CNG減壓站在城鎮燃氣供應的典型應用
1 概述
CNG供氣有以下優點：較容易取得氣源，現在很多地方均建有加氣母站，可以方便地通過氣瓶車運輸取得氣源；建設期短，投入資金較少，多數地區氣源價格比LNG低。本文介紹CNG減壓站的幾種典型應用。
根據CNG減壓站的實際用途，可以將其分為4種類型的典型應用：中小城鎮和中小城市的主要氣源，工業用戶的主要氣源，大型城市儲配站或補充調峰氣源，應急氣源。
2 中小城鎮和中小城市的主要氣源
由于中小城鎮和中小城市分布較為分散，長輸管道在下游用戶數量較少的情況下，從管道建設的成本考慮，不可能敷設至每個需要的地方；一些中小城市由于長輸管道敷設的階段滯后性，當這些地方需要提前供應天然氣時，CNG減壓站將是優先選用的氣源。這種類型的應用目前是CNG減壓站需求最主要的方向，占市場總量的80％以上。CNG減壓站流程，其中二級換熱裝置為可選項，在高寒地區采用。
城鎮燃氣具有小時、日、月不均勻性，冬季和夏季用氣量存在巨大差距，城鎮供氣的設備需要考慮峰谷間用氣量的巨大差異，必須同時滿足用氣高峰和用氣低谷的安全平穩供氣要求。在設計該類型CNG減壓站時，除了考慮常規調壓設備安全性和可靠性外，還必須考慮以下問題：
①供氣峰谷間的流量差異。解決方案：采用多路并聯，以兩路以上的較小流量的調壓路并聯，低谷時以一條調壓路工作，高峰時以兩條以上調壓路同時工作，并盡量使設備在****工況下工作，防止閥口頻繁開啟、產生喘振等不利情況。
②常規CNG減壓站采用一路進口，當槽車卸氣到壓力較低時不能滿足整個減壓站的設計流量，導致供氣能力不足。解決方案：采用多路人口方案，每條調壓路單獨對應一個卸氣柱，并在卸氣柱加裝單向閥，調壓路直到二級調壓后再匯總。由于采用兩路以上的結構，若單路的流量不足時，另一調壓路可接高壓氣瓶車，用兩路以上設備同時卸車，保證下游的流量，且不會相互影響。
③考慮供氣的安全，必須進行燃氣加臭。解決方案：出口預留加臭的接口或增加加臭設備。
④ 由于峰谷流量差異大，供氣溫度也存在一定的波動，尤其民用供氣可能存在較長的低谷，應考慮速度計量的啟動流量可能會產生較大的累積誤差，形成買賣糾紛。解決方案：同上游貿易計量時，不建議采用速度式(渦輪式)的計量設備，宜采用體積式(羅茨式)計量設備進行計量，或直接采用進出氣瓶車臺秤稱重的質量結算方法同上游結算更為準確。
⑤ 由于該類設備的用量較大，在確保安全的前提下，應考慮滿足市場要求降低設備的成本。解決方案：定義最基本的功能，使產品標準化。目前1 000、2 000、3 000、5 000 m3／h這4個規格已基本滿足民用供氣的需要。為降低制造成本，以完成調壓作為設備的最基本的功能。
⑥在CNG供氣方式中容易忽視安全問題，重點不僅僅是壓力高、危險性大，尤其需要關心的是出口燃氣的溫度問題。由于天然氣壓力降伴隨著焦耳一湯姆遜效應，壓力每下降0.1 MPa，溫度降低不超過0.5℃。如果不能對溫度很好地控制，就很容易產生出口燃氣低溫的情況。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，對燃氣進行加熱。在設計參數中應明確降壓后溫度必須在0 0C以上，一般要求出口溫度≥5 0C，防止下游因長期低溫運行，管道和設備出現安全隱患。民用供氣前期因用戶數量不多，鍋爐或電加熱器加熱量不足的問題常常無法反映出來。但在達到設計用量時(或高峰用量時)，這一問題就比較突出，需要燃氣公司密切關注這一點，在換熱器和鍋爐選型時審核加熱量的大小，避免因控制成本造成供熱量不足的情況。同理，需要嚴格對CNG減壓站的下游流量進行控制，避免實際流量遠遠大于設計流量，形成超量的情況。因突破設計規模，造成供熱量不足，燃氣出口溫度過低，也會造成同樣的安全隱患。
這種類型的CNG減壓站在工程中應用數量最多，流量范圍從1 000～5 000 m3／h。在結構上，中小城市多采用2開l備的結構，中小城鎮多采用1開1備的結構。如秦皇島市山海關區的型號為RY2000C(1開1備)的CNG減壓站、秦皇島市北戴河區的型號為RY2000C(1開1備)的CNG減壓站就是中小城鎮應用的典型，山西省長治市煤氣化總公司的型號為RY3000C(1開1備1預留)的CNG減壓站就是中小城市應用的典型。
3 工業用戶的主要氣源
由于工業用戶相對分散，考慮到敷設管道的工期，為確保工廠按期投產，在高壓管道未敷設到工廠時，工廠可選擇CNG作為燃氣氣源。
CNG減壓站作為工業用戶的主要氣源時，需要考慮的問題如下：
① 該類型的CNG減壓站一般用氣量比較平穩，無明顯的峰谷，但對設備的連續性供氣要求較高，結構上采用1開1備(小型工廠)或2開l備 (大型工廠)的形式。為了保證設備的高可靠性，除了采用上述的每個卸氣柱單獨對應一個調壓路外，還可以采用兩個卸氣柱對應一個調壓路，這不僅能節約切換時間，還能防止卸氣柱故障影響正常供氣。
② 有別于民用供氣，因供氣量的相對穩定和連續不問斷供氣的要求，工業用戶采用速度式計量的渦輪流量計對于CNG貿易結算比較合適，避免了采用羅茨流量計卡表停氣的風險。采用入口端質量計量也是推薦的方式。
③ 由于工廠對自控要求比較高，從管理角度出發，對設備本身要求加裝有關的可以上傳的二次儀表、安全報警裝置和遠程控制的電動頭，提高設備運行的管理水平。
例如南京市江寧福特公司的RY8000型CNG減壓站(2開1備，工業區供氣，每個卸氣柱單獨對應1條調壓路)、上海市潛利工業公司的RYl000C型CNG減壓站、南京市新實力食品公司的RYl000C型CNG減壓站(1開1備，每個卸氣柱單獨對應l條調壓路)、江蘇興達鋼鐵公司的RY3000C型CNG減壓站(1開1備，每2個卸氣柱對應1條調壓路)等都是工業用戶的典型。
4 大型城市儲配站或補充調峰氣源
由于城市燃氣供應不均勻性的特點，在用氣高峰，可能會管網壓力不足。原先各城市的管網多為低壓管網，本身儲氣量有限，加上上游公司無法提供調峰的承諾，燃氣公司大多自己建設大型球罐來解決這一難題。結果國內很多大的燃氣公司都建有數量可觀的球罐，在日常維護管理和后期城市建設過程中也都遇到了不少阻力和困難。
隨著CNG大型加壓設備和打井成本的降低及高壓鋼管儲氣技術的完善，目前并聯的地下儲氣井儲氣的方式也越來越被很多城市燃氣公司所肯定。一些大型城市已開始將該種方式作為城市事故氣源和補充調峰氣源，保證城市在各種情況下仍能保證燃氣的正常供應，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儲配站。
CNG儲配站設計中需要考慮的主要問題如下：
① 該類應用目前剛剛起步，設計流量都很大,入口壓力高達25 MPa。因系統結構復雜，需要考慮的安全因素最多，且該類應用對城市安全供氣影響重大，需要能夠快速投入運行，對自動控制可靠性要求非常高，在設備設計能力和制造能力上對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減壓站應采用多路并聯的結構，盡量使設備在****工況下工作。采用多路并聯的結構容易獲得較大的設計流量。
③ 作為補充調峰氣源，有一點必須引起高度重視。因很多石油伴生氣含有重烴組分，這種氣源與我們通常定義的CNG不同，主要成分雖然是甲烷，但因含有部分重烴組分，當燃氣儲氣壓力下降至一定值時，設計工況將出現重大偏離。重烴組分從儲氣裝置中由液態或氣液混合態大量氣化釋放出來。雖然考慮熱值、華白數的要求，燃氣公司進行了混空氣操作，但是對CNG設備的技術參數和制造標準，并沒有分階段提出新的需求。有些燃氣公司認為這和普通的CNG減壓設備沒有區別，實際上無論是換熱量的大小，還是管道設計溫度的選擇，都有本質性的差異，一旦長期運行，將出現安全問題，造成很大的損失。尤其在大流量CNG減壓站的設計中，必須考慮CNG氣體的組成，確保設計工況和實際運行工況一致。這需要燃氣公司嚴格監控氣源的來源和組成。通過技術手段使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域，也是一種有效的管理辦法。
天津泰達燃氣公司的RY24000型CNG儲配站(4路并聯，儲氣井儲氣，事故備用、調峰)，天津塘沽燃氣公司的RY28000型CNG儲配站(4路并聯，儲氣井儲氣，事故備用、調峰)，均作為事故備用、調峰氣源來保證城市的正常供氣。秦皇島市煤氣公司的RY8000型CNG儲配站(3路并聯，補充調峰氣源),南京港華燃氣公司的RYl2000型CNG儲配站(3路并聯，補充調峰氣源)，在城市管輸氣供應量不足時，使用CNG作為補充調峰氣源。
5 應急氣源
應急氣源的主要用途在于：當某燃氣管道出現故障，如管道被挖斷，上游供氣中斷，無法保證正常供氣時；或者是一些大型活動需要保障時，提供應急的備用氣源。應急氣源設計中要考慮以下特點：
① 機動靈活、占地少。該類設備在設計時首先要考慮設備的可移動性，以便在需要時可以快速地移動到指定位置，并能夠以較快的速度投入供氣運行。目前此類設備因需要經常移動，為防止箱體變形，區別于一般的箱式調壓柜，采用集裝箱箱體，全套設備均設置在集裝箱內。采用橇裝技術可以使整套裝置依附于牽引車頭而自由移動，機動性很強。另外，相對于其他具有供氣功能的固定設施(如CNG站、LNG站)，不需要長期占用城市用地，一般采用臨時占用的方式，既達到了保障供氣的目的，也節約了大量征地資金。
② 安全環保、可靠性高。從設備成本考慮，流量在500 m3／h以下的CNG減壓站采用電加熱器供熱，只有1個橇體。流量在500 m3／h以上的CNG減壓站采用燃氣鍋爐供熱，考慮鍋爐安全間距要求，鍋爐設備需要單獨成橇，因此需要2個橇體。設備結構上可采用單路或1開1備結構。考慮整套設備的安全性，在減壓裝置的一級調壓器前、二級調壓器本體上均裝有燃氣自力式緊急切斷閥，緊急切斷閥從下游采集燃氣壓力，自體提供動作信號，避免了使用“壓力傳感器+控制系統+氣動球閥”方式可能產生的安全風險。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完全零泄漏，以此提高供氣的安全性。
天然氣的調壓過程不會產生過大噪聲，即使是在居民區和商業區，其安全性、環保性都符合國家有關標準，不影響周圍地區的生產、生活。
可移動的應急供氣裝置不僅可以在事故狀況下保證城市穩定安全地供氣，而且適用于遠離天然氣管網的短期用戶。利用橇裝拖車運輸方便、不受管網限制的特點，可使天然氣得到快速應用。這樣，既可以解決遠離天然氣管網用戶用氣難的問題，又可以節約敷設天然氣管網的資金。城鎮燃氣用氣量增大，管道天然氣到達后，還可用于城鎮燃氣調峰和緊急備用氣源使用，可以節約大量的資金，且與管道氣形成優勢互補。
此類設備的典型應用有：大慶油城燃氣的RYl000型CNG減壓站(單路，應急氣源)，北京燃氣集團的RY500C型CNG減壓站(雙路，奧運應急氣源)，北京燃氣集團的RY3000C型CNG減壓站 (雙路，奧運火炬應急氣源)。
目前這類應用也處于使用的初級階段，今后也將是城市供氣安全保障的重要手段，將會越來越受燃氣公司的關注。
6 結語
CNG減壓站作為一種獨特的超高壓供氣設備，在城鎮燃氣的供應中從開始解決中小城鎮和中小城市的主要氣源問題，滿足工業用戶的供氣要求，到目前保障整個城市的安全供氣。這一發展過程和我國城鎮燃氣由主要解決居民生活用氣的初級階段，到提高整個城市安全供氣水平，****限度地滿足各類用戶的需求的高級階段的發展過程一致。在這個過程中，國家越來越重視燃氣供應安全的問題，對產品的性能也提出了越來越高的要求。采用成橇的專業方式很好地解決了這一問題，具有造價低、建設快、經濟效益和社會效益明顯等優勢。
下一階段需要我們更多地在各種CNG應用中進行研究，滿足新出現的需要，通過多種應用方式提高天然氣在我國能源結構中的比率，改變我國長期燒煤污染環境的不利局面。隨著應用種類的不斷明確，需要針對不同應用方向，制訂更細致的技術規范，從根本上確保CNG使用的安全。
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