天然氣綜合站工藝及功能的優化

許臣君，田霖(鐵嶺港華燃氣有限公司，遼寧 鐵嶺 112000)

1 概述

天然氣綜合站建設時主要設備設施之間須滿足現行的《城鎮燃氣設計規范》《汽車加油加氣站設計與施工規范》《建筑設計防火規范》[2]，CNG加氣站與天然氣輸氣管道合建站的設計與施工還要符合現行的《石油天然氣工程設計防火規范》中的有關規定，所以建設單位應充分考慮綜合站的特點，根據綜合站內各組成部分功能需求，進行統一規劃設計，合理分區，實現功能優化。

2 案例工程概況

鐵嶺港華燃氣有限公司鎮西堡天然氣場站位于鐵嶺縣鎮西堡鎮木廠村，是一處綜合性場站，總面積20 055 m3，分為天然氣門站、壓縮天然氣母站和常規加氣站三個區域(見圖1)。門站負責接收中石油管輸天然氣(沈哈線)并輸送至鐵嶺市區，輸氣能力達50萬m3/d；壓縮天然氣母站將管輸天然氣壓縮運輸至市區各汽車加氣站，供應能力達20萬m3/d；常規加氣站可為CNG出租車及公交車加注壓縮天然氣，加氣能力2萬m3/d。

圖1 鎮西堡天然氣場站分區圖

2.1 門站工藝及功能優化

(1)鎮西堡門站主要是接收上游高壓管道氣，經過過濾器除去雜質，隨后進入水浴式換熱器，提高天然氣溫度，在經過計量、調壓、加臭，通過長輸管線輸送給到市區，門站設備還設有自用氣撬，主要是提供站內熱水鍋爐和食堂使用。

(2)門站的核心主要是調壓器，一般大型門站都采用軸流式調壓器，設有主路和副路，采用切斷閥+監視調壓器+運行調壓器模式確保下游穩定運行，為了更好地保障安全，在門站建設過程中增加了自動選路裝置，避免了當主路切斷閥切斷時，由于某種原因副路切斷閥也有可能一同切斷的風險，只有當副路調壓器運行時，副路切斷閥才會檢測到下游管道的壓力(圖2)。自動選路裝置功能上要求備用路能自動補上運行供氣，不會導致停氣情況，同時不可用電子或電力裝置或人手調控來達到此目的，也不能靠在備用路上不同壓力的設定來達到此目的。

圖2 自動選路裝置流程圖

2.2 CNG母站工藝及功能優化

(1)鎮西堡母站直接接收上游高壓管道氣，經過濾、計量、干燥、緩沖、加臭后，進入母站壓縮機組壓縮冷卻后，輸送到加氣柱計量，再充裝給下游的CNG槽車中。

(2)高壓天然氣進入鎮西門站和母站時，當母站和常規站壓縮機沒有啟動，隨著上游進站壓力波動(2.8～3.6 MPa)，母站入口高壓天然氣倒流進入門站調壓裝置，導致母站計量裝置不準或損傷，優化后在進入母站入口閥門后安裝止回閥(圖3)，考慮到運行壓力及流量，選用旋啟式止回閥即可滿足需求，同時方便日后維修維護。

圖3 止回閥安裝示意圖

(3)原設計將門站調壓裝置和母站過濾計量裝置設置在同一個平臺方便管理，卻將母站過濾計量裝置過濾排污收集到壓縮機間外的排污池，不僅距離較遠，同時排污管道與其他管道交叉較多，考慮排放的介質和運行壓力相同，通過優化利用門站原有排污池，將母站過濾計量裝置排污管道并入門站調壓裝置排污管道中，一共進門站排污池(見圖4)。

圖4 優化后排污管線示意圖

(4)母站運營的核心就是壓縮機的穩定，有條件的企業一般會選用體積小、故障率低的進口壓縮主機+國產防爆電機，冷卻形式大部分都是風冷為主。鎮西堡站選用的進口壓縮機只有風冷+水冷的混合模式，冷卻工藝比較復雜，在母站壓縮機組運行過程中，通過壓縮放熱，防凍液冷卻壓縮機后吸熱，吸熱溫度一般可以達50～60 ℃[3]，再被風冷裝置上的軸流風機冷卻后，利用水泵返回壓縮機組。針對此種壓縮機實際情況對其冷卻工藝進行優化(圖5)，遠期可以根據實際用氣情況選擇安裝相應的廢熱回收機組(板式換熱器)，將母站壓縮熱能提供給門站水浴式換熱器換熱，用于提高門站天然氣出站溫度，降低站內鍋爐使用熱負荷，減少壓縮機冷卻風機啟動頻次，達到降低能耗的目的。

圖5 遠期廢熱回收裝置安裝示意圖

(5)考慮到母站單臺壓縮機的功率是355 kW，設備廠家提供電機電壓是380 V，優化后改為10 kV。這樣做可以降低電源和配電設備總體投資，并且線路損耗小，可節省一定的耗電量，可直接使用網絡電源，使用簡便，故障率較少，啟動電流小，承受沖擊能力強。

(6)加氣母站的安全核心主要是充裝環節，以往加氣柱和CNG槽車的連接都是通過高壓軟管和鋼絲繩。為確保充裝環節的安全，改為使用CNG快速接頭防脫裝置和壓縮天然氣裝卸臂(圖6)代替鋼絲繩和高壓軟管。CNG快速接頭防脫裝置功能是將壓縮天然氣裝卸臂端部的快速接頭外表面增加一組保護裝置，有效代替鋼絲繩對快速接頭固定，消除了快速接頭的安全隱患。壓縮天然氣裝卸臂的功能是利用不銹鋼材料耐壓高、抗壓力沖擊能力強、不會產生爆裂和泄漏特點，采用多個萬向軸組合。操作靈活，使用方便，維修方便快捷，導靜電性能好，不像高壓軟管需定期檢定及更換，使用壽命長。

圖6 壓縮天然氣裝卸臂及防脫裝置

(7)壓縮天然氣屬于高壓易燃易爆氣體，一般母站加氣充裝過程中需要安裝固定式靜電接地報警器，但是一旦操作員人員沒有及時發現靜電接地報警就容易導致事故的發生，所以我們采用了防靜電控制器與加氣柱進行連鎖的措施，當防靜電控制器聲光報警時會自動關閉加氣柱供電，切斷氣源，有效地控制了充裝過程中的靜電風險。

(8)因夏季母站壓縮機出口溫度較高，導致CNG槽車充氣量和充裝時間受到影響，為了緩解這個問題，在母站加氣充裝區設置水噴淋系統對充裝的CNG槽車進行降溫，減少充裝時間。

2.3 CNG常規加氣站工藝及功能優化

(1)鎮西堡常規加氣站直接接收上游高壓管道氣，經過濾、計量、干燥、緩沖、加臭后，進入常規站壓縮機組壓縮冷卻，利用優先順序盤進到對應的高中壓儲氣瓶組中，再輸送到加氣機計量、最后充裝給下游的CNG出租車或公交車。

(2)考慮到常規站距離市區較遠，所以只設置了一臺壓縮機，當常規站壓縮機需要檢修或加氣高峰時，可以利用閑置的母站壓縮機組通過另外一臺機械式優先順序盤對常規站進行調峰，同時兼備了備用功能(圖7)。

圖7 鎮西CNG常規站調峰和備用功能示意圖

(3)鎮西站進站天然氣的運行壓力為2.8～3.6 MPa，加臭泵只需選擇滿足4 MPa即可，通過論證考慮到天然氣前置干燥脫水裝置對四氫噻吩的吸附問題，加臭點優選設置在前置干燥脫水后，進入壓縮機前。加臭裝置中的主要設備為二個隔膜式計量泵，能將泵與臭劑分開，以防臭劑泄漏。以往加臭罐采用玻璃液位計，這種玻璃液位計在東北地區風險較高，一旦玻璃損壞就會導致大量的四氫噻吩泄漏，所以在鎮西站加臭上，對原有加臭裝置功能進行了優化(圖8)，在加臭柜底部增加積液池，避免泄漏的四氫噻吩液體四處蔓延，玻璃液位計改為磁浮式翻板液位計，避免了液位計破裂的風險。

圖8 加臭裝置工藝優化

(4)加氣機在北方地區需要考慮防凍問題，施工時預留電伴熱，特別是投產初期可以有效地緩解冰堵問題。

3 天然氣綜合站未來發展趨勢

(1)隨著我國天然氣能源體系的加快構建，燃氣公司能源結構正由天然氣為主向多元化轉變，天然氣場站正由傳統模式向多功能和新能源增長轉變。雖然天然氣與可再生能源存在一定的競爭，但天然氣和可再生能源合作更是絕佳互補，相信隨著加氫站、天然氣混氫站、充電站的發展，勢必帶動新形勢的綜合站建設。

(2)以往天然氣場站安全監測和運營手段都是以現場人工監控的粗放式管理為主，隨著互聯網大數據發展和自動智能的工業巡檢機器人的推廣，天然氣綜合站也將會向智能化全面發展，大數據+智能巡檢管理系統不但可以通過大數據分析，實現站場數字化、智能化運行和管理的提升，還可以提升運營效率，降低運營成本，特別是綜合站設計過程中要充分考慮相關熱能、冷能、壓差能的利用，保證其合規性和安全性，體現“功能齊全，實用方便”這一特點。

4 結語

城鎮燃氣的綜合站發展必將由原來單一的天然氣場站功能向供給多元化、智能化發展。依托城市的發展，進一步統籌規劃，做到區域功能清晰，多能互補，實現天然氣能源的綜合利用。