CNG加氣站建設(shè)規(guī)范及相關(guān)問(wèn)題淺析

CNG加氣站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)問(wèn)題淺析張?jiān)鰟?021年3月25日聊城題綱1加氣站類型2天然氣質(zhì)量要求3壓縮機(jī)選型4儲(chǔ)氣方式及容積確定5脫水裝置的選型6關(guān)于加氣站的分級(jí)問(wèn)題7加氣站平安設(shè)施8加氣站施工中的問(wèn)題1加氣站類型1.1加氣標(biāo)準(zhǔn)站〔常規(guī)站〕a1.2加氣母站a系1.2加氣母站1.3加氣子站〔壓縮機(jī)〕1.4加氣子站〔液壓〕2天然氣質(zhì)量要求2.1標(biāo)準(zhǔn)要求壓縮天然氣加氣站進(jìn)站天然氣的質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?天然氣?GB17820中規(guī)定的II類氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和壓縮機(jī)運(yùn)行要求的有關(guān)規(guī)定。增壓后進(jìn)入儲(chǔ)氣裝置及出站的壓縮大然氣的質(zhì)量，必須符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?車用壓縮天然氣?GB18047的規(guī)定。GB50156-2002(2006年版)第條項(xiàng)目質(zhì)量指標(biāo)試驗(yàn)方法高熱值MJ/Nm3A組>31.4GB/T11062GB/T13610B組14.65~31.4總硫（以硫計(jì)）mg/m3,<150(I),270(II),460(III)GB/T11061硫化氫mg/m3,<6(I),20(II)GB/T13610含二氧化碳量體積%,<3GB/T17283水分無(wú)游離水機(jī)械分離目測(cè)2.2?天然氣?GB17820項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)高位發(fā)熱量，MJ/m3＞31.4總硫（以硫計(jì)），mg/m3≤200硫化氫，mg/m3≤15二氧化碳yco2，％≤3.0氧氣yo2，％≤0.5水露點(diǎn)，℃在汽車駕駛的特定地理區(qū)域內(nèi)，在最高操作壓力下，水露點(diǎn)不應(yīng)高于-13℃；當(dāng)最低氣溫低于-8℃，水露點(diǎn)應(yīng)比最低氣溫低5℃。注：本標(biāo)準(zhǔn)中氣體體積的標(biāo)準(zhǔn)參比條件是101.325kPa，20℃2.3車用壓縮天然氣〔GB18047)2.4天然氣作為汽車燃料的優(yōu)點(diǎn)燃燒性好，發(fā)熱量大，煙塵少，不結(jié)碳；運(yùn)行平安：燃點(diǎn)、爆炸極限、盛裝容器不同；天然氣燃燒迅速無(wú)爆震現(xiàn)象；且價(jià)格低；燃料可以備用。2.5天然氣作為汽車燃料的缺點(diǎn)燃料充裝量少，行駛里程短；改車需要增加投資；天然氣為氣態(tài)燃料，不易儲(chǔ)存和攜帶，需要建設(shè)加氣站網(wǎng)絡(luò)；動(dòng)力性能下降約10%。3壓縮機(jī)選型3.1壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)對(duì)稱平衡式1慣性力平衡最好2振動(dòng)很小3無(wú)須設(shè)置大飛輪4維護(hù)方便5驅(qū)動(dòng)機(jī)功率脈動(dòng)小，最適宜電機(jī)驅(qū)動(dòng)1占地積面積太大，不利于小型化2活塞自重落在汽缸壁上磨損較嚴(yán)重不宜采用無(wú)油潤(rùn)滑立式1氣缸與活塞間的摩擦磨損均勻，耗功最少2采用無(wú)油潤(rùn)滑。從而提高氣體質(zhì)量，免除氣液分離器等設(shè)備，簡(jiǎn)化維修3占地面積小，易于小型撬裝安裝1慣性力不平衡2要設(shè)置很大的飛輪3驅(qū)動(dòng)機(jī)功率脈動(dòng)最大，對(duì)電網(wǎng)要求高4排氣量受氣缸數(shù)限制不能設(shè)計(jì)的很大角度式1慣性力可以較大程度的平衡2結(jié)構(gòu)緊湊3氣缸數(shù)較多，壓力比較小4可采用風(fēng)冷卻氣缸，尤其適于缺水地區(qū)5宜于小型化6易于系列化，變型容易1維護(hù)不太方便2活塞與氣缸間仍存在偏磨，不太適宜無(wú)油潤(rùn)滑3結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高3.2壓縮機(jī)氣缸的潤(rùn)滑方式潤(rùn)滑方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)無(wú)油潤(rùn)滑1無(wú)須安裝油分離器等設(shè)備2節(jié)省了費(fèi)用和機(jī)器空間3耗油量低4維護(hù)工作量降低5潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)化1對(duì)氣缸特別是活塞環(huán)材質(zhì)要求極高，成本上升有油潤(rùn)滑1對(duì)氣缸和活塞環(huán)材質(zhì)要求不高2可以利用氣缸潤(rùn)滑油帶走一部分摩擦熱量，保證壓縮機(jī)工作在可靠程度范圍內(nèi)3有油潤(rùn)滑技術(shù)難度小，安全可靠，同時(shí)可減少摩擦耗功1必須在排氣口安裝油分離器2機(jī)組體積增大，成本上升3潤(rùn)滑系統(tǒng)復(fù)雜4維修工作量大5耗油量大6從氣缸帶出的潤(rùn)滑油可能使干燥物質(zhì)失效3.3壓縮機(jī)的冷卻方式冷卻方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)閉式循環(huán)水冷1冷卻效果好，氣缸壁工作溫度低2降低壓縮機(jī)對(duì)高溫環(huán)境的敏感度，確保高可靠性，高效率3減輕冷卻器的熱負(fù)荷，減少其體積1氣缸結(jié)構(gòu)復(fù)雜2需要定期更換冷卻液3增加一套冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，使得整機(jī)系統(tǒng)更復(fù)雜氣缸無(wú)散熱翅片的風(fēng)冷1氣缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單2無(wú)須對(duì)氣缸套清洗水垢3無(wú)須冷卻水循環(huán)系統(tǒng)1氣缸工作溫度最高對(duì)材料要求高2冷卻效果好壞完全取決于冷卻器3同樣進(jìn)排氣條件下冷卻器體積最大氣缸有散熱翅片的風(fēng)冷1氣缸結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單2冷卻風(fēng)扇可以同時(shí)對(duì)氣缸和冷卻器進(jìn)行冷卻，冷卻效果好1氣缸散熱翅片使得鑄造工藝復(fù)雜3.4壓縮機(jī)的選型依據(jù)結(jié)構(gòu)型式潤(rùn)滑方式冷卻方式進(jìn)氣壓力排氣量4儲(chǔ)氣方式及容積確定4.1ASME容器單元設(shè)計(jì)壓力27.6MPa，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為ASME；通常作為地面存儲(chǔ)。ASME允許容器上有排污口；初期投資高，運(yùn)行和維護(hù)本錢低；場(chǎng)地要求5～7m2,鞏固，整體結(jié)構(gòu)能更好的承受沖擊載荷及地震波動(dòng)。4.1ASME容器單元4.2儲(chǔ)氣井設(shè)計(jì)壓力為25Mpa，儲(chǔ)氣井的深度一般為150米。套管是按照API標(biāo)準(zhǔn)5CT制造的N80鋼級(jí)石油套管,鋼號(hào)為30Mn4和28CrMo6。其占地面積很小，有利于站場(chǎng)平面布置；雖然初期投資較大，但儲(chǔ)氣井至少可以使用25年以上，并可以節(jié)省檢驗(yàn)維護(hù)費(fèi)，平安可靠性好。其缺點(diǎn)是耐壓試驗(yàn)無(wú)法檢驗(yàn)強(qiáng)度和密封性,制造缺陷也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn).排污不徹底,容易對(duì)套管造成應(yīng)力腐蝕。4.2儲(chǔ)氣井4.3儲(chǔ)氣瓶組4.4儲(chǔ)氣容積確實(shí)定1儲(chǔ)氣井的分區(qū)設(shè)置儲(chǔ)氣裝置的容量是不可能全部被利用的，其容積利用率與其利用方式有很大關(guān)系，主要影響因素是儲(chǔ)氣裝置設(shè)定的起充壓力的上下及其分組情況。應(yīng)用氣體狀態(tài)方程進(jìn)行比照分析，利用分區(qū)存儲(chǔ)的方式可以較高的提高目標(biāo)容器利用率。目前CNG站較多的是采用高、低、壓三級(jí)分區(qū)進(jìn)行儲(chǔ)氣。在對(duì)來(lái)站的汽車進(jìn)行加氣時(shí)，先利用低壓區(qū)的儲(chǔ)氣井將汽車氣瓶充氣到第I級(jí)壓力，然后轉(zhuǎn)用中壓區(qū)的儲(chǔ)氣庫(kù)充氣到第II級(jí)壓力，再由高壓區(qū)的儲(chǔ)氣庫(kù)充氣到第III級(jí)的壓力，從而完成對(duì)汽車的充氣。4.4儲(chǔ)氣容積確實(shí)定2儲(chǔ)氣井?dāng)?shù)量的優(yōu)化在為汽車加氣過(guò)程中，加氣順序依次為低壓、中壓、高壓，在給氣瓶充裝時(shí)，大局部都是使用低、中壓對(duì)氣瓶充氣，等充氣末了才啟動(dòng)高壓儲(chǔ)氣井，故在設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣時(shí)的分組時(shí)，應(yīng)考慮儲(chǔ)氣井分區(qū)的比例關(guān)系，目前比較適宜的比例為高、中、低壓的比例為1：2：3。4.4儲(chǔ)氣容積確實(shí)定4壓縮天然氣加氣站儲(chǔ)氣設(shè)施的總?cè)莘e應(yīng)根據(jù)加氣汽車數(shù)量、每輛汽車加氣時(shí)間等因素綜合確定，在城市建成區(qū)內(nèi)儲(chǔ)氣設(shè)施的總?cè)莘e應(yīng)符合以下規(guī)定：管道供氣的加氣站固定儲(chǔ)氣瓶〔井〕不應(yīng)超過(guò)18m3；加氣子站的站內(nèi)固定儲(chǔ)氣瓶〔井〕不應(yīng)超過(guò)8m3，車載儲(chǔ)氣瓶的總?cè)莘e不應(yīng)超過(guò)18m3。GB50156-2002,(2006年版)第條5脫水裝置的選型5.1常用的脫水方式目前國(guó)內(nèi)外常用的脫水方式有兩種：前置脫水，脫水裝置安裝在壓縮機(jī)進(jìn)氣口之前，對(duì)進(jìn)站天然氣進(jìn)行深度脫水，工作壓力為管網(wǎng)進(jìn)站壓力；后置脫水，脫水裝置安裝在壓縮機(jī)排氣口之后，對(duì)壓縮后的高壓天然氣進(jìn)行深度脫水，工作壓力為壓縮機(jī)的排氣壓力。5.2脫水工藝流程-高壓5.2脫水工藝流程-低壓5.3兩種方式比較◆先脫水后壓縮，可減輕超壓縮機(jī)負(fù)荷，防止液擊現(xiàn)象發(fā)生，減少氣體中酸性雜質(zhì)對(duì)壓縮機(jī)的損害?！粝葔嚎s后脫水，可減少吸附劑用量，使脫水裝置體積減少?！艄芫W(wǎng)壓力：進(jìn)站管網(wǎng)壓力較高(≥0.4MPa)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用前置脫水方式；管網(wǎng)壓力較低(<0.15MPa)時(shí)，應(yīng)考慮選用后置脫水方式。5.3兩種方式比較◆處理氣量：前置脫水可處理大流量氣體，可達(dá)1.5×104Nm3/h，后置脫水方式因受高壓管件、閥門限制，目前只宜處理小流量氣體，一般<3500Nm3/h?！粼偕绞剑呵爸妹撍刹捎锚?dú)立的閉式循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行再生，不受壓縮機(jī)是否開機(jī)的限制。后置脫水再生氣回收困難：①如果讓再生氣回流到壓縮機(jī)進(jìn)氣管線，那么必須再生過(guò)程與壓縮機(jī)工作過(guò)程同步進(jìn)行。如壓縮機(jī)工作時(shí)間短，那么易造成再生過(guò)程中斷，再生不完全，無(wú)法保證成品氣體露點(diǎn)到達(dá)要求，甚至使成品氣有可能帶水。②再生氣進(jìn)入廢氣回收系統(tǒng)，不僅費(fèi)用高，還存在平安隱患。③再生氣放空，將會(huì)造成能源浪費(fèi)，CNG加氣站運(yùn)行費(fèi)用增加。5.3兩種方式比較◆成品氣品質(zhì)：前置脫水可充分利用龐大的管網(wǎng)系統(tǒng)作為脫水裝置的緩沖器，使脫水過(guò)程中壓力保持穩(wěn)定，從而使氣體品質(zhì)(露點(diǎn))保持穩(wěn)定。后置脫水裝置的工作壓力在壓縮機(jī)開啟時(shí)，或CNG加氣站加氣過(guò)程中容易波動(dòng)，工作壓力的波動(dòng)勢(shì)必造成氣體品質(zhì)的不穩(wěn)定?！粑絼勖呵爸妹撍b置的吸附劑壽命遠(yuǎn)高于后置脫水裝置。5.3兩種方式比較◆本錢比較：后置脫水裝置的重量和體積約是同流量前置脫水裝置的1/2，設(shè)備價(jià)格也較低。但因高壓閥門、管件價(jià)格昂貴，每臺(tái)高壓脫水裝置的年維修費(fèi)用是每臺(tái)低壓脫水裝置年維修費(fèi)用的7～10倍。5.3兩種方式比較6順序控制系統(tǒng)6.1順序控制設(shè)備6.1順序控制設(shè)備6.2加氣站順序加氣流程加氣站順序加氣流程7關(guān)于加氣站的分級(jí)問(wèn)題7.1CJJ84-2000壓縮天然氣加氣站的等級(jí)劃分，應(yīng)符合下表規(guī)定。CJJ84-2000,第條級(jí)別貯氣裝置總?cè)莘e(m3)一級(jí)12<V≤163000<VN≤4000二級(jí)6<V≤121500<VN≤3000三級(jí)V≤6≤15007.2GB50156-2006，2006年版加油和壓縮天然氣加氣合建站的等級(jí)劃分，應(yīng)符合下表規(guī)定。級(jí)別油品儲(chǔ)罐容積（m3）管道供氣的加氣站儲(chǔ)氣設(shè)施總?cè)莘e（m3）加氣子站儲(chǔ)設(shè)施總?cè)莘e（m3）總?cè)莘e單罐容積一級(jí)61~100≤50≤12≤18二級(jí)≤60≤30注：柴油罐容積可折半計(jì)入油罐總?cè)莘e。8加氣站平安設(shè)施8.1消防間距壓縮天然氣加氣站的壓縮天然氣工藝設(shè)施與站外建、構(gòu)筑物的防火距離，不應(yīng)小于表的規(guī)定。GB50156，加氣站內(nèi)設(shè)施之間的防火距離，不應(yīng)小于表的規(guī)定。GB50156，8.2消防設(shè)施壓縮天然氣加氣站、加油和壓縮天然氣加氣合建站可不設(shè)消防給水系統(tǒng)。GB50156，每2臺(tái)加氣機(jī)應(yīng)設(shè)置不少于1只8kg手提式干粉滅火器或2只4kg手提式干粉滅火器；加氣機(jī)缺乏2臺(tái)按2臺(tái)計(jì)算。壓縮機(jī)操作間〔棚〕應(yīng)按建筑面積每50m2設(shè)8kg手提式干粉滅火器1只，總數(shù)不應(yīng)少于2只。GB50156，8.3關(guān)于子站撬車后部的防爆墻壓縮天然氣加氣子站車載儲(chǔ)氣瓶的卸氣端應(yīng)設(shè)鋼筋混凝土實(shí)體墻，其高度不應(yīng)低于儲(chǔ)氣瓶拖車的高度，長(zhǎng)度不應(yīng)小于車寬的2倍。該墻可作為站區(qū)圍墻的一局部。GB50156，尺寸大小設(shè)置位置8.4站內(nèi)平安閥的設(shè)置壓縮前的管路以及容器來(lái)氣管道緩沖罐廢氣回收罐壓縮后的管路以及容器壓縮機(jī)出口儲(chǔ)氣井〔罐〕8.5管材與管件管材：增壓前:無(wú)縫鋼管〔GB/T8163〕。增壓后:高壓無(wú)縫鋼管〔GB5310〕或〔GB/T14976〕管道組成件的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)比最大工作壓力高10％且在任何情況下不應(yīng)低于平安閥的定壓。8.6壓縮機(jī)組運(yùn)行的平安保護(hù)應(yīng)符合以下規(guī)定：1壓縮機(jī)出口與第一個(gè)截?cái)嚅y之間應(yīng)設(shè)平安閥，平安閥的泄放能力不應(yīng)小于壓縮機(jī)的平安泄放量。2壓縮機(jī)進(jìn)、出口應(yīng)設(shè)高、低壓報(bào)警和高壓越限停機(jī)裝置。3壓縮機(jī)組的冷卻系統(tǒng)應(yīng)設(shè)溫度報(bào)警及停車裝置。4壓縮機(jī)組的潤(rùn)滑油系統(tǒng)應(yīng)設(shè)低壓報(bào)警及停機(jī)裝置。GB50156，8.7防撞柱和防撞攔的設(shè)置設(shè)置位置：加〔卸〕氣機(jī)〔柱〕儲(chǔ)氣瓶組設(shè)置方式鋼柱加混凝土混凝土柱〔墩〕GB50156，8.7防撞柱和防撞攔的設(shè)置8.7防撞柱和防撞攔的設(shè)置8.7防撞柱和防撞攔的設(shè)置8.7防撞柱和防撞攔的設(shè)置爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的地面做不發(fā)火花地面；管溝〔電纜溝〕應(yīng)該填充干砂。8.8其他平安設(shè)施燃?xì)庑孤﹫?bào)警器的設(shè)置。防雷防靜電。建構(gòu)筑物的耐火等級(jí)、防爆泄壓、通風(fēng)問(wèn)題。9加氣站施工中的問(wèn)題9.1施工資質(zhì)

建筑工程管道和設(shè)備安裝工程高壓儲(chǔ)氣井的施工焊接壓力管道的焊工無(wú)損檢測(cè)人員9.2設(shè)計(jì)變更問(wèn)題

加氣站工程施工應(yīng)按工程設(shè)計(jì)文件及工藝設(shè)備、電氣儀表的產(chǎn)品使用說(shuō)明書進(jìn)行，如需修改設(shè)計(jì)或材料代用，應(yīng)有原設(shè)計(jì)單位變更設(shè)計(jì)的書面文件或經(jīng)原設(shè)計(jì)單位同意的設(shè)計(jì)變更書面文件。GB50156，9.3閥門等設(shè)備材料的認(rèn)定

設(shè)計(jì)文件規(guī)定施工單位或建設(shè)單位采購(gòu)的隨意性如需變化，須經(jīng)設(shè)計(jì)單位和建設(shè)單位同意9.4施工方案的制定和變化的隨意性

施工單位應(yīng)編制施工方案，并在施工前進(jìn)行設(shè)計(jì)交底和技術(shù)交底。施工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)隨意變化施工工藝和方案。9.5無(wú)損探傷

可燃介質(zhì)管道焊接接頭無(wú)損檢測(cè)方法應(yīng)執(zhí)行設(shè)計(jì)文件規(guī)定，缺