基本介紹
- 中文名：城鎮壓縮天然氣供應系統
- 外文名：Town CNG supply system
- 氣源：母站供氣
- 組成：母站、儲配站、加氣站
- 特點：範圍大、套用廣
- 套用：民用、工業均可
供應特點,氣源,供應系統組成,加氣母站,儲配站,加氣站,套用,
供應特點
在常溫和高壓力下，相同體積的天然氣質量比基準或標準狀態下的質量約大270-300倍，這使天然氣的儲存和運輸量大大提高，更重要的是天然氣利用更為方便、靈活。壓縮天然氣被廣泛套用於交通，城鎮燃氣和工業生產等領域。
壓縮天然氣的利用，有以下特點：
1、“點對點”供應，使供應範圍增大；
2、供應規模彈性很大；
3、運輸方式多樣，運輸量可靈活調節；
4、容易獲得備用氣源；
5、套用領域大。
氣源
城鎮壓縮天然氣的來源主要有兩種，一種是母站供氣，母站供氣主要是從天然氣管網中取氣後經過壓縮至20MPa的天然氣，沖裝到CNG氣瓶車內再供應給下游用戶。另一種車輛運輸供氣，這種供氣方式主要是在氣田附近壓縮站內將天然氣壓縮至20MPa，沖裝到CNG氣瓶車內運輸到城鎮供給給下游用戶。
供應系統組成
城鎮壓縮天然氣供應系統主要由壓縮天然氣加氣母站、儲配站、加氣站組成。
加氣母站
CNG加壓站以天然氣壓縮為主要目的，也稱為CNG壓縮站。此類站向CNG運輸車（船）提供高壓力的天然氣，或向超高壓調峰儲氣設施加壓。也可附帶對CNG汽車加氣。習慣上，CNG加壓站專為CNG汽車加氣子站的CNG運輸車充氣時，稱為CNG加氣母站。
壓縮天然氣加氣母站一般由天然氣管道、調壓、計量、壓縮、脫水、儲存、加氣等主要生產工藝系統及控制系統構成。
壓縮天然氣在壓力、質量等條件滿足加氣要求時，通過順序控制盤完成儲氣或加氣作業。一般加氣母站在順序控制盤的控制下可完成以下三種作業：
（1）通過加氣柱為長管拖車的高壓儲氣瓶組加氣。
（2）將壓縮天然氣充入站內儲氣瓶組。為便於運輸操作，降低壓縮費用，儲氣瓶組一般起充壓力分為高、中、低三組，充氣時按照先高后低的原則對三組氣瓶分別充氣。
（3）為天然氣汽車加氣，有兩種方式，一是直接經壓縮機為天然氣汽車加氣；二是利用儲氣瓶組內的壓縮天然氣為天然氣汽車加氣。其主要工藝設備：
1、 調壓計量裝置
2、 天然氣淨化裝置：脫硫、除塵 、脫水
在汽車駕駛的特定區域內，設備在最高操作壓力下，天然氣露點不應高於-13℃；當最低溫度低於-8℃時，天然氣露點應比最低氣溫低5℃。因此，當天然氣含水量超過該規定時，站內必須設脫水裝置以降低二氧化碳、硫化氫水溶物對系統的腐蝕，以及防止壓縮天然氣在加壓膨脹降溫過程中供氣系統出現冰堵現象。
根據設定位置的不同，天然氣脫水裝置可分為低壓脫水、中壓脫水和高壓脫水三種。
Ⅰ低壓脫水裝置位於壓縮機進口之前，由前置過濾器、乾燥吸附塔和後置過濾器組成脫水系統；由加熱器、循環風機和冷卻器組成再生系統。
低壓脫水裝置為閉式循環再生方式，占地面積較大，投資費用高，能耗大；但維修費用較低，對壓縮機具有一定的保護作用。一般國外進口壓縮機在運行中限制凝水量，常選用低壓脫水裝置。
Ⅱ高壓脫水裝置位於壓縮機之後，由前置過濾器、分離器、乾燥吸附塔和後置過濾器組成脫水系統；由調壓器、加熱器和冷卻器組成再生系統。再生氣來自壓縮後的成品氣，經調壓器減壓後依次進入加熱器、再生塔，帶走再生塔中解析的水分，進入冷卻塔將水冷凝，再生氣回壓縮機進口或進入燃氣管網。
高壓脫水裝置結構緊湊，占地面積小，投資費用低，能耗小，脫水效果好，是較為常用的脫水方式。
Ⅲ中壓脫水裝置位於壓縮機中間級出口與下一級進口的管路中，壓力在4.0Mpa左右。其工作流程與高壓脫水裝置的流程相同。該裝置投資費用較低，能耗和維修費用較高。
壓縮天然氣加氣站脫水裝置採用的吸附劑多為4A分子篩。在處理含水量較高的天然氣時，也可用矽膠脫除部分水分，再利用分子篩進一步脫水，以降低脫水成本。
天然氣經脫水裝置後，需採用線上露點儀或攜帶型露點儀檢測脫水後的天然氣露點是否達到要求。
3、 天然氣壓縮系統
儲配站
壓縮天然氣儲配站的功能是接收壓縮天然氣長管拖車從加氣母站運輸來的壓縮天然氣，經卸氣、加熱、調壓、儲存、計量、加臭後送入城鎮輸配管道供用戶使用。對於距離燃氣長輸管線較遠，建設天然氣高壓支線不經濟的小城鎮或距現有城鎮燃氣管網較遠的小城鎮或區域，適合採用壓縮天然氣供應。
1、作用
（1）作為在管道天然氣到達之前的過渡階段主氣源。近年來我國的天然氣事業發展很快，特別是長輸管道的建設，中國已建成陸上天然氣管道約2.0×10km，海底天然氣管道約0.2×10km，天然氣管道總長約2.2×10km但仍有很多地區，特別是一些中小城鎮在一段時期內長輸管道還無法敷設到其附近，為能夠在管道天然氣到達之前使用上清潔、高效的天然氣，建設壓縮天然氣儲配站作為過渡階段主氣源便成為一種選擇。
（2）作為已有天然氣城鎮的季節性調峰氣源或補充氣源。隨著燃氣套用技術的不斷擴展，城鎮的燃氣用氣量也在逐年上升，氣源緊張狀況也時有發生，特別是在我國北方的冬季。為解決城鎮燃氣使用上的季節性不平衡問題或作為補充氣源，壓縮天然氣儲配站在我國的東北地區已經較多地使用。
（3）作為中小城鎮的主氣源。在輸氣管道無法到達的地區為能夠使用上天然氣，可建設壓縮天然氣儲配站作為主氣源。由於壓縮天然氣儲配站存在供應中斷或供氣不足的可能性，需採取可靠措I(設定應急備用氣源或調峰儲罐)以保證供氣的連續性、可靠性。
（4）作為城鎮工業、商業用氣的主氣源或補充氣源。
2、壓縮天然氣儲配站的工藝流程：
壓縮天然氣長管拖車進入CNG儲配站後，通過卸氣柱及高壓天然氣管路將天然氣送入一級換熱器和一級調壓器進行換熱和調壓，將壓力降到約6.0Mpa；再進入二級換熱器和二級調壓器進行二次換熱和調壓，將壓力降至儲罐的工作壓力1.6Mpa，部分天然氣進入三級調壓器將壓力降至0.2~0.4Mpa，供城鎮燃氣管網用戶使用，部分天然氣進入儲罐存儲；當長管拖車流量不能滿足用戶使用要求時，儲罐存儲的天然氣進入三級調壓器，調壓後送入城鎮燃氣管網。
由於進站的天然氣從高壓20Mpa降至中壓0.2~0.4Mpa出站，壓力下降較大，在氣體減壓膨脹過程中會伴隨溫度降低。溫度過低則有可能對燃氣管道、調壓器皮膜及儲罐等設備造成破壞，從而引發事故，因此對於減壓幅度較大的天然氣，站內分別在兩級調壓器前設定換熱器對氣體進行加熱升溫。為防止加熱後的天然氣溫度過高或過低，可採用以下兩掌控制方式：
（1）在換熱器進口處設定與調壓器出口溫度連鎖的溫控閥；
（2）每台換熱器對應安裝一台熱水循環變頻泵，該泵與調壓器前後的溫度變送器連鎖，並於調壓器出口壓力連鎖，對熱水流量進行調節。
壓縮天然氣儲配站多為管道天然氣來氣之前的過度氣源，因此一般採用長管拖車儲氣瓶組作為儲氣設施進行直供。儲配站的工藝設備組成為：壓縮天然氣長管拖車、調壓器、流量計、換熱器及配套設施。當天然氣無臭味或臭味不足時，還需要設加臭裝置。通常將調壓器、流量計、換熱器及配套閥門、儀表組成一個撬裝體，稱為CNG撬裝調壓計量站。
3、注意事項
（1）日供應量3萬方以下，運輸半徑250km以內，有穩定的CNG供應點。
（2）隨著供氣規模的擴大，受拖車數量、運距等條件制約，CNG輸送方式的經濟性與可靠性逐步降低。
（3）CNG供氣站節流降溫非常嚴重，必須有配套的熱源供應。
（4）CNG氣瓶車可以作為調峰用的儲氣設施。
加氣站
一、壓縮天然氣汽車加氣站的分類
1、 加氣子站
加氣子站是指利用長管拖車從母站運輸來的壓縮天然氣為天然氣汽車進行加氣作業的加氣站。
2、 標準站
標準站是指由城鎮燃氣主幹管道直接供氣為天然氣汽車進行加氣作業的加氣站。
二、壓縮天然氣汽車加氣站的工藝流程
壓縮天然氣汽車加氣站一般由天然氣引入管、調壓、計量、壓縮、脫水、儲存、加氣等主要生產工藝系統及控制系統構成。
1、 加氣子站流程
加氣子站氣源為來自母站的長管拖車的高壓儲氣瓶組，一般由壓縮天然氣的卸氣、儲存和加氣系統組成。
為避免壓縮機頻繁啟動對設備使用壽命產生影像，同時為用戶提供氣源保障，CNG加氣站應設有儲氣設施，通常採用高壓、中壓、低壓儲氣瓶組分級儲存方式，由順序控制盤對其充氣和取氣過程進行自動控制，充氣時，車載高壓儲氣瓶組內的壓縮天然氣經卸氣柱進入壓縮機，將20Mpa加壓至25Mpa後按照起充壓力由高至低的順序向站內儲氣瓶組充氣，當壓力上升到一定值時，開始向中壓儲氣瓶組充氣，及至中壓儲氣瓶組壓力上升帶一定值時，在開始向低壓儲氣瓶組充氣，隨後三組儲氣瓶組同時充氣，待上升到最大儲氣壓力後停止充氣。
儲氣瓶組向加氣機加氣的作業順序與充氣過程相反。
為汽車加氣時，按照先低後高的原則，先由低壓儲氣瓶組取氣，當壓力下降到一定值時，在逐次由中壓、高壓儲氣瓶組取氣，直至儲氣瓶組的壓力下降到與汽車加氣壓力相等時，加氣停止。如仍有汽車需要加氣，則由壓縮機直接向加氣機供氣。這種工作方式可以提供儲氣瓶組利用率，同時提高汽車加氣速度。
2、 標準站流程
標準站的氣源來自城鎮燃氣管道，僅為CNG汽車供氣，而不具備為長管拖車加氣功能，因此其工藝流程中無需設定為長管拖車高壓儲氣瓶組充氣的燃氣管路系統和加氣柱。
標準站與加氣母站有類似的工藝流程和設備，只是母站的壓縮機通常排量較大，其它設備與標準站基本一致。
加氣對象根據接口分為兩種：車載氣瓶接口（公車、計程車等），槽車接口。兩種接口互不通用。需要不同的加氣設備。某些標準站加裝充裝柱後即可向槽車供氣，此類標準站也稱之為小母站。一些母站除向槽車供氣外，還可向計程車和公車加氣。
從管道中取氣，經調壓計量系統過濾、調壓、計量，進行壓縮、乾燥（有不同次序），乾燥後的CNG進入儲氣設施，經由售氣設施向車載氣瓶（計程車或公車）或儲氣槽車充氣，或由壓縮機直接通過售氣設施向車載氣瓶（計程車或公車）或儲氣槽車充氣。
三、壓縮天然氣汽車加氣站的加氣設備
壓縮天然氣加氣設備分為快充式加氣機和加氣柱，分別為天然氣汽車和長管拖車加氣。 加氣機由計量儀表、加氣控制閥組、拉斷安全閥、加氣槍、微機顯示屏、壓力保護裝置和遠傳裝置等構成。加氣機的微機控制器自動控制加氣過程，並對流量計在計量過程中輸出的流量信號和壓力變送器輸出的電信號進行監控、處理和顯示、加氣機氣路系統負責對售氣過程的順序進行控制並在售期結束後自動關閉電磁閥。此外，一般加氣機還配有壓力溫度補償系統，也稱防過充系統，以保證在加氣時根據溫度調節充裝壓力。
加氣柱一般由閥門組構成，可根據情況配備流量計量儀表和壓力溫度補償裝置。 加氣機流量計量儀表常採用質量流量計，以避免天然氣密度、黏度、壓力、溫度等變化對體積流量的影像。測定的質量流量可通過設定的計算程式轉換成體積流量，在加氣機顯示屏上顯示。
套用
壓縮天然氣供氣是近年來發展起來的一項新的供氣方式，它採用了一些新的技術，並且已在中小城鎮的供氣中發揮作用。
1、西氣東輸和引進俄羅斯天然氣的輸送管線將經過那些經濟發達，人口密集，環保要求高，工業集中的大型中心城市，並向它們供氣。這是我國十五計畫的重點，是國務院的重點工程，也是我國經濟發展的重大項目。
但是，對於距長輸管線較遠的中小城市，如果從幹線上接一條幾百公里的管道，建設費用高，需要地方自籌，幹線開口又有一定的位置，距市近的地方不一定有預留採氣口，開口還需付開口費。這些，對於用氣規模較小的城市在經濟上划不來。那么，壓縮天然氣供氣可以讓中小城市也經濟地用上清潔方便的天然氣。
2、CNG供氣並不適用於所有地區、所有城鎮，它有一定的適用範圍。
（1）用氣地區距天然氣管線不太遠，且有CNG採氣的地方（即“採氣站”）；CNG的運輸距離最好在300公里以內，最遠不應超過500公里，應根據具體情況認真核算。一般，遠距離輸送超過500公里就不經濟了。
（2）運輸方面要有良好的道路條件，在較惡劣的氣候條件下仍能保證暢通的運輸，即使在大雨、洪水、大雪、大霧等情況下也不會造成長時間的交通斷絕。城市天然氣儲備量一般按2-3日考慮，不超過一周，否則需較大的設備投資。
（3）CNG的供氣規模不宜太大，一般在5萬戶以內；對工業用戶的供氣量也不宜太大，以天然氣為原料或燃料的大型工業企業，用CNG的方式供氣也是不適宜的。
