CNG施工调研

CNG加气站投资、设计、施工、运营管理调研1CNG加气站CNG加气站,基本上分两大类:一类是开放式结构,一类是橇装式结构[2]。所谓开放式结构,是指将加气站所有设备分别安装在厂房内,并按工艺流程用高、低压管道和各种阀门将这些设备联系起来,形成一个开环工艺系统。所谓橇装式结构（分不封闭型和全封闭型）,是指将加气站主要设备,如净化、压缩、冷却、控制、储气等都尽可能的集成在一个称为橇装的底座上,形成一个可闭环控制的整体设备,可在工厂内完成全部制造调试工作,便于运输和露天安装,大大减少了现场安装调试工作量,只要通上电,接通气路就可工作。CNG加气站有6个子系统组成:(l)调压计量系统;(2)天然气净化干燥系统;(3)天然气压缩系统;(4)压缩天然气的储存系统;(5)控制系统;(6)压缩天然气的售气系统。CNG加气站一般可分为3种类型:常规站、母站和子站[1]。常规站是建立在市区有天然气管线通过的地方，从天然气管线直接取气，天然气经过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机进行压缩,然后进入储气瓶组存储或通过售气机给车辆加气。通常常规站加气量在600~1000Nm3/h之间。常规站工艺流程见图1。母站是建立在临近天然气管线门站的地方,从天然气管线直接取气,经过脱硫、脱水等工艺,进入压缩机压缩,然后进入储气瓶组存储或通过售气机给子站以及天然气汽车售气,母站的加气量在2500~4000Nm3/h之间。母站工艺流程见图2。子站一般建立在加气站周围没有天然气管线或受环境条件限制的地方，通过子站转运车将从母站运来的天然气给天然气汽车加气，一般需配小型压缩机和储气瓶组。为提高转运车的取气率，用压缩机将转运车内的低压气体升压后，转存在储气瓶组内或直接给天然气汽车加气，见图3.图1常规站工艺流程图图2母站工艺流程图图3子站工艺流程图2工作原理2.1常规站工作原理经过预处理的天然气经过进站过滤、计量、调压后，以一定压力进入天然气深度脱水装置，使天然气水露点达到专用天然气标准(一般为最高工作压力对应下的-25℃)，而后经洗涤罐进入天然气压缩机进行4级压缩。使其压力达到25MPa,通过优先顺序控制盘进入高、中、低压3组储气瓶暂时存储，而后经过优先顺序控制盘、加气机(或由压缩机直供气)对天然气汽车充气。并当储气瓶中的气量低于压缩机的启动设置点时，压缩机重新启动，压缩天然气进入高、中、低压3组储气瓶中暂时存储，从而重复上述过程。2.2CNG汽车加气过程储气瓶组对CNG汽车的加气过程:首先由低压储气瓶组对其加气；当低压储气瓶不能充满汽车时,则切换到中压储气瓶对其充气；如果中压气瓶还不能充满汽车时,则切换到高压气瓶对其充气,由高压气瓶充满汽车；如果高压储气瓶还不能充满汽车,则由压缩机直接对汽车供气。2.3储气瓶组补气过程压缩机对储气瓶组的补气过程由高压向低压逐组进行,即天然气被先送入高压储气装置,直到高压储气装置中的压力达到“从高压转向中压装置参数设定值”,这时中压储气装置的阀门打开，气体被送入中压储气装置，直到其中的压力达到“从中压转向低压装置参数设定值”从而开始充低压储气装置，直到储气装置中的气量达到停机设定点，压缩机停止工作。高压转低压、中压转低压、低压的停机设定值在此均假定为最高工作压力25MPa,即将高、中、低压气瓶充满。2.4子站工作原理子站转运车以25MPa的压力从母站运往子站，首先可以通过售气机直接对车辆进行加气。当转运车内气体压力降到20MPa，压缩机II级缸启动,压缩气体至25MPa存储在现场储气库中，从而可对车辆进行两级充气(先由转运车作低压瓶组对车辆充气，然后由现场储气库作高压瓶组对车辆充气)；当转运车内气体压力降到7.5MPa时,压缩机I、II级缸均启动,天然气经两级压缩到25MPa存储在现场储气库中，对车辆进行两级充气。当转运车内压力降到3MPa时，转运车运往母站进行充气。3成本比较常规站天然气运行成本主要由净化成本、储气成本、压缩成本3部分构成，其各部分成本构成如表1。表1常规站天然气运行成本构成表常规站天然气的运行成本为：子站运行成本的计算子站天然气的运行成本主要由运输成本、压缩成本、储气成本3部分构成，其各部分成本构成如表2。表2子站天然气运行成本构成表由于子站中给汽车加气过程中约有52%的气体是不经过压缩机和储气装置充装到汽车气瓶的，而大约48%的气体是经过压缩机和储气装置充装到汽车气瓶的，则子站天然气的平均运行成本为：由此，考虑到常规站与子站的天然气进气价格，可得出投资建设常规站与子站的经济区，如图4所示。当子站进气价格在1.5~1.57元/m3时，建设子站相比建设常规站更经济一些，当子站进气价格在1.57~1.8元/m3时，建设常规站将比建设子站经济效益会更优一些。这一点对于那些资金有限、不能形成子母站网络的投资者来说，可以通过选择建设常规站或子站在较短时间内取得较好的经济效益，并能够在2年左右收回成本。图4子站天然气成本随进气价格的变化曲线表3各种加气站特点比较加气站常用的储气方式：表5常用储气方式对比3000m3(标准状态下)4CNG加气站具体施工案例4.1四川南充某CNG加气站工艺流程[3]CNG加气站工艺流程现状（存在优缺点）（见图5）：图5常规CNG加气站工艺流程图CNG加气站工艺流程改进后（存在优缺点）（见图6）：图6改进后的CNG加气站工艺流程目前地下储气井结构（见图7）图7目前地下储气井结构根据目前国内CNG加气站的工艺流程现状及存在的安全隐患，本文对CNG加气站的现有工艺进行分析研究，提出了优化方案：a）将天然气直充改为经过地下储气井冷却后加气，满足汽车加气的温度要求，同时在地下储气井的出口处安装单向阀，防止因地下储气井泄漏而造成天然气窜井现象。b）将地下储气井由单向进出气改为进出气各一根管道，并在地下储气井内增设套管，使地下储气井具备储存和冷却天然气的功能。CNG加气站的规模一般为日加气100辆。加气站的主要设备有:天然气无油润滑压缩机、干燥器、高压气瓶组装罐、售气机以及电控设备等。表6、表7列出了加气能力5000m3/d、100辆/dCNG加气站的投资和运行成本概算,表8是建设加气站的经济效益指标。计算结果表明:加气站全部采用国产设备时总投资为289万元,静态投资回收期(不含建设期)为3.73年,投资利税率达到25.24%,经济效益可观。表65000m3/dCNG加气站的投资概算表75000m3/dCNG加气站的运行成本核算表75000m3/dCNG加气站的经济效益分析4.2魁奇天然气加气子站[4]4.2.1工程概述以魁奇天然气加气子站为例,站内有增压系统、储存系统、加气系统、天然气回收系统。压缩天然气气瓶车中的CNG进入加气子站后,经计量、加压、储存、充装等环节,最后输出压缩天然气到汽车的储气瓶中。主要安装工作量有:压缩机橇2座,储气井3口,加气机4台,顺序控制盘1台,不锈钢管(0Cr18Ni9)254.5约700m、102约40m、385约100m,20号钢输送流体用无缝钢管894.5约70m、573.5约40m。图8为工程工序控制流程，图9管道吹扫、试压、置换分段阀门。图8工艺控制流程图9管道吹扫、试压、置换分段阀门4.3大港油田CNG站储气井工艺流程[7]大港油田压缩天然气站工程包括一座CNG母站(设计规模为5104m3/d),一座CNG常规站(设计规模为1104m3/d),其功能低压气源经净化、加压到25MPa进入地下储气井,从地下储气井取气,给天然气汽车及转运拖车加气,如图10。其中储气井工程包括母站6口井、12m3水容积,常规站6口储气井、10m3水容积。图10大港油田CNG站工艺流程图[6]图11CNG地下储气井工艺流程图储气装置组成及技术参数:大港油田CNG站设计应用的储气井是目前最新型的储气装置,它主要由井底封头、储气井管、储气井口、井(排)气阀,压力表、井下积液排污管、排污阀等组成,如图12,其技术参数如表8。该储气装置采用独特的单进出、双阀设计、避免了在使用中为更换阀门而必须排放完天然气的弊端,达到使用经济、方便、安全的效果。图12储气井示意图表8CNG站储气井技术参数图13CNG加气站工艺流程图[8]5天然气加气站模式对比天然气加气站有LNG、CNG和L-CNG三种模式,其工艺流程及所需设备不同。比较了3种加气站设备、造价、运行费用以及安全性。LNG加气站在造价和安全性方面优于CNG加气站,而L-CNG加气站介于两者之间。对于加气规模为10000m3/d的加气站,只有当LNG加气站的天然气进站价格比CNG加气站高出约0.151元/m3时,其年总运行费用才会高于CNG加气站。建议在条件允许的情况下,优先考虑建设LNG加气站。表910000m3/d天然气加气站设备和造价表1010000m3/d天然气加气站年运行成本概算（原料气除外）表11三种加气站的不安全因素及安全措施比较参考文献[1]陈二锋,郁永章,张早校,高秀锋.CNG加气站常规站与子站的经济性比较[J].压缩机技术，西安交通大学环化学院化机系,2005.[2]刘锡麟.CNG加气站的系统配置[J].西安天洁航天科技股份有限公司,2001.[3]舒浩纹1刘苏2吴晓南1.CNG加气站工艺流程优化设计探讨[J].1.西南石油大学，2.中国石油四川销售分公司，南充市金源压缩天然气有限责任公司，2012.[4]吴红华.CNG加气子站工艺系统施工技术[J].煤气与电力,佛山市汽车燃气有限公司,2009.[5]陈叔平,谢高峰,LNG、L-CNG、CNG加气站的比较[J].煤气与热力.2007.[6]何鑫.大港油田CNG加气站技术特点天然气与石油[J].天然气与石油.2006.[7]何鑫,万丽.大港油田CNG加气站储气系统设计及工艺技术[J].天然气与石油.2007.[8]董澍.压缩天然气(CNG)加气站工艺技术及方案选择[J].浙江化工，2006.