CNG供氣站燃氣工程設計探討

邢月萍

(晉城市煤氣開發利用中心，山西晉城 048026)

1 概述

晉城市委黨校、晉城學院位于市金村新區，因市政燃氣管網尚未輻射到該處，故在其供氣方案上，我們采用了CNG的供氣方式，即通過撬車將壓縮煤層氣運至該區，同時建設一座壓縮煤層氣釋放減壓計量站，然后通過中壓管道向黨校、學院內的公寓樓、公建用戶和燃氣空調、熱水鍋爐供氣。

2 供氣氣源

本項目選擇采用車載壓縮煤層氣作為供氣氣源，根據GB 50028-2006第7．1．2條規定:壓縮天然氣的質量應符合現行國家標準GB 18047車用壓縮天然氣的規定。故所選氣源氣質應經除塵、脫硫、脫水后達到規范要求的合格的煤層氣，具體參數如下:

1)氣質成分(體積百分比):CH4(93．0%)，微量 C2H6，氮氣(4．0%)，CO2(3．0%)。2)熱值:高熱值 37．05 兆焦/標立方米(8 852千卡/標立方米)/低熱值31．63兆焦/標立方米(7 500千卡/標立方米)。3)密度:0．776 5千克/標立方米。4)運動粘度:12．29×10-6m2/s。5)華白數:47．81 兆焦/標立方米。6)燃燒勢:CP=36．0。7)爆炸極限:上限:15．95%;下限:5．36%。8)臨界溫度:-82℃左右。9)臨界壓力:46×105Pa。

3 總圖設計

1)站址的選擇。根據GB 50028-2006第7．3．1的要求，CNG供氣站站址選擇應符合:a．符合城鎮總體規劃的要求;b．應具有適宜的地形、工程地質、交通、供電、給水排水及通信條件;c．少占農田、節約用地并注意與城市景觀協調。所以在站址選擇時結合市規劃部門意見，將氣站定于晉城學院西南，該場區現狀為空地，性質為荒地，水、電及通信可就近從晉城學院接入，可滿足規范要求。

2)總平面布置。根據GB 50028-2006第7．3．11的要求，CNG供氣站本站總平面應分區布置，本工程站區分為生產區和生產輔助區。生產區由工藝裝置區、卸氣柱、壓縮煤層氣撬車區組成，壓縮煤層氣撬車固定車位最大儲氣總容積為8 000 m3，撬車固定車位四周有足夠的回車場地，生產區布置在站區以北。生產輔助區主要出入口布置于場區西南側，并在場區形成環形消防通道，場區中間設置固定車位3個，設置3個卸氣柱，減壓裝置和調壓裝置位于場區北側。新建建筑物有:值班室、控制室、變配電室、增熱室、維修間、門衛、衛生間等，布置在場區南側。場區四周設置高度2 m的圍墻及車輛出、入口。出、入口道路與站外規劃路銜接，滿足人流疏散及車輛安全行駛。平面布置如圖1所示。

根據GB 50028-2006和GB 50016-2010的相關要求，供氣站生產性質為甲類，建構筑物與站外建筑物的防火間距:明火或散發火花的地點25 m，民用建筑25 m，重要的公共建筑50 m，站外道路15 m，架空高壓線及通信線不小于電桿(塔)高度的1．5倍。站內工藝裝置區、卸氣柱、壓縮煤層氣撬車固定車位之間的防火間距、甲類建筑物與站內相鄰建筑物之間的防火間距均滿足GB 50028-2006和GB 50016-2010的有關規定。

圖1 CNG供氣站平面布置圖（單位：m）

4 工藝設計

4．1 工藝流程

1)車載壓縮煤層氣釋放系統。壓縮煤層氣由撬車運至站內，撬車內20 MPa的壓縮煤層氣分三路經過高壓軟管、卸氣柱進入減壓撬，減壓撬內設三路減壓回路，每路經兩級換熱、兩級減壓后降至0．2 MPa～0．4 MPa，再通過調壓器降至0．08 MPa～0．1 MPa，計量加臭后由中壓管道引送至站墻外。2)熱水循環系統。熱水循環系統的主要設備是熱水鍋爐、熱水泵、電子水處理器、除污器等，負責向CNG減壓釋放裝置中的換熱設備提供循環熱水以保證系統的正常工作。調壓后的煤層氣作為熱水鍋爐的燃料。3)工藝流程圖如圖2所示。

圖2 工藝流程圖

4．2 主要設備

壓縮煤層氣撬車:2輛(V=4 000標立方米)。減壓釋放裝置:選用撬裝設備，進口壓力P1=20 MPa，出口壓力P2=0．2 MPa～0．4 MPa，Q=5 000標立方米/小時，一臺套。流量計:Q=5 000 m3/h(帶溫度壓力補償)，1臺。調壓器:Q=5 000標立方米/小時，進口壓力 P1=0．2 MPa ～0．4 MPa，出口壓力 P2=0．08 MPa ～0．1 MPa。調壓器:Q=100標立方米/小時，進口壓力P1=0．02 MPa～0．2 MPa，出口壓力P2=5 000 Pa～8 000 Pa，1臺。加臭裝置:1套。

5 中壓管道

5．1 壓力級制

城鎮燃氣管道壓力分級及地下燃氣管道與建筑物、構筑物或相鄰管道之間水平凈距分別見表1，表2。

表1 城鎮燃氣設計壓力(表壓)分級

表2 地下燃氣管道與建筑物、構筑物或相鄰管道之間的水平凈距 m

根據大學和黨校提供的用戶的用氣壓力(0．01 MPa)和將來使用管輸煤層氣的壓力(0．1 MPa)均較低的情況，故公建用戶采用中壓一級調壓柜供氣方式，空調及鍋爐用戶采用專用調壓柜。

中壓一級系統包括中壓干管、中壓支管、箱式或柜式調壓器、低壓管、戶內管等。

中壓一級系統壓力級制如下(均為表壓):中壓管道起點壓力:0．08 MPa ～0．1 MPa。中壓管道末點壓力:0．04 MPa。調壓箱或調壓柜起點壓力:3 150 Pa。公建用戶灶具額定壓力:2 000 Pa。

5．2 管道水力計算

1)中壓管道水力計算公式:

其中，P1為燃氣管道起點壓力(絕壓，kPa);P2為燃氣管道末點壓力(絕壓，kPa);Z為壓縮因子;L為燃氣管道的計算長度，km;Q為燃氣管道的計算流量，m3/h;d為管道內徑，mm;ρ為燃氣密度，kg/m3;T為設計中所采用的燃氣溫度，K;T0=273．15 K;λ為管道的摩擦阻力系數，Re為雷諾數，k 為管道內表面當量絕對粗糙度。

2)中壓管道水力計算結果。中壓管道起點計算壓力為0．08 MPa(表壓)，中壓管道末端最低點壓力為0．04 MPa(表壓)。

3)新建中壓干管管徑為DN450，長度約為1．8 km。

5．3 管材

根據晉城市的地質情況，新建1．8 km中壓干管采用鋼管，管材選用Q235B焊接鋼管，應符合國標GB/T 3091-2008要求。鋼管的優點是強度、韌性和抗沖擊性都比較高，可承受較高的內壓力和外壓力，接口方便，內表面光滑，水力條件好。

5．4 管道防腐

為延長管道使用壽命，強化管道防腐效果，埋地鋼管采用三層PE防腐，鋼管防腐等級為加強級。

5．5 管道敷設

管道采用直埋，應埋設在土壤冰凍線以下，且車行道埋深不小于0．9 m，非車行道埋深不小于0．6 m，確定管道最小覆土厚度不小于0．9 m。

管道坡度不小于0．003，坡向凝水缸。

5．6 管道附件設置

1)閥門及附件。為了便于維護管理和后續工程的進行，以及事故時減小停氣范圍，在下列地點設置閥門和附件:a．出站管道上設置閥門和絕緣接頭。b．至用戶支管起點設置閥門。2)凝水缸。為排除管道冷凝水及雜質，保證管道系統通暢，于管道改變坡向的轉折最低點每300 m～500 m設置一個凝水缸。

6 報警系統

減壓裝置在運行時由自帶控制系統的PLC自動控制。系統中所有自控閥門都由氣動執行器負責打開和關閉，而氣動執行器的動作則由PLC控制，并裝有手動緊急情況停止按鈕，觸發這些按鈕中的任何一個都會中止整個系統。一旦出現事故，自動控制系統將連鎖關閉整個系統使其停在安全位置上。

站內設置可燃氣體檢測及泄漏報警裝置，報警濃度為可燃氣體爆炸下限的20%。

7 消防

根據GB 50028-2006及GB 50140-2005的相關規定，在站內每個壓縮煤層氣撬車處設置2個MFZ8手提式干粉滅火器;在每個卸氣柱處設置2個MFZ8手提式干粉滅火器;在減壓混氣裝置處設置2個MFZ8手提式干粉滅火器和2個MFT35推車式干粉滅火器;在輔助用房內設置2個MFZ8手提式干粉滅火器。

1)由于煤層氣的易燃、易爆特性，且大量輸送煤層氣的設備、管道產生靜電火花等原因即可能導致燃燒和爆炸事故;如果管道、設備長期腐蝕，造成燃氣泄漏，在空氣中達到一定的濃度，遇火源也會發生爆炸事故。2)熱水鍋爐爆炸主要有超壓爆炸、熱水爐缺陷導致的爆炸以及嚴重缺水導致的爆炸三種形式。3)其他形式危險性分析。生產過程中由于有帶電設備及低壓電氣設備，生產操作過程中發生誤操作或漏電，就會引發觸電事故。建筑物所設避雷針及接地網如果發生故障，過電將會危及人身安全。

8 結語

從當地能源條件出發，合理利用、優化能源結構，保護生態環境，節能降耗，力求取得較好的經濟效益、社會效益和環境效益，促進城市燃氣事業的發展。車載壓縮煤層氣供氣站可以作為臨時供氣氣源，以解決一些急用氣用戶。本文以金村供氣站為例，通過對其燃氣工程設計方面應考慮的一些問題與大家共同探討。

［1］GB 50028-2006，城鎮燃氣設計規范［S］．

［2］GB 50016-2010，建筑設計防火規范［S］．