CNG加气站的标准化设计

1   概述

 

目前，北京市燃气集团有限责任公司已完成所属CNG加气母站增加CNG常规加气站功能的改造，并且在市区及郊区县城完成多座常规加气站的建设。由于CNG加气站设计涉及专业多、内容广，厂站布局、工艺流程、设备安装等方面既有相同点，又具有差异性，因此，可以针对CNG加气站设计的特点，探索出一套合适的标准化设计模式，将有力地推进CNG加气站的建设。通过标准化设计，有利于统一企业形象，扩大对外影响力；有利于提高设计质量，缩短设计周期；有利于提高设备定型化水平，促进设备质量提高，缩短设备制造期；有利于缩短设备及材料的采购期，降低工程造价和生产成本；有利于缩短建设期，保证施工质量。本文以北京市CNG加气站为研究对象，提出标准化设计的思路。

 

2   标准化设计要点

 

目前，北京市现状CNG加气站的类型主要以CNG加气母站、CNG常规加气站和CNG加气子站为主，以独立建设或者与加油站合建为主。由于北京市土地资源紧张，CNG加气站应尽可能少占用土地，为标准化设计提出了更高的要求。本文从加气站选址标准化、设计规模分级化、设备选型原则标准化、工艺流程统一化及管材选择标准化等5个方面进行分析，对CNG加气站的标准化设计进行探讨。

 

2.1  加气站选址标准化

 

①CNG加气母站的选址应结合规划建设的天然气门站，以充分利用管道气资源为母站提供生产原料，或者选址在城市建成区外2.5 MPa以上的燃气输配管网沿线。

 

②在城市中心区或城市建成区1.0 MPa以上压力的燃气输配管网沿线，尽量考虑建设CNG常规加气站；在其他地区考虑建设CNG加气子站。

 

③CNG加气站的选址尽量在市政配套齐全的地区，周边应具有良好的给排水及消防设施。

 

④在城市建成区内建设的CNG加气站，宜靠近城市道路，但不宜选在城市干道交叉路口附近。

 

2.2  设计规模分级化

 

在符合规范的前提下，本着节能的原则，将不同CNG加气站的设计规模和进站压力范围进行划分。

 

①CNG加气母站

 

CNG加气母站通常靠近门站建设，进站压力在2.5～4.0 MPa范围。根据进站压力和日供气能力可将CNG加气母站的设计规模分为四级。

 

一级CNG加气母站：进站压力为4.0 MPa，日供气能力为（15~30）×10⁴ m³/d；

 

二级CNG加气母站：进站压力范围为2.5～4.0 MPa，日供气能力为（10~15）×10⁴  m³/d；

 

三级CNG加气母站：进站压力范围为2.5～4.0 MPa，日供气能力为（5~10）×10⁴  m³/d；

 

四级CNG加气母站：进站压力范围为2.5～4.0 MPa，日供气能力≤5×10⁴  m³/d。

 

②CNG常规加气站

 

CNG常规加气站多建设在城市燃气管网附近，管网压力在1.0～4.0 MPa范围。根据进站压力和日供气能力可将CNG常规加气站的设计规模分为两级。

 

一级CNG常规加气站：进站压力范围为1.0～4.0 MPa，日供气能力为（3~5）×10⁴  m³/d；

 

二级CNG常规加气站：进站压力范围为1.0～4.0 MPa，日供气能力为（1~3）×10⁴  m³/d。

 

③CNG加气子站

 

CNG加气子站由CNG气瓶车供气，考虑到其建设的局限性，仅设置一种子站类型。

CNG加气子站的进站压力范围为20～25 MPa，日供气能力为（1.0~1.5）×10⁴  m³/d。

 

2.3  设备选型原则标准化

 

 

①调压计量模块

 

调压计量模块包含过滤器、调压器、流量计及安全阀等设备。考虑到这些设备比较分散，为便于统一管理，在设计时采用统一成橇的形式。天然气进站管道上设置可以手动操作的紧急切断阀；模块内工艺管道采用两路工艺管道设计，一用一备；最大处理能力不低于设计值的110%；调压计量模块内进出口均设置安全阀和手动放散球阀，保证事故及检修状态下的安全放散。

 

②脱水装置

 

脱水装置采用前置低压脱水方式，双塔吸附并由设备厂商成橇组装。最大处理能力不低于设计值的110%；吸附剂再生方式为电加热再生；采用在线露点仪保证成品气露点满足以下要求：在25.0 MPa压力下使天然气的水露点比最低环境温度（-19 ℃）低5 ℃。

 

③母站压缩机

 

 

④常规站压缩机

 

常规站压缩机的主机、润滑系统、冷却系统及隔声房由设备厂商成橇组装。压缩机组互为备用，不设备用机组，可以单台使用；压缩机自带安全放散和卸载气回收系统；压缩机的冷却方式在选址开阔及通风良好区域考虑选用风冷方式，选址占地有限、设备布置紧凑的区域考虑选用闭式循环水冷（混冷）方式。

 

⑤子站压缩机

 

子站压缩机采用压缩机增压的加气工艺，机组自带隔声房并由设备厂商成橇组装。

 

⑥储气瓶（组）

 

考虑到北京市特殊的地质条件，站内固定储气瓶（组）采用地上式固定储气瓶组，设备制造满足GB 150.1~150.4—2011《压力容器》的要求。储气瓶（组）应进行分组，分为高压组、中压组和低压组，各压力级别储气瓶的设计压力、规格均一致，考虑到容积利用率问题，高压、中压、低压储气瓶容积之比为1∶2∶3。

 

2.4  工艺流程统一化

 

根据北京市现状CNG加气站的不同类型，将CNG加气母站、CNG常规加气站和CNG加气子站等各类厂站的设计采用统一的工艺流程。根据加气站工艺流程，把CNG加气站的主要设备如调压计量模块、脱水装置、母站压缩机、常规站压缩机、子站压缩机、储气瓶（组）等以设备或者橇体为单位进行分区，做成独立的、标准的小型模块，各模块之间由管道连接起来，既相互独立又相互联系，有利于不同设计图纸的模块组合，简化了设计流程，加快了设计进度。这样针对其设计的复杂性和多样性，以工艺技术优化简化和定型为核心，以模块设计为关键手段，对通用性、重复性的CNG加气站内容进行标准化设计。CNG加气母站工艺流程见图1，CNG常规加气站工艺流程见图2。CNG加气子站工艺流程见图3，其中CNG气瓶车不经过子站压缩机而直接加气的流程未表示。

 

图1   CNG加气母站工艺流程

 

图2   CNG常规加气站工艺流程

 

图3   CNG加气子站工艺流程

 

2.5  管材选择标准化

 

目前国内管材标准多、不统一、互换性差，管材型号的多样性给设计人员的管材选择和业主的采购造成很大麻烦。为了便于采购、安装和后期管理维护，根据市场上管材的通用性，对管材的选择标准进行统一规定，从而为业主的设备采购、施工安装提供方便，有效地控制造价，保证运行安全。

 

 

3   结语

 

标准化设计可以减小占地面积，简化设计程序，为业主降低造价，便于后期运行维护。在进行CNG加气站设计过程中，根据城市输配管网和市场需求等条件，确定选址的原则；根据进站压力和供气能力，采用标准的设计规模分级；依据标准的选型原则、设计流量，统一CNG加气站内设备配置标准；依据CNG加气站内固定的设备模块，统一各种类型CNG加气站的工艺流程方案；依据现行国家标准，统一CNG加气站内工艺管道管材选择标准。建议在后续的CNG加气站的建设过程中，使用标准化设计。

作者：王夏，田贯三，杨炯，薛海强

第一作者单位：山东建筑大学热能工程学院

摘自《煤气与热力》2015年2月刊