CNG加氣站工藝流程優化設計研究

吳祖闊+張智

重慶中梁山渝能燃氣有限公司

【摘 要】在中國現代化進程中，隨著發展速度不斷加快，城市氣化建設的發展也日新月異，城市發展也朝著環保、節能的方向前進， CNG加氣站被各大城市納入重點建設對象之一。本文重點研究了CNG加氣站工藝流程的優化措施，希望能夠對加氣站的發展和普及有所幫助！

【關鍵詞】CNG；加氣站；工藝流程；優化設計

前言

為了滿足城市可持續發展的需要，各大城市不得不尋找安全、清潔、環保、實惠的能源，壓縮天然氣（CNG）能滿足這些特點，作為汽車能源被廣泛使用再好不過。近年來，我國政府在逐步擴大CNG加氣站建設，特別在西部地區，因為地理位置原因，CNG能源得到大力發展。在建設過程中也逐漸的暴露一些問題，如在工藝流程方面安全系數相對不高，在開發過程中，可能會因為竄井和地下儲氣井松動，造成事故發生，因此對CNG加氣站工藝流程的改進和優化工作迫在眉睫，只有提高安全系數，才能加快建設CNG加氣站。

1.CNG加氣站工藝流程優化

1.1CNG加氣站工藝流程現狀

CNG加氣站常規的工藝操作流程：第一步，將氣體由外接輸氣管線接入加氣站后，進入緩沖罐；第二步，先壓縮機中增大氣體的壓強，在高壓狀態下將放置到橇裝脫水裝置進行干燥處理。第三步，經過干燥處理過的氣體放置順序控制盤，通過在順序控制盤設定，進行氣體調序后，CNG操作成功。選擇直接給汽車沖氣或輸入地下儲氣井內進行儲存均可。

在輸氣管線布線方式的選擇上，可以把地下儲氣井-1、2并聯在一起，這樣一來，進出氣集中在一條輸氣管線進行，優點顯而易見，節約材料降低成本，但缺點也是很致命的，當其中一口地下儲氣井發生泄漏導致井內壓力大幅度降低，迫使另一口地下儲氣井內的天然氣向泄露的地下儲氣井內流入，繼而導致天然氣竄井事故。高壓天然氣泄漏產生的危害不可估量，可能導致地下儲氣井管松動，更有甚者導致連接管線破裂或拉斷，連接接箍松動，繼而發生爆管升空的大事故。

要對氣站進行一個全面的評估，基于現實，當加氣站加氣的車輛達到飽和的時候，加氣站壓縮機出現供壓不足的情況，為了保證加氣需求得到滿足，只能由地下儲氣井來進行壓力的補充，當壓力滿足需求時，切換直充。經由現場測試，經過壓縮機加壓后的天然氣溫度至少在70攝氏度以上，把溫度那么高的天然氣輸入汽車油箱，后果就是計量誤差值過大，在高溫高壓狀態下的天然氣還會影響載體鋼瓶的使用壽命。

1.2CNG加氣站工藝流程優化

為了改良優化CNG加氣站工藝流程存在的問題，提出了以下建議：

（1）選擇把地下儲氣井-1、2并聯的方式，但不共用一條管道，而是再增加一條管道，并增加兩個閥門及壓力表，兩個管道最后再匯合，給予供氣。

（2）優化地下儲氣井結構，防止高溫的天然氣直接流入鋼瓶，多一環冷卻裝置。

（3）優化地下儲氣井出口處裝置，可以在上面安裝上單向閥，降低天然氣竄井導致的事故的發生率。

將CNG加氣站工藝流程加以優化改造后，流程如下：第一步，將氣體由外接輸氣管線接入都加氣站后，進入緩沖罐；第二步，先壓縮機中增大氣體的壓強，在高壓狀態下將放置到橇裝脫水裝置進行干燥處理。第三步，經過干燥處理過的氣體放置順序控制盤，通過在順序控制盤設定，進行氣體調序后，CNG操作成功。不直接給汽車沖氣或輸入地下儲氣井內進行儲存，多一環冷卻環節。

2.地下儲氣井結構優化

2.1地下儲氣井結構現狀

CNG加氣站要穩定、安全的儲存天然氣，其中最關鍵的設備便是CNG地下儲氣井，該設備的性能是否穩定，關系到整個氣站是否能正常運轉。

CNG地下儲氣井實際上就是一個容器，由于各種因素限制，比如該容器不能接觸明火，選擇存放的位置要求成本相對較低、又不占用地面空間、還要能恒溫保存等，該容器只能深埋（垂直距離大概為80～200m）于地下。這個做法也是國內比較主流的CNG加氣站的儲氣系統。

理論在實踐中的應用還需要時間，目前國內大部分CNG加氣站還是采用單管道的進出氣方式。

2.2地下儲氣井結構優化

高溫狀態下的天然氣不利于使用計量，也容易損壞載裝氣體的鋼罐，地下儲氣井可以利用環境優勢對天然氣進行降溫處理，但降溫過程中必須遵循SY-T6535-2002《高壓氣地下儲氣井》對地下儲氣井的要求。基于實際情況與要求規范，增加輸氣管道，使得進出氣體各占一個管道是最為合適的做法。經過壓縮后的天然氣，溫度很高，在流入地下儲氣井時，流入時間過短，氣體無法散熱大量高溫氣體涌入地下儲氣井，不利于降溫把管道適當延長，高溫氣體流入儲氣井的時間增長，散熱效果更為理想。經過實驗證明，長度為2m的套管可達到降溫效果，降溫過后的高壓天然氣溫度在30攝氏度左右。

地下儲氣井經過優化之后，在壓力方面能滿足氣站的需求，還能是改裝的降溫器，避免高溫天然氣直接充入汽車造成氣瓶被破壞。

3.加氣槍的放空回收

3.1加注流程

通過加氣站內的加氣槍進行加注，是為天然氣汽車加注的主要方式。加注操作過程如下：

（1）將加氣槍頭部分插入（或套入）車載氣瓶加氣口連接，同時打開汽車進氣閥門和車載氣瓶閥門（一般情況車載氣瓶閥門是打開的，只需打開汽車進氣閥門）。

（2）操作加氣槍閥柄轉至“開”檔狀態，槍管與加氣口連通，加氣機電磁閥打開，高壓天然氣通過壓差向車載氣瓶加氣，直到所需壓力。

（3）待到載氣瓶內部的壓力上升至規定值，將進氣球閥關閉。此時，加氣槍兩位控制閥門頂端400mm長的槍頭部分在進氣球閥被切斷的情況下壓力仍然可以達到20MPa左右。

（4）將閥柄轉至“排”檔狀態，加氣口管路與放散口連通大氣，放散掉該段管路壓力后將閥柄轉動至“關”檔。

（5）汽車天然氣加注過程完成，并且拔下加氣槍的槍頭部分。

3.2CNG加氣槍排空天然氣的回收與利用

3.2.1基本思路。

要滿足加注過程中“零排放”的需求，需要轉換一下思路，主要排放量在于回收加氣槍，注意排放的殘留天然氣的收集是“零排放”的關鍵。

高壓天然氣由于在高壓狀態下，一些操作比較難進行，在回收與利用上的操作難度大，因此，把高溫狀態下的天然氣做降壓處理，由高壓狀態轉變為低壓狀態，就可以實現以上操作難度大的問題，二次使用資源，基本思路如下：

（1）安裝控制閥門，主要用于控制加氣槍天然氣注入壓力的大小。

（2）安裝增設收集排空天然氣的裝置。

（3）收集裝置中排空天然氣，進行二次使用。

3.2.2回收利用方式。

3.2.2.1三位控制閥門

不同于我們日常生活中所能見到的閥門，為了更好的回收排空天然氣，把普通閥門的核心部分進行了改造，主要是進行了加位處理，把兩位控制閥門變更為三位控制閥門。究其原理，與二位控制閥門差別不大，但是在位數多了一位，在外形上依然同兩位控制閥門。

非加注狀態：待機狀態下，同兩位控制閥門原理一致，3個通道全部關閉，但加氣槍槍頭不做關閥操作依舊同大氣聯通。加注狀態：加注狀態中，高壓天然氣由于要進行加注，占用了加氣通道，關閉剩下2個通道，通過加氣通道把天然氣注入到車載氣瓶中。過渡狀態：在過渡狀態下，三個通道中僅開啟回收通道，余下的天然氣在其他通道關閉的狀態下選擇回收通道把剩余的氣體送回儲存裝置。

完成一次加注，設備自動把三位控制閥還原到初始狀態，繼而檢測回收通道是否關閉，確認關閉之后，打開排空通道。與二位閥門控制器有所差別的是，三位控制閥門是將進行了一個剩余氣體的回收與利用。

3.2.2.2余氣回收通道

三位控制閥門同二位閥門比較，增加的部分為余氣回收通道，顧名思義，是用于收集、降壓及隔離回收天然氣的管道。為了達到回收和降溫的效果，可以在余氣回收通道上設計一個止回閥，通過該裝置，可以起到降壓隔離作用，用來避免天然氣倒灌，防止將管道直接接到儲氣瓶組，或者進入中壓管道，造成泄露事故。

4.結語

壓縮天然氣（CNG）是一種新型的加工能源，其被視為理想的汽車燃料，原因有四，第一具有環保、無污染的特點，第二具有節能特點，第三安全性相對高，第四價格經濟實惠，綜合以上四點，滿足了城市可持續性發展的要求，故受追捧。但此項能源在我國的推廣存在一定的障礙，主要為流程設計與建設方面不符合標準化建設，再者由于建設不當引起的安全問題，要想在我國推廣CNG加氣站，改革勢在必行，不斷優化和完善我們的技術，才能為CNG加氣站創造一個良好的、安全的發展情境。

參考文獻：

[1]舒浩紋；劉蘇；吳曉南；黃坤；宋歡歡.CNG加氣站工藝流程優化設計探討[J].天然氣與石油，2014（03）.

[2]于海歡.CNG加氣站工藝流程優化設計探討[J].石化技術，2016（09）.