CNG站的典型应用

上海飞奥燃气设备有限公司 201201曹晖 杨志明 杨骅 杨建

摘要：本文介绍了CNG减压站在燃气供应中的四种典型应用，阐述各类型应用对应方案的设备设计需要考虑的要点，指出使用橇装技术的供气方案具有投资少、建设快、经济效益和社会效益明显等优势。关键词：橇装 应用 调压 天然气 英文

引言

天然气作为优质高效的清洁能源，目前国内已经开始的大规模普及应用，除天然气长输管线能够覆盖到的地区能够用上天然气外，一些城市也通过非管输的方式用上了天然气，主要常见方式是LNG和CNG。由于LNG气源少供应量有限，且多数城市离LNG气源点距离较远，因此，比较容易获得气源的CNG方式得到较广泛的运用。

CNG供气有以下优点：较容易取得气源，现在很多地方均建有加气母站，可以方便的通过槽车运输取得气源；建设周期短，投资较少，多数地区气源价格比LNG低。本文将介绍CNG减压站的几种典型应用及CNG减压设备的特点。

CNG减压站的典型应用

根据CNG减压站的实际用途来看，可以分为四种类型的典型应用：中小城镇和中小城市的主要民用气源；工业用户的主要气源；大型城市储备站或调峰补充气源；应急气源。 1、中小城镇和中小城市的主要气源

由于中小城镇分布较为分散，长输管线在下游用户数量较少的情况下，从管网建设的成本考虑，不可能铺设至每个需要的地方；中小城市由于长输管线铺设的阶段滞后性，当这些地方需保障进行天然气提前供应时，CNG站将是优先选用的气源。这种类型的应用目前是CNG减压站需求最主要的方向，占市场总量的80%以上。

城市燃气固有的不均衡性，包括：小时、日、月不均匀系数，每天的用气的高峰，冬季和夏季用气量的巨大差距；城市供气的设备需要考虑峰谷间用气量的巨大差异，必须同时满足用气高峰和用气低谷的安全平稳供气要求，在设计该类型CNG减压站时除了考虑常规调压设备安全性和可靠性外，还必须考虑以下问题：

①供气峰谷间的流量差异，解决方案：采用多路并联，以两路以上的较小流量的调压路并联，谷时以一条调压路工作，峰时以两条以上调压路同时工作满足需求，并尽量使设备在最佳工况下工作，防止阀口频繁开启，产生喘振的不利情况；

②常规CNG减压站均采用一路的进口，当槽车卸气到压力低时不能满足设计流量，会导致供气能力不足，解决方案：采用多入口方案，每个调压路单独对应一个卸气柱，并在卸气柱加装单向阀，调压路直到二级调压后再行汇总。由于是采用两路以上的结构，如单路的流量的不足时，另一调压路可挂高压槽车，不会相互影响，用两路以上同时卸车保证下游的流量；

③考虑民用供气的安全必须进行燃气加臭，解决方案：出口预留加臭的接口或自身考虑增加加臭设备，当然如从门站加臭后接气则无需考虑该问题；

④由于峰谷流量差异大，供气温度也存在一定的波动，民用供气可能存在较长的低谷，考虑启动流量可能产生的计量误差，解决方案：不建议采用速度式的计量（涡轮），而采用体积式（腰轮）或质量流量计进行计量，或直接采用进出称重的质量结算方法更为准确；

⑤由于设备用量较大，在确保安全的前提下，如何满足市场要求降低设备的成本，解决方案：定义最基本的功能，标准化产品，目前从1000Nm/h、2000Nm/h、3000Nm/h、5000Nm/h四个型号已基本满足在民用供气的需要，降低制造成本，以完成减压作为设备的最基本的功能；

⑥在CNG供气的方式中容易忽视安全问题，重点的不仅仅是压力高危险性大，尤其需要关心的是出口燃气的温度的问题，

解决方案：在设计参数中必须明确出口温度必须在0℃以上，一般定义为出口温度必须≥5℃，防止下游因长期出现低温运行，管道和设备出现安全隐患。民用供气前期因用户数量数量不多，加热量不足的情况常常无法反映出，但在达到设计用量时（或高峰用量时）这一问题就比较突出，需要燃气公司密切关注这一点，在换热器和锅炉选型时审核加热量的大小，避免因控制成本造成供热量不能满足要求的情况。同样，需要严格注意的是对CNG减压设备的下游的流量进行控制，避免实际流量远远超过设计流量，形成超量的情况。因突破设计规模，造成供热量不足，出口温度过低，也会造成同样的安全隐患。

这种类型应用数量最多，流量范围从1000-5000Nm3/h，结构上中小城市多采用两用一备的结构，中小城镇多采用一用一备的结构。在我国新一轮城镇化的建设中发挥着重要的作用，提高了当地居民的生活品质，也有效地改善了当地的环境。如秦皇岛山海关区的型号RY2000C（一用一备）、秦皇岛北戴河区的RY2000C（一用一备）的CNG站就是中小城镇应用的典型； 山西长治RY3000C（一用一备一预留）CNG站就是中小城市镇应用的典型。

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P=20MPaP=1.2MPaP=0.4MPa放散管V0CNG槽车I1PTP11/2\"P1I2PI1/2\"I3TTI4TIP2DN50DN25V2P31/2\"P71/2\"P8I2I42\"PITIP5P1P91/2\"STAFLUX187I5PIP11Norval/IN DN50I6PIP111/2\"P14P13P7DN150P6P13DN150P15FII3TTI4TII7PTP11I8PIP11DN25流量：Q=3000m3/h进口压力：P1=20MPaV3P41/2\"P52\"P61\"P10DN25P121/2\"P131/2\"DN150DN80P7P12.1P7DN150P161/2\"P73/4\"P17流量：Q=3000 m3/h出口压力：P2=0.2-0.4MPaRJX-75III放散管V0CNG槽车I1PTP11/2\"P1I2PI1/2\"I3TTI4TIP2DN50DN25V2P31/2\"P71/2\"P8I2I42\"PITIP5P1P61\"P91/2\"STAFLUX187I5PIP11Norval/IN DN50I6PIP111/2\"DN25流量：Q=3000m3/h进口压力：P1=20MPaV3P41/2\"P52\"P10DN25P121/2\"P13P7DN150P13DN150P18燃气自动加臭装置DN80P7P12.1膨胀水箱V5锅炉供水锅炉回水200,000Kcal/h锅炉燃料气进口锅炉供水锅炉回水膨胀水箱V5200,000Kcal/h锅炉自用气压力：P2'=2.5KPa

图1：CNG减压站流程图

图2：CNG减压橇三维效果图

2、工业用户的主要气源

由于工业用户相对分散，在考虑铺设管线的周期，为确保工厂按期投产，在高压管线未铺设到工厂前，那工厂可选择CNG作为供应气源。

需要考虑的问题：

①该类型的CNG站一般用气量比较平稳，无明显的峰谷，但对设备的连续性供气要求较高，结构上采用一用一备（单个工厂）或两用一备（大型的工厂）的形式，为了保证设备的高可靠性除了采用前文所说的每个卸气柱单独对应一个调压路外，还可采用两个卸气柱对应一个调压路，它除了能节约切换时间外还能防止卸气柱故障影响正常供气。

②区别于民用供气，因供气量的相对稳定和连续不间断供气的要求，工业用户采用速度式计量的涡轮表对于CNG贸易结算是比较合适的，避免了 表卡停气的风险，

当然采用入口端质量计量也是推荐采用的。

③由于工厂对自控要求比较高，从管理角度，对设备本身要求加装有关的可以上传的二次仪表、安全报警装置和远程控制的电动头，提高设备运行的管理水平。

如江宁福特的RY8000（两用一备-工业区供气，每个卸气柱单独对应一个调压路）、上海潜利工业、新实力食品RY1000C（一用一备、每个卸气柱单独对应一个调压路）、

兴达钢帘线RY3000C（一用一备，每两个卸气柱对应一个调压路）都是工业用户的典型。 3、大型城市事故储备站或补充调峰气源

由于城市燃气不均匀性供应的特点，在用气高峰，管网压力不足。原先各城市因管网多低压管网，本身储量有限，加上上游公司无法提供调峰的承诺，各大燃气公司多自己建设大型球罐来解决这一令人头痛的问题。结果国内很多大的燃气公司都建有数量可观的球罐，在日常维护管理和后期城市建设过程中也都带来不少阻力和困难。

伴随CNG大型加压设备和打井成本的降低及高压钢管储气技术的完善，目前并联的地下储气井储气的方式也越来越被很多城市燃气公司所肯定，一些大型城市已开始将该种方式也做为城市事故气源和补充调峰气源，保证城市在各种情况下仍能保证燃气的正常供应，提高了城市抵抗各种不利因素的能力，确保了城市能源生命线的安全。

如天津泰达RY24000储备站（四路并联-储气井事故调峰），天津塘沽RY28000储备站（四路并联-储气井事故调峰），均作为事故气源来保证城市的正常供应。如秦皇岛煤气RY8000（三路并联-补充气源），南京

RY12000（三路并联-补充气源）在城市管输气供应量不足时，使用CNG作为调峰补充气源。需要考虑的问题：

①该类应用目前正刚刚起步，设计流量都很大，入口压力高达25MPa，因系统结构复杂，需要考虑的安全因素最多，且该类应用对城市安全供气影响重大，需要能够快速投入运行，对自动控制可靠性要求非常高，在设备设计能力和制造能力上对制造商有很高的要求。

②考虑到城市用气不均匀性的特性，建议该种类型的站应采用多路并联的结构，尽量使设备在最佳工况下工作，且采用多路并联的结构可以容易获得大的设计流量。

③在这个应用中有一点必须引起高度重视，因很多油井气（含重烃组分）作为CNG的补充气源的方式进入了城市的管网，这种组分的气源和我们通常所讲的CNG定义的压缩天然气是不同的，主要成分虽然是甲烷，但因含有部分重烃组分，在卸压后期将在设计工况上出现重大偏离。重烃组分从气体中大量气化释放出来。虽然考虑热值华白数一致，燃气公司用热值仪控制进行了空混，但对CNG设备的本身的技术参数和制造标准未提出了新的需求。有些燃气公司认为和普通的CNG减压设备没有区别，实际上无论是换热的量的大小，还是管道设计温度的选择都是有不质性差异的，一但长期运行将出现安全问题，将造成很大的损失。尤其在大流量CNG的设计中必须考虑CNG气体的组分，确保设计工况和实际运行工况一致。这需要燃气公司严格监控气源的来源和组分，当然通过技术手段使CNG的温度保持在临界凝析温度之上，从而保证天然气始终处于气相区域，也是一种有效的管理办法。

简化 4、应急气源

应急气源的主要用途在于：当某燃气管道出现故障，如管道被挖断，上游供气中断，无法保证正常供气时；或者是一些大型活动需要保障时，提供的备用气源。

该类设备在设计时需要考虑设备的可移动性，以便在需要时可以快速的移动到指定位置，并能够以较快的速度投入供气，目前此类设备因需要经常移动，为防止箱体变形，区别于一般的箱式调压柜，采用集装箱箱体，全套设备均设置在集装箱内，一般由1-2个标准集装箱，考虑安全间距采用锅炉

的需要单独成撬装箱，该类设备一般流量多为500-3000Nm3/h，500Nm3/h采用电加热器炉供热（单撬），1000Nm3/h以上采用燃气锅炉换热（两撬）。结构上由可采用单路或一用一备结构。

应急气源有以下特点： ①机动灵活、占地少、投资少

采用橇装技术可以使整套装置依附于牵引车头而自由移动，机动性很强；另外相对于其他具有供气功能的固定设施（如CNG/LNG站）来说，不需要长期占用城市用地，一般采用临时占用的方式，既完成了保障供气的目的，也节约了大量购地资金。 ②安全环保、可靠性高

考虑整套设备的安全性，在减压装置的一级调压器前、二级调压器本体上均装有紧急切断阀，紧急切断阀采用下游取燃气压力，自体提供动作信号，避免了使用压力传感器+控制系统+气动球阀方式可能产生的安全风险；采用与电磁阀不同的密封原理，紧急切断阀真正做到零流量时完全零泄漏，避免了高压天然气进入燃气管网，以此提高供气的安全性。

天然气的调压过程不会产生过大噪音，即使是在居民区和商业区，其安全性、环保性都符合国家有关标准，不会影响到周围的生产、生活。

可移动的应急供气装置不仅可以在事故状况下保证城市稳定安全的供气，而且对于远离天然气

管网的短期用户来说也是个不错的选择。利用撬装拖车运输方便、不受管网限制的特点，可使天然气得到快速应用。这样既可以解决远离天然气管网用户用气难的问题，又可以节约敷设天然气管网的投资。城镇燃气用气量增大，管道天然气到达后，还可用于城市燃气调峰和紧急气源使用，可以节约大量的投资，同时与管道气形成优势互补。

此类设备的典型应用有：大庆燃气的RY1000(单路-应急气源），北京燃气集团RY500C（双路-奥运应急气源），北京燃气集团RY3000C（双路-奥运火炬应急气源）。

目前这类应用也和第三类应用相似，处于使用的初级阶段，今后也将是城市用气安全保障的重要手段，将会越来越受燃气公司的关注。

结束语

CNG减压站作为一种独特的超高压供气设备，在城市燃气的供应中从开始的解决中小城镇和中小城市的主要气源问题，满足工业用户的供气要求，到目前保障整个城市的安全供气。这一发展的过程和我国燃气由主要解决居民生活的初级阶段，到提高整个城市安全供气，最大限度满足各类用户的需求的高级阶段的发展过程是一致的。在这个过程中，国家从建设和谐社会出发，越来越重视燃气供应安全的问题，对产品的性能也提出了越来越高的要求，采用成橇的专业方式很好的解决了这一问题，具有投资少、建设快，经济效益和社会效益明显等优势。

下一阶段需要我们更多的在各种CNG应用中进行研究，满足新出现的需要，通过多种应用方式提高天然气在我国能源中比率，改变我国长期烧煤污染环境的不利局面。随着应用种类的不断明确，需要针对不同应用方向，制订更细致的技术规范，从根本上确保CNG使用的安全。

参考文献：

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