CNG減壓站在城鎮(zhèn)燃?xì)夤⿷?yīng)的典型應(yīng)用
1 概述
CNG供氣有以下優(yōu)點(diǎn)：較容易取得氣源，現(xiàn)在很多地方均建有加氣母站，可以方便地通過(guò)氣瓶車運(yùn)輸取得氣源；建設(shè)期短，投入資金較少，多數(shù)地區(qū)氣源價(jià)格比LNG低。本文介紹CNG減壓站的幾種典型應(yīng)用。
根據(jù)CNG減壓站的實(shí)際用途，可以將其分為4種類型的典型應(yīng)用：中小城鎮(zhèn)和中小城市的主要?dú)庠矗I(yè)用戶的主要?dú)庠矗笮统鞘袃?chǔ)配站或補(bǔ)充調(diào)峰氣源，應(yīng)急氣源。
2 中小城鎮(zhèn)和中小城市的主要?dú)庠?/B>
由于中小城鎮(zhèn)和中小城市分布較為分散，長(zhǎng)輸管道在下游用戶數(shù)量較少的情況下，從管道建設(shè)的成本考慮，不可能敷設(shè)至每個(gè)需要的地方；一些中小城市由于長(zhǎng)輸管道敷設(shè)的階段滯后性，當(dāng)這些地方需要提前供應(yīng)天然氣時(shí)，CNG減壓站將是優(yōu)先選用的氣源。這種類型的應(yīng)用目前是CNG減壓站需求最主要的方向，占市場(chǎng)總量的80％以上。CNG減壓站流程，其中二級(jí)換熱裝置為可選項(xiàng)，在高寒地區(qū)采用。
城鎮(zhèn)燃?xì)饩哂行r(shí)、日、月不均勻性，冬季和夏季用氣量存在巨大差距，城鎮(zhèn)供氣的設(shè)備需要考慮峰谷間用氣量的巨大差異，必須同時(shí)滿足用氣高峰和用氣低谷的安全平穩(wěn)供氣要求。在設(shè)計(jì)該類型CNG減壓站時(shí)，除了考慮常規(guī)調(diào)壓設(shè)備安全性和可靠性外，還必須考慮以下問(wèn)題：
①供氣峰谷間的流量差異。解決方案：采用多路并聯(lián)，以兩路以上的較小流量的調(diào)壓路并聯(lián)，低谷時(shí)以一條調(diào)壓路工作，高峰時(shí)以兩條以上調(diào)壓路同時(shí)工作，并盡量使設(shè)備在****工況下工作，防止閥口頻繁開啟、產(chǎn)生喘振等不利情況。
②常規(guī)CNG減壓站采用一路進(jìn)口，當(dāng)槽車卸氣到壓力較低時(shí)不能滿足整個(gè)減壓站的設(shè)計(jì)流量，導(dǎo)致供氣能力不足。解決方案：采用多路人口方案，每條調(diào)壓路單獨(dú)對(duì)應(yīng)一個(gè)卸氣柱，并在卸氣柱加裝單向閥，調(diào)壓路直到二級(jí)調(diào)壓后再匯總。由于采用兩路以上的結(jié)構(gòu)，若單路的流量不足時(shí)，另一調(diào)壓路可接高壓氣瓶車，用兩路以上設(shè)備同時(shí)卸車，保證下游的流量，且不會(huì)相互影響。
③考慮供氣的安全，必須進(jìn)行燃?xì)饧映簟＝鉀Q方案：出口預(yù)留加臭的接口或增加加臭設(shè)備。
④ 由于峰谷流量差異大，供氣溫度也存在一定的波動(dòng)，尤其民用供氣可能存在較長(zhǎng)的低谷，應(yīng)考慮速度計(jì)量的啟動(dòng)流量可能會(huì)產(chǎn)生較大的累積誤差，形成買賣糾紛。解決方案：同上游貿(mào)易計(jì)量時(shí)，不建議采用速度式(渦輪式)的計(jì)量設(shè)備，宜采用體積式(羅茨式)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行計(jì)量，或直接采用進(jìn)出氣瓶車臺(tái)秤稱重的質(zhì)量結(jié)算方法同上游結(jié)算更為準(zhǔn)確。
⑤ 由于該類設(shè)備的用量較大，在確保安全的前提下，應(yīng)考慮滿足市場(chǎng)要求降低設(shè)備的成本。解決方案：定義最基本的功能，使產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化。目前1 000、2 000、3 000、5 000 m3／h這4個(gè)規(guī)格已基本滿足民用供氣的需要。為降低制造成本，以完成調(diào)壓作為設(shè)備的最基本的功能。
⑥在CNG供氣方式中容易忽視安全問(wèn)題，重點(diǎn)不僅僅是壓力高、危險(xiǎn)性大，尤其需要關(guān)心的是出口燃?xì)獾臏囟葐?wèn)題。由于天然氣壓力降伴隨著焦耳一湯姆遜效應(yīng)，壓力每下降0.1 MPa，溫度降低不超過(guò)0.5℃。如果不能對(duì)溫度很好地控制，就很容易產(chǎn)生出口燃?xì)獾蜏氐那闆r。解決方案：降壓前采用鍋爐為熱源的熱水換熱器或電加熱器加熱的方式，對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行加熱。在設(shè)計(jì)參數(shù)中應(yīng)明確降壓后溫度必須在0 0C以上，一般要求出口溫度≥5 0C，防止下游因長(zhǎng)期低溫運(yùn)行，管道和設(shè)備出現(xiàn)安全隱患。民用供氣前期因用戶數(shù)量不多，鍋爐或電加熱器加熱量不足的問(wèn)題常常無(wú)法反映出來(lái)。但在達(dá)到設(shè)計(jì)用量時(shí)(或高峰用量時(shí))，這一問(wèn)題就比較突出，需要燃?xì)夤久芮嘘P(guān)注這一點(diǎn)，在換熱器和鍋爐選型時(shí)審核加熱量的大小，避免因控制成本造成供熱量不足的情況。同理，需要嚴(yán)格對(duì)CNG減壓站的下游流量進(jìn)行控制，避免實(shí)際流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)流量，形成超量的情況。因突破設(shè)計(jì)規(guī)模，造成供熱量不足，燃?xì)獬隹跍囟冗^(guò)低，也會(huì)造成同樣的安全隱患。
這種類型的CNG減壓站在工程中應(yīng)用數(shù)量最多，流量范圍從1 000～5 000 m3／h。在結(jié)構(gòu)上，中小城市多采用2開l備的結(jié)構(gòu)，中小城鎮(zhèn)多采用1開1備的結(jié)構(gòu)。如秦皇島市山海關(guān)區(qū)的型號(hào)為RY2000C(1開1備)的CNG減壓站、秦皇島市北戴河區(qū)的型號(hào)為RY2000C(1開1備)的CNG減壓站就是中小城鎮(zhèn)應(yīng)用的典型，山西省長(zhǎng)治市煤氣化總公司的型號(hào)為RY3000C(1開1備1預(yù)留)的CNG減壓站就是中小城市應(yīng)用的典型。
3 工業(yè)用戶的主要?dú)庠?/B>
由于工業(yè)用戶相對(duì)分散，考慮到敷設(shè)管道的工期，為確保工廠按期投產(chǎn)，在高壓管道未敷設(shè)到工廠時(shí)，工廠可選擇CNG作為燃?xì)鈿庠础?/DIV>
CNG減壓站作為工業(yè)用戶的主要?dú)庠磿r(shí)，需要考慮的問(wèn)題如下：
① 該類型的CNG減壓站一般用氣量比較平穩(wěn)，無(wú)明顯的峰谷，但對(duì)設(shè)備的連續(xù)性供氣要求較高，結(jié)構(gòu)上采用1開1備(小型工廠)或2開l備 (大型工廠)的形式。為了保證設(shè)備的高可靠性，除了采用上述的每個(gè)卸氣柱單獨(dú)對(duì)應(yīng)一個(gè)調(diào)壓路外，還可以采用兩個(gè)卸氣柱對(duì)應(yīng)一個(gè)調(diào)壓路，這不僅能節(jié)約切換時(shí)間，還能防止卸氣柱故障影響正常供氣。
② 有別于民用供氣，因供氣量的相對(duì)穩(wěn)定和連續(xù)不問(wèn)斷供氣的要求，工業(yè)用戶采用速度式計(jì)量的渦輪流量計(jì)對(duì)于CNG貿(mào)易結(jié)算比較合適，避免了采用羅茨流量計(jì)卡表停氣的風(fēng)險(xiǎn)。采用入口端質(zhì)量計(jì)量也是推薦的方式。
③ 由于工廠對(duì)自控要求比較高，從管理角度出發(fā)，對(duì)設(shè)備本身要求加裝有關(guān)的可以上傳的二次儀表、安全報(bào)警裝置和遠(yuǎn)程控制的電動(dòng)頭，提高設(shè)備運(yùn)行的管理水平。
例如南京市江寧福特公司的RY8000型CNG減壓站(2開1備，工業(yè)區(qū)供氣，每個(gè)卸氣柱單獨(dú)對(duì)應(yīng)1條調(diào)壓路)、上海市潛利工業(yè)公司的RYl000C型CNG減壓站、南京市新實(shí)力食品公司的RYl000C型CNG減壓站(1開1備，每個(gè)卸氣柱單獨(dú)對(duì)應(yīng)l條調(diào)壓路)、江蘇興達(dá)鋼鐵公司的RY3000C型CNG減壓站(1開1備，每2個(gè)卸氣柱對(duì)應(yīng)1條調(diào)壓路)等都是工業(yè)用戶的典型。
4 大型城市儲(chǔ)配站或補(bǔ)充調(diào)峰氣源
由于城市燃?xì)夤⿷?yīng)不均勻性的特點(diǎn)，在用氣高峰，可能會(huì)管網(wǎng)壓力不足。原先各城市的管網(wǎng)多為低壓管網(wǎng)，本身儲(chǔ)氣量有限，加上上游公司無(wú)法提供調(diào)峰的承諾，燃?xì)夤敬蠖嘧约航ㄔO(shè)大型球罐來(lái)解決這一難題。結(jié)果國(guó)內(nèi)很多大的燃?xì)夤径冀ㄓ袛?shù)量可觀的球罐，在日常維護(hù)管理和后期城市建設(shè)過(guò)程中也都遇到了不少阻力和困難。
隨著CNG大型加壓設(shè)備和打井成本的降低及高壓鋼管儲(chǔ)氣技術(shù)的完善，目前并聯(lián)的地下儲(chǔ)氣井儲(chǔ)氣的方式也越來(lái)越被很多城市燃?xì)夤舅隙āＲ恍┐笮统鞘幸验_始將該種方式作為城市事故氣源和補(bǔ)充調(diào)峰氣源，保證城市在各種情況下仍能保證燃?xì)獾恼９⿷?yīng)，提高了城市抵抗各種不利因素的能力，確保了城市能源生命線的安全。CNG儲(chǔ)配站。
CNG儲(chǔ)配站設(shè)計(jì)中需要考慮的主要問(wèn)題如下：
① 該類應(yīng)用目前剛剛起步，設(shè)計(jì)流量都很大,入口壓力高達(dá)25 MPa。因系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要考慮的安全因素最多，且該類應(yīng)用對(duì)城市安全供氣影響重大，需要能夠快速投入運(yùn)行，對(duì)自動(dòng)控制可靠性要求非常高，在設(shè)備設(shè)計(jì)能力和制造能力上對(duì)制造商有很高的要求。
② 考慮到城市用氣不均勻性的特性，建議該種類型的CNG減壓站應(yīng)采用多路并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，盡量使設(shè)備在****工況下工作。采用多路并聯(lián)的結(jié)構(gòu)容易獲得較大的設(shè)計(jì)流量。
③ 作為補(bǔ)充調(diào)峰氣源，有一點(diǎn)必須引起高度重視。因很多石油伴生氣含有重?zé)N組分，這種氣源與我們通常定義的CNG不同，主要成分雖然是甲烷，但因含有部分重?zé)N組分，當(dāng)燃?xì)鈨?chǔ)氣壓力下降至一定值時(shí)，設(shè)計(jì)工況將出現(xiàn)重大偏離。重?zé)N組分從儲(chǔ)氣裝置中由液態(tài)或氣液混合態(tài)大量氣化釋放出來(lái)。雖然考慮熱值、華白數(shù)的要求，燃?xì)夤具M(jìn)行了混空氣操作，但是對(duì)CNG設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和制造標(biāo)準(zhǔn)，并沒(méi)有分階段提出新的需求。有些燃?xì)夤菊J(rèn)為這和普通的CNG減壓設(shè)備沒(méi)有區(qū)別，實(shí)際上無(wú)論是換熱量的大小，還是管道設(shè)計(jì)溫度的選擇，都有本質(zhì)性的差異，一旦長(zhǎng)期運(yùn)行，將出現(xiàn)安全問(wèn)題，造成很大的損失。尤其在大流量CNG減壓站的設(shè)計(jì)中，必須考慮CNG氣體的組成，確保設(shè)計(jì)工況和實(shí)際運(yùn)行工況一致。這需要燃?xì)夤緡?yán)格監(jiān)控氣源的來(lái)源和組成。通過(guò)技術(shù)手段使CNG溫度保持在臨界凝析溫度之上，從而保證天然氣始終處于純氣相區(qū)域，也是一種有效的管理辦法。
天津泰達(dá)燃?xì)夤镜腞Y24000型CNG儲(chǔ)配站(4路并聯(lián)，儲(chǔ)氣井儲(chǔ)氣，事故備用、調(diào)峰)，天津塘沽燃?xì)夤镜腞Y28000型CNG儲(chǔ)配站(4路并聯(lián)，儲(chǔ)氣井儲(chǔ)氣，事故備用、調(diào)峰)，均作為事故備用、調(diào)峰氣源來(lái)保證城市的正常供氣。秦皇島市煤氣公司的RY8000型CNG儲(chǔ)配站(3路并聯(lián)，補(bǔ)充調(diào)峰氣源),南京港華燃?xì)夤镜腞Yl2000型CNG儲(chǔ)配站(3路并聯(lián)，補(bǔ)充調(diào)峰氣源)，在城市管輸氣供應(yīng)量不足時(shí)，使用CNG作為補(bǔ)充調(diào)峰氣源。
5 應(yīng)急氣源
應(yīng)急氣源的主要用途在于：當(dāng)某燃?xì)夤艿莱霈F(xiàn)故障，如管道被挖斷，上游供氣中斷，無(wú)法保證正常供氣時(shí)；或者是一些大型活動(dòng)需要保障時(shí)，提供應(yīng)急的備用氣源。應(yīng)急氣源設(shè)計(jì)中要考慮以下特點(diǎn)：
① 機(jī)動(dòng)靈活、占地少。該類設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮設(shè)備的可移動(dòng)性，以便在需要時(shí)可以快速地移動(dòng)到指定位置，并能夠以較快的速度投入供氣運(yùn)行。目前此類設(shè)備因需要經(jīng)常移動(dòng)，為防止箱體變形，區(qū)別于一般的箱式調(diào)壓柜，采用集裝箱箱體，全套設(shè)備均設(shè)置在集裝箱內(nèi)。采用橇裝技術(shù)可以使整套裝置依附于牽引車頭而自由移動(dòng)，機(jī)動(dòng)性很強(qiáng)。另外，相對(duì)于其他具有供氣功能的固定設(shè)施(如CNG站、LNG站)，不需要長(zhǎng)期占用城市用地，一般采用臨時(shí)占用的方式，既達(dá)到了保障供氣的目的，也節(jié)約了大量征地資金。
② 安全環(huán)保、可靠性高。從設(shè)備成本考慮，流量在500 m3／h以下的CNG減壓站采用電加熱器供熱，只有1個(gè)橇體。流量在500 m3／h以上的CNG減壓站采用燃?xì)忮仩t供熱，考慮鍋爐安全間距要求，鍋爐設(shè)備需要單獨(dú)成橇，因此需要2個(gè)橇體。設(shè)備結(jié)構(gòu)上可采用單路或1開1備結(jié)構(gòu)。考慮整套設(shè)備的安全性，在減壓裝置的一級(jí)調(diào)壓器前、二級(jí)調(diào)壓器本體上均裝有燃?xì)庾粤κ骄o急切斷閥，緊急切斷閥從下游采集燃?xì)鈮毫Γ泽w提供動(dòng)作信號(hào)，避免了使用“壓力傳感器+控制系統(tǒng)+氣動(dòng)球閥”方式可能產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)。采用與電磁閥不同的密封原理，緊急切斷閥真正做到零流量時(shí)完全零泄漏，以此提高供氣的安全性。
天然氣的調(diào)壓過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大噪聲，即使是在居民區(qū)和商業(yè)區(qū)，其安全性、環(huán)保性都符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，不影響周圍地區(qū)的生產(chǎn)、生活。
可移動(dòng)的應(yīng)急供氣裝置不僅可以在事故狀況下保證城市穩(wěn)定安全地供氣，而且適用于遠(yuǎn)離天然氣管網(wǎng)的短期用戶。利用橇裝拖車運(yùn)輸方便、不受管網(wǎng)限制的特點(diǎn)，可使天然氣得到快速應(yīng)用。這樣，既可以解決遠(yuǎn)離天然氣管網(wǎng)用戶用氣難的問(wèn)題，又可以節(jié)約敷設(shè)天然氣管網(wǎng)的資金。城鎮(zhèn)燃?xì)庥脷饬吭龃螅艿捞烊粴獾竭_(dá)后，還可用于城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)峰和緊急備用氣源使用，可以節(jié)約大量的資金，且與管道氣形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
此類設(shè)備的典型應(yīng)用有：大慶油城燃?xì)獾腞Yl000型CNG減壓站(單路，應(yīng)急氣源)，北京燃?xì)饧瘓F(tuán)的RY500C型CNG減壓站(雙路，奧運(yùn)應(yīng)急氣源)，北京燃?xì)饧瘓F(tuán)的RY3000C型CNG減壓站 (雙路，奧運(yùn)火炬應(yīng)急氣源)。
目前這類應(yīng)用也處于使用的初級(jí)階段，今后也將是城市供氣安全保障的重要手段，將會(huì)越來(lái)越受燃?xì)夤镜年P(guān)注。
6 結(jié)語(yǔ)
CNG減壓站作為一種獨(dú)特的超高壓供氣設(shè)備，在城鎮(zhèn)燃?xì)獾墓⿷?yīng)中從開始解決中小城鎮(zhèn)和中小城市的主要?dú)庠磫?wèn)題，滿足工業(yè)用戶的供氣要求，到目前保障整個(gè)城市的安全供氣。這一發(fā)展過(guò)程和我國(guó)城鎮(zhèn)燃?xì)庥芍饕鉀Q居民生活用氣的初級(jí)階段，到提高整個(gè)城市安全供氣水平，****限度地滿足各類用戶的需求的高級(jí)階段的發(fā)展過(guò)程一致。在這個(gè)過(guò)程中，國(guó)家越來(lái)越重視燃?xì)夤⿷?yīng)安全的問(wèn)題，對(duì)產(chǎn)品的性能也提出了越來(lái)越高的要求。采用成橇的專業(yè)方式很好地解決了這一問(wèn)題，具有造價(jià)低、建設(shè)快、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯等優(yōu)勢(shì)。
下一階段需要我們更多地在各種CNG應(yīng)用中進(jìn)行研究，滿足新出現(xiàn)的需要，通過(guò)多種應(yīng)用方式提高天然氣在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的比率，改變我國(guó)長(zhǎng)期燒煤污染環(huán)境的不利局面。隨著應(yīng)用種類的不斷明確，需要針對(duì)不同應(yīng)用方向，制訂更細(xì)致的技術(shù)規(guī)范，從根本上確保CNG使用的安全。
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