 消防间距
5. 3 两种方式比较
◆ 成品气品质：前置脱水可充分利用庞大的管网系 统作为脱水装置的缓冲器，使脱水过程中压力保持 稳定，从而使气体品质(露点)保持稳定。 后置脱水装置的工作压力在压缩机开启时，或CNG 加气站加气过程中容易波动，工作压力的波动势必 造成气体品质的不稳定。 ◆ 吸附剂寿命：前置脱水装置的吸附剂寿命远高于 后置脱水装置。
8. 4 站内安全阀的设置
➢压缩前的管路以及容器 来气管道 缓冲罐 废气回收罐
➢压缩后的管路以及容器 压缩机出口 储气井（罐）
8. 5 管材与管件
➢管材： 增压前: 无缝钢管（GB/T8163）。 增压后: 高压无缝钢管（ GB5310）或（ GB/T14976 ） ➢管道组成件的设计压力应比最大工作压力高10％且在 任何情况下不应低于安全阀的定压。
5 脱水装置的选型
5. 1常用的脱水方式
目前国内外常用的脱水方式有两种： ➢前置脱水，脱水装置安装在压缩机进气口之前， 对进站天然气进行深度脱水，工作压力为管网进站 压力； ➢后置脱水，脱水装置安装在压缩机排气口之后， 对压缩后的高压天然气进行深度脱水，工作压力为 压缩机的排气压力。
5. 2脱水工艺流程-高压
计的很大
角度式
1惯性力可以较大程度的平衡 2结构紧凑 3气缸数较多，压力比较小 4可采用风冷却气缸，尤其适于缺水地区 5宜于小型化 6易于系列化，变型容易
1维护不太方便 2活塞与气缸间仍存在偏磨，
不太适宜无油润滑 3结构复杂，制造工艺要求高
3. 2压缩机气缸的润滑方式
润滑方式
优点
1无须安装油分离器等设备 2节省了费用和机器空间 无油润滑 3耗油量低 4维护工作量降低 5润滑系统简化
5. 3 两种方式比较
◆ 成本比较： 后置脱水装置的重量和体积约是同流量前置脱水装 置的1/2，设备价格也较低。但因高压阀门、管件 价格昂贵，每台高压脱水装置的年维修费用是每台 低压脱水装置年维修费用的7～10倍。
6 顺序控制系统
6. 1 顺序控制设备
6. 1 顺序控制设备
6. 2 加气站顺序加气流程
加气站顺序加气流程
7 关于加气站的分级问题
7. 1 CJJ84-2000
压缩天然气加气站的等级划分，应符合下表规定。 CJJ84-2000,第4.1.3条
级别 一级 二级 三级
贮气装置总容积(m3)
12<V≤16 6<V≤12
V≤6
3000<VN≤4000 1500<VN≤3000
≤1500
7. 2 GB50156-2006，2006年版