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1、城市天然气利用工程城市天然气利用工程 CNGCNG 加气站加气站技术方案设备方案技术方案设备方案 1.1 技术方案技术方案 1.1.11.1.1 工艺方案工艺方案选择选择 压缩天然气子站工艺系统一般由调压计量系统、净化 干燥系统、压缩系统和售气系统组成。 1.1.1.1 调压计量系统 对进站气体进行过滤、计量及稳压，以保证进站气体 纯净，并进行有效计量，同时，进入压缩机的气体在通过 缓冲罐进行缓冲后，压力趋于稳定，减少气流脉动，保证 压缩机的正常运行。 1.1.1.2 干燥系统 天然气在高压状态下容易析出水分和形成水化物。水 分和一定的硫化氢结合，会对钢类容器造成腐蚀及硫化氢 致脆裂纹现象，对
2、容器的危害很大。水分和二氧化碳结合， 会生成碳酸，对钢类容器也会产生腐蚀作用。水化物在聚 集状态下是白色或带铁锈色的结晶体，一般水化物类似冰 或致密的雪。它的生成会缩小管道流通截面，堵塞管路、 阀件和设备。为保证生产设备的安全，尤其是用于运输的 高压钢瓶的安全， 车用压缩天然气GB18047-2000 要求， 加压后的天然气水露点应低于最高操作压力下最低环境温 度 50C;H2S 含量不超过 20mg/Nm3。从某县天然气气质分析可 以看出，进入子站的天然气不符合“车用压缩天然气”水 露点要求，所以必须设置干燥系统。 脱水设备通常采用双塔结构，一塔脱水，另一塔再生， 两塔可以互换，保证了工序的
3、连续性。脱水设备设置在压 缩机前称为前置低压脱水；脱水设备设置在压缩机后称为 后置高压脱水。两者具体比较如下： （1）前置低压脱水工艺： 工艺流程： 脱水：原料天然气通过脱水塔，气体中的水分被分子 筛吸附，使天然气水露点低于-550C；当分子筛被水饱和后， 天然气水露点高于-550C 时，需切换进另一脱水塔，而被饱 和的分子筛塔将进行再生，循环使用。 再生：前置低压脱水工艺利用自身的压缩机密闭循环 天然气，循环压力与气源压力相同（低压再生） ，天然气进 入再生塔加热到 2000C 后，将水份带出；热湿天然气经冷却 分离后，通过压缩往返循环。 特点： a.优点：脱水、再生均与进气压力相同，低压相
4、对安 全；在压缩前对天然气进行干燥，减轻压缩机负荷，防止 液击现象发生，减少气体中酸性杂质对压缩机的损害；可 采用独立的闭式循环系统进行再生，不受压缩机开机限制。 b.缺点：对天然气中的含水率变化适应性弱，脱水效 果相对不稳定；设备体积大，吸附剂用量大。 （2）后置高压脱水工艺： 工艺简述： 脱水：压缩后的天然气通过脱水塔，气体中的水分被 分子筛吸附，使天然气水露点低于-550C；当分子筛被水饱 和后，天然气水露点高于-550C 时，需将切换进另一脱水塔， 而被饱和的分子筛塔将进行再生；往返循环。 再生：1）后置高压脱水工艺利用 CNG 压缩机压缩后的 天然气，进入加热后的再生塔，将水分带出；
5、热湿天然气 经冷却分离后，回到 CNG 压缩机的入口，往返循环。2）也 可利用原料天然气再生，热湿天然气经冷却分离后进入比 原料气压力低的天然气管道中。 特点： a.优点：设备体积小，吸附剂用量少；对天然气中的 含水率变化适应性强，脱水效果相对稳定；在压缩后对压 缩天然气的干燥，可保证所售气质的纯净，不但确保在发 动机中燃烧良好，同时也避免可能出现的对售气系统的损 害。 b.缺点：脱水压力高，高压相对危险；若利用原料天 然气再生，则不需耗能，但必须有比原料气压力低的天然 气管网；若利用压缩天然气再生，则再生过程必须与压缩 机同步进行，一旦压缩机工作时间较短，再生过程中断， 无法保证成品气质量。
6、 根据目前实际应用，本工程采用后置高压脱水工艺。 1.1.1.3 压缩系统 天然气压缩机将 1.6Mpa 的天然气压缩到 25Mpa。压缩 机系统采用整体结构，公共底盘上容纳了压缩机、电机、 控制系统、安全防护系统、管路系统、气体回收及放空系 统，整个系统固定在混凝土基础上。 1.1.1.4 售气系统 加气站设置 4 台双枪售气机为车辆加气。 1.1.21.1.2 工艺流程工艺流程 原料天然气通过管道输送进站，经过过滤器过滤，再 经涡轮流量计量；然后进入缓冲罐，再进入压缩机经多级 压缩加压至 25.00 兆帕；以高压气体状态进入脱水装置， 天然气经脱水气后水露点低于-550C；高压气体出脱水装
7、置 后通过加气柱给管束车加气；当管束车加气压力达到 20.00 兆帕时，加气柱自动关闭加气枪，其质量流量计自动记录 加气量和加气压力。工艺流程如下： 额额天然气管网调压、计量装置压缩机脱水装置 加气机CNG 汽车 工艺流程图详见 F-102-101。 1.1.3 工艺参数工艺参数 （1）加气站日供气量：2104Nm3/d （2）天然气压力： 进站原料气工作压力 1.6Mpa； 进站原料气设计压力 1.6Mpa； 压缩机后最高工作压力 25.0MPa； 压缩机后设计压力 27.5MPa； （3）天然气温度： 进站原料气温度 常温； 压缩机出口温度 不高于环境温度 15 度。 1.2 主要工艺设备
8、主要工艺设备 1.2.11.2.1 天然气压缩机天然气压缩机 1.2.1.1 压缩机结构形式比较 CNG 压缩机是子站中的关键设备，为保障加气站的安全 运行，选择技术先进、性能可靠、经济合理的设备是十分 必要的。 用于天然气的压缩机压比较大，基本上都是活塞往复 式压缩机。其结构形式有卧式对称平衡式（D 型） ，有立式， 有角度式（V 型、双 V 型、W 型、倒 T 型等） 。 子站大排量压缩机国内应用最多的是 D 型机及 W 型机。 下面对两种型式的压缩机进行比较。 （1）D 型机 气缸呈水平布置，并分布在曲轴两侧，在两主轴承之 间，相对列气缸的曲柄错角为 180 度。大型活塞式压缩机 (50
9、0KW 以上)大部分采用对称平衡结构。它的特点如下： a.惯性力可以完全平衡，惯性力矩也很小，甚至为零。 b.由于相对列的活塞力方向相反，能互相抵消，因而改善 了主轴颈的受力情况，减小主轴颈与主轴承之间的磨损。 c.可采用较多的列数，例如：2 列，4 列，8 列，12 列等， 使得每列串连的气缸数较少，安装方便。 d.对称平衡型压缩机，电机设置在两个机身之间，其优点 是列间距大，便于操作检修。机身和曲轴的结构和制造简 单。 e.气缸需要少油润滑。 f.大中型（500KW 以上）压缩机采用对称平衡型，其优点很 明显，特别是对于大型高压多级压缩机，是较合理的结构 形式。 它的缺点如下： a.运动部
10、件和填料的数量较多，机身和曲轴的结构比较复 杂。 b.占地面积大，厂房要求大。 c.气缸属于有油润滑，对下游用户会造成影响，不利于环 保。 d.为了保证平衡，列数必须是偶数。对于不同的入口压力， 级数的确定不够灵活。 e.密封和部分运动部件产生偏磨严重。寿命短。 （2）W 型机 气缸中心线间有一定的夹角，但不等于零或 180 度。 a.同一曲拐上相邻列的气缸中心线夹角为 60 度时，其动力 平衡性最佳。 b.角度式 W 型各列的一阶惯性力的合力，可用装在曲轴上 的平衡块达到大部分或完全平衡，因此机器可取较高的转 数。 c.气缸互相错开一定角度，有利于气阀的安装与布置，因 而使气阀的流通面积有可
11、能增加，中间冷却器和级间冷却 器可以直接装在机器上，结构紧凑。 d.角度式 W 型压缩机可以将若干列的连杆连接在同一曲拐 上，曲轴的拐数可减少，机器的轴向长度可缩短，因此主 轴颈能采用滚动轴承。 e.该型压缩机气缸采用无油润滑，有利于环保。 f.角度式 W 型压缩机结构紧凑，同样的空间情况下，会留 有较大的检修空间。 它的缺点如下： a.径向上受力难以平衡，易产生震动。 b.侧向上缸体的密封和运动部件较易产生偏磨。 c.不适应大型压缩机组。 1.2.1.2 压缩机冷却方式比较 压缩机冷却系统可分为水冷、混冷、风冷三大类。 风冷方式：冷却效果一般，设备噪音较大，常用于北 方寒冷地区，在南方炎热地
12、区冷却效果较差。 混冷方式：冷却方式较好，常用于城区对噪声要求较 高的区域。 水冷方式：冷却效果最好，但需要增加一套冷却水系 统，使用成本较高。 1.2.1.3 国内外压缩机比较 国产压缩机与进口压缩机指标对比详见下表。 压缩机比较一览表压缩机比较一览表 项目意大利赛福美国 ANGI 国产压缩 机 结构形式 W 型D 型D 型 冷却形式 混冷风冷风冷 单台排气量 （Nm3/h） 175020001256 配置台数（台） 222 工程建设投资（万 元） 1399 1545800 对天然气气质要 求 要求高 要求高 要求低，适应 力强 维护费用易损部件成本 较高；若其它 部件损坏费用 更高，维护成
13、 本高 易损部件成 本很高；若 其它部件损 坏费用更高， 维护成本高 易损部件更换 率较高，但维 护成本低 售后服务售后服务及时， 一般问题国内 工程师即可解 决。 遇疑难故 障，国外 专家诊断， 再由国外 发部件， 维护周期 售后服务及时 很长；国 外专家费 太高；并 只能通过 代理商联 系厂家 运行情况无故障运行时 间 8000 小时， 性能好，运行 平稳，极少有 因部件质量引 发故障 无故障运行 时间 8000 小时，性能 好，运行平 稳，极少有 因部件质量 引发故障 无故障运行时 间 5000 小时， 易损件会经常 发生小故障 PLC 控制 自动化集成度 高，安全、送 气控制灵敏， 自
14、动化集成 度高，安全、 送气控制灵 压缩机组自身 控制压力、温 度、过载的模 系统出现问题 时，经厂家同 意，用户破解 密码后可做修 改和维护 敏，系统加 密，出现问 题用户不能 修改和维护 拟信号水平偏 低，系统可不 加密，出现问 题用户能修改 和维护 产品制造加工精度模块化设计， 能确保加工精 度 模块化设计， 能确保加工 精度 加工精度比进 口差 市场占有率进口设备中市 场占有率最高， 在新疆、吉林、 内蒙等地均有 市场占有率 逐年下降， 目前已很少 采用 由于产品质量 提高，近年站 普遍选用，市 场占有率高 结论：国产压缩机生产厂已能生产大排量的加气子站 压缩机，虽然事故率高，维修频繁
15、，但其投资少，售后服 务及时。进口压缩机价格比国产压缩机贵，虽然运行稳定； 但存在维护、配件成本高等缺点。通过以上综合比较本工 程推荐选用国产压缩机。 1.2.1.4 压缩机选型 子站日供气量为 2104Nm3。根据实际经验，压缩机每 天工作时间不应超过 16 小时，选择排气量 1265h 的压缩机 2 台，1 开 1 备。 压缩机主要工艺参数： a.流量： 1265m3/h b.进口压力： 1.6MPa c.出口压力： 25MPa d.出口温度：不高于环境温度 15 度 e. 压缩级数：三级 f. 冷却方式：风冷 g. 电机功率：160kw 1.2.21.2.2 脱水装置脱水装置 选用 1
16、台后置脱水装置，采用二台压缩机配置一台脱 水装置的工艺流程。 脱水装置主要工艺参数： 设计压力: 4.0Mpa 工作压力： 2.5Mpa 设计温度： 100 工作温度： 40 处理最大气量： 1500Nm3/h 脱水后露点温度： -55.00（常压下） 吸附剂： 专用 4A 分子筛 再生气温度： 260.00 总功率： 30KW 1.2.31.2.3 加气机加气机 子站选用 4 台加气机，计量设备采用质量流量计。加 气机为双枪高速加气机，加气管线带有放空装置，可以通 过放散塔放空到大气中，当瓶内压力达到 20MPa 时，自动 停止供气。 主要技术参数： 设计流量: 2-40Nm3/min 最高
17、工作压力：25.00MPa 设计压力： 27.50MPa 计量精度等级：0.5 级 1.2.41.2.4 计量、稳压系统计量、稳压系统 选用小时处理气量 1500Nm3的计量、稳压系统一套。整 个系统由天然气过滤器、调压器、流量计、缓冲罐（2m3） 等组成。调压后天然气压力为 1.6MPa,计量精度等级为 0.5 级。 1.2.51.2.5 废气回收废气回收罐罐 接受压缩机排污气及脱水装置再生气排气，同时起到 气液分离和储存之作用。废气回收罐容积为2m3，设计压力 为2.5MPa。 1.2.61.2.6 主要工艺设备一览表：主要工艺设备一览表： 主要工艺设备一览表主要工艺设备一览表 名称型号单
18、位 数量 备注 天然气压缩机Q=1265m3/h,P 出口 =25MPa 台 2 国产 脱水装置 Q=1500m3/h 台 1 国产 双枪加气机单枪流量 Q=2- 40m3/min 台 4 国产 计量、稳压系统 （含缓冲罐） Q=1500m3/h 套 1 国产 废气回收罐套 1 国产 天然气污水罐套 1 国产 1.3 工艺管道工艺管道 1.3.11.3.1 管径计算管径计算 根据计算公式：Q=V.S 其中 Q-流量（Nm3/s） V-流速（m/s） S-流通面积（m2） 管道流量以二期供气规模确定，经计算 CNG 子站进站 总管管径为 895，压缩机高压出口管径 325。 1.3.21.3.2
19、 管道材料管道材料 压缩机后高压管道采用材质为 S316 不锈钢管，其技术 性能符合不锈钢无缝钢管GB/T14976-94 的规定；排污、 放散管道采用材质为 20 号钢无缝钢管，其技术性能符合 输送流体用无缝钢管GB/T8163-1999 的规定；进站总管 采用材质为 20#钢无缝钢管，其技术性能符合石油天然气 工业输送钢管交货技术条件 第 2 部份 B 级钢管 GB/T9711.21999 的规定。 1.3.31.3.3 管道防腐管道防腐 所有非不锈钢管道及管件均要求除锈后进行防腐处理， 其中埋地管道采用三层“PE”防腐；地上管道（包括地沟 内管道）采用氯磺化聚乙烯防腐涂料，作法为：底漆两道， 中间漆两道，面漆两道。面漆色彩：天然气管道为黄色， 安全放散管道为红色，排污管为黑色，镀锌管道涂银粉。