一、天然氣加氣站概述
根據(jù)站區(qū)現(xiàn)場或附近是否有管線天然氣，天然氣加氣站分為常規(guī)站、母站和子站。常規(guī)站建在有天然氣管線通過的地方，從天然氣管線直接取氣，天然氣經(jīng)過脫硫、脫水等工藝，進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，然后進(jìn)入儲氣瓶組儲存或通過加氣機(jī)給車輛加氣。通常常規(guī)站加氣量在600～1000m3/h之間。母站建在臨近天然氣管線的地方，從天然氣管線直接取氣，經(jīng)過脫硫、脫水等工藝，進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮，然后進(jìn)入儲氣瓶組儲存或通過加氣機(jī)給子站車或車輛加氣。通常母站加氣量2500～4000m3/h之間。子站建在加氣站周圍沒有天然氣管線的地方，通過子站轉(zhuǎn)運(yùn)車將從母站運(yùn)來的天然氣給天然氣汽車加氣，一般還需配置小型增壓器和地面瓶組。為提高轉(zhuǎn)運(yùn)車的取氣率，用增壓器將轉(zhuǎn)運(yùn)車內(nèi)的低壓氣體升壓后，轉(zhuǎn)存在地面瓶組內(nèi)或直接給天然氣汽車加氣。子母站方式適合在城市人口密集、天然氣管線布局不普遍的地方。《汽車用燃?xì)饧託庹炯夹g(shù)規(guī)范》(CJJ 84—2000)規(guī)定，根據(jù)加氣站儲氣裝置容積VN的大小，天然氣加氣站可分為一級站、二級站、三級站，如表6-5所示.
表6-5 天然氣加氣站分級
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級別 | 儲氣裝置總?cè)莘e/m3 | 級別 | 儲氣裝置總?cè)莘e/m3 | ||
水容積 | 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積 | 水容積 | 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積 | ||
一級站 | 12＜V≤16 | 3000＜VN≤4000 | 三級站 | V≤6 | VN≤1500 |
二級站 | 6＜V≤12 | 1500＜VN≤3000 | ? | ? | ? |
根據(jù)加氣所需時(shí)間，加氣站分為快充站和慢充站。慢充站主要由充氣閥、壓力表、軟管和連接器組成，只配有少量甚至沒有高壓存儲容器。慢充站通常在晚上對車輛加氣，壓縮機(jī)將天然氣壓縮后送入通往每輛汽車的分配管中，再經(jīng)加氣機(jī)進(jìn)入汽車燃料罐，燃料罐加滿后自動停止加氣。這種配置很經(jīng)濟(jì)，而且具有很高的可靠性。加氣時(shí)間隨壓縮機(jī)排量、加氣汽車數(shù)量及燃料罐的容量不同而變化。
快充站是加氣速度很快的加氣站，由于車載燃料罐容積大小不等，加氣時(shí)間通常為3～10min。為實(shí)現(xiàn)快速加氣，站區(qū)一般都配有高壓容器預(yù)先存儲氣體，彌補(bǔ)壓縮機(jī)排量不足的影響，儲氣容器通常采用高、中、低三組ASME瓶組，即階式(Casecade)儲氣瓶組。公共加氣站多屬于這種類型。
二、加氣站選址
加氣站的建設(shè)目前有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可參照執(zhí)行，一是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車用燃?xì)饧託庹炯夹g(shù)規(guī)范》(CJJ 84—2000)，一是國家標(biāo)準(zhǔn)《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(GB 50156—2002)。這兩個(gè)規(guī)范各有側(cè)重，是建設(shè)加氣站的主要標(biāo)準(zhǔn)。
加氣站選址時(shí)應(yīng)符合城市規(guī)劃、防火要求和環(huán)境保護(hù)，并應(yīng)選在交通便利的地方。一般加氣站宜設(shè)置在工廠和居民區(qū)全年最大風(fēng)向頻率的下風(fēng)側(cè)，并選擇在通風(fēng)良好的地點(diǎn)。加氣站的儲罐與周圍建筑物、構(gòu)筑物、道路等的安全距離應(yīng)符合有關(guān)的國家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。在規(guī)劃城市加氣站網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須與當(dāng)?shù)厝細(xì)馄嚨陌l(fā)展、燃?xì)夤?yīng)等規(guī)劃相適應(yīng)。此外，還需考慮加氣站與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的關(guān)系，如加氣站的間距；若是油氣合一站，還要考慮與原加油站網(wǎng)絡(luò)合理匹配等。它的規(guī)劃布點(diǎn)應(yīng)遵循下列基本原則。
1. 盡量避開重要公共建筑、居民區(qū)、工業(yè)區(qū)
重要公共建筑和涉及國計(jì)民生的其他重要建、構(gòu)筑物主要是指省級和省級以上的機(jī)關(guān)辦公樓、電子計(jì)算中心、通訊中心、文物古跡以及體育館、影劇院、大型商場、賓館、車站、機(jī)場大樓等；居住區(qū)涉及民用建筑和明火；工業(yè)區(qū)涉及危險(xiǎn)物料的儲存和使用。加氣站屬易燃易爆場所，一旦引發(fā)事故，將會造成很大損失。
2. 綜合利用土地
在城市中心及邊緣區(qū)域建加氣站，土地資源十分寶貴，合理利用土地是城市建設(shè)節(jié)約用地的一個(gè)基本準(zhǔn)則。加氣站占地面積較少(一般二級站用地規(guī)模在2000m2左右)，布置靈活，同等規(guī)模的地塊做為其他用途往往難度較大，而用作建加氣站卻十分適宜。因此，加氣站選擇要因地制宜，可以選擇由河流、綠地、公路、高架等大型交通設(shè)施等切割形成的邊角地帶，亦可充分利用廢棄地倉庫、工廠用地等。
3. 交通流量大
車輛通過頻率過低，加氣站將難以生存。因此市中心區(qū)域、過境交通道路邊、高速公路路邊等地段是加氣站布點(diǎn)的最佳選擇，大型公共汽車停車庫(場)、專業(yè)運(yùn)輸公司也可就近設(shè)置專用加氣站。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果加氣站進(jìn)出口布置是由一個(gè)方向道路進(jìn)站，而由不同方向的道路出站，站內(nèi)交通線路組織最為順暢，占地面積最為經(jīng)濟(jì)(大約可節(jié)約30%的占地面積)，亦可吸引兩個(gè)不同交通流向的交通車輛，同時(shí)該地域一般視野開闊，具有無形的廣告效應(yīng)，因此城市道路交叉口地帶往往成為加氣站首選的站址。但是處于城市道路交叉口的地段地價(jià)較高，運(yùn)營成本會上升，進(jìn)出站的地方往往會加劇城市交通的擁堵，而且城市公共汽車站點(diǎn)為方便換乘，一般也設(shè)置在交叉口附近，加氣站的進(jìn)出口處理不好，就會影響乘客候車，所以建站標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定不宜將站址選在城市干道的交叉路口附近。
4. 合理確定最優(yōu)服務(wù)半徑
城市加氣站的規(guī)劃布點(diǎn)要總體均衡分布，必須考慮服務(wù)半徑問題。根據(jù)一般人的心理習(xí)慣，人們總是選擇就近加氣，沒有特殊原因不會特地去選擇某一個(gè)地方加氣，因此任一加氣站的主要客戶總是某一特定道路上的交通車輛。如果同一區(qū)域內(nèi)加氣站布置過密，服務(wù)半徑交叉，將不利于加氣站的銷售經(jīng)營，造成重復(fù)建設(shè)。服務(wù)半徑過大，就會形成若干地方的盲點(diǎn)。當(dāng)然服務(wù)半徑不是一個(gè)固定的數(shù)字，應(yīng)綜合考慮交通頻率、交通量、交通流向等因素，不同的區(qū)域要分別對待經(jīng)綜合考慮后再加以確定。
加氣站與加油站都是為汽車加注燃料的場所，在站址的選擇上，應(yīng)滿足與加油站相同的要避開土質(zhì)疏松地區(qū)及泄洪道等，以免增加工程造價(jià)，加大施工難度及施工時(shí)間。加氣站與加油站加注的介質(zhì)不同，設(shè)計(jì)時(shí)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)也不同，在選址時(shí)除應(yīng)注意上述要求外，還應(yīng)注意以下三點(diǎn)。
(1) 加氣站應(yīng)有可靠的水源，最好靠近城市消防水?加氣站是一個(gè)獨(dú)立的整體，除需滿足飲用、洗手、擦地等少量生活用水外，還應(yīng)油間斷的生產(chǎn)用水。《汽車用燃?xì)饧託庹炯夹g(shù)規(guī)范》(CJJ 84—2000)中規(guī)定，對地上罐應(yīng)設(shè)固定噴淋裝置，噴淋時(shí)噴淋水要求覆蓋全罐。加氣站必須設(shè)消火拴，地上罐與消火栓的距離為30～50m，消火栓與地下罐的距離為20～45m。二級站消防用水量不應(yīng)小于15L/s，三級站消防用水量不應(yīng)小于10L/s，因此必須有水量充足的可靠水源。若離城市消防水源近，可用城市消防水作為加氣站的消防水，大大減少投資，加快建設(shè)速度；若離城市消防水較遠(yuǎn)或供水壓力不能滿足要求，應(yīng)設(shè)消防水池和消防水泵。
(2) 應(yīng)有可靠的電力資源?加氣站分為儲存區(qū)和經(jīng)營區(qū)兩部分。儲存區(qū)需要用電的設(shè)備有卸車泵、充裝泵、加氣機(jī)、消防泵等。經(jīng)營區(qū)的照明設(shè)備、電器儀表(如可燃?xì)怏w報(bào)警器)等都需要有不間斷的電源保證，以便加氣站能夠正常經(jīng)營，同時(shí)保證消防系統(tǒng)能隨時(shí)投入使用。
(3) 應(yīng)避免在地下有建筑物的地方建站?為了防止窩氣，形成火災(zāi)、爆炸隱患，加氣站內(nèi)不能有人防或其他地下通道，也不得有井、巷、坑、穴等。對設(shè)置的水溝、水井、管溝必須密封以防窩氣、聚集，引起火災(zāi)。
三、壓縮天然氣加壓站
壓縮天然氣(CNG)加壓站也稱加氣母站，CNG通常是指壓縮到20～25MPa的高壓天然氣，CNG約為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下同質(zhì)量天然氣體積的1/250～1/300。加氣母站的任務(wù)是使充裝氣瓶轉(zhuǎn)運(yùn)車或售給CNG汽車的CNG達(dá)到汽車用CNG的技術(shù)指標(biāo)，并且不得超壓過量充裝；保證氣瓶轉(zhuǎn)運(yùn)車或CNG汽車的壓力容器在該城鎮(zhèn)地理區(qū)域極端環(huán)境溫度下安全運(yùn)行，即該壓力容器工作壓力始終在允許的最高工作壓力(最高溫度補(bǔ)償后)以下。由壓縮機(jī)組將天然氣管線中的天然氣壓力由0.6～0.8MPa或0.8～1.0MPa壓縮到26.6MPa。車載氣瓶或子站車的天然氣壓力為20.7MPa。一般規(guī)定該壓力容器充滿
加氣母站一般以充裝氣瓶轉(zhuǎn)運(yùn)車為主，以售氣為輔；或者只充裝氣瓶轉(zhuǎn)運(yùn)車而不向CNG汽車售氣。
1. CNG加氣母站的工藝流程
加氣母站主要由以下幾個(gè)系統(tǒng)組成：
① 調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)；
② 凈化和干燥系統(tǒng)；
③ 壓縮系統(tǒng)；
④ 儲氣系統(tǒng)；
⑤ 控制系統(tǒng)(自動保護(hù)、停機(jī)及順序充氣等)；
⑥ CNG售氣系統(tǒng)。
圖6-1加氣站流程示意簡圖。
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(1) 調(diào)壓計(jì)量?調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)由進(jìn)氣控制閥、濾清器、調(diào)壓閥、流量計(jì)和安全閥組成。從天然氣管道來的天然氣通過進(jìn)氣控制閥、濾清器后進(jìn)入調(diào)壓閥，將天然氣壓力調(diào)至天然氣壓縮機(jī)需要的進(jìn)氣壓力，然后進(jìn)入壓縮機(jī)加壓。
(2) 凈化和干燥?由于CNG從高壓氣瓶到發(fā)動機(jī)的過程中要經(jīng)過幾次減壓，減壓過程中會出現(xiàn)局部低溫，因而對于作為汽車燃料的天然氣需要比管道天然氣更嚴(yán)格的氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，以避免天然氣的高壓、低溫或腐蝕造成水和烴類的凝結(jié)聚集，使材料失效或管道堵塞而影響正常工作。這就要求對進(jìn)入加氣站的天然氣在壓縮前和壓縮后進(jìn)行凈化和干燥處理，即脫硫、脫烴和脫水。
(3) 壓縮?壓縮系統(tǒng)包括：進(jìn)氣緩沖罐、壓縮機(jī)主機(jī)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。緩沖罐可減輕進(jìn)氣壓力波動給機(jī)組帶來的振動，避免對機(jī)組零部件造成損害；潤滑和冷卻的目的是為了保障天然氣在最終排氣壓力(25MPa)下正常運(yùn)行和溫度不超過設(shè)計(jì)要求。
(4) 儲氣?加氣站的儲氣容器一般采用儲氣瓶組。儲氣瓶宜按運(yùn)行壓力分高、中、低三級設(shè)置，各級瓶組應(yīng)自成系統(tǒng)，由順序控制盤進(jìn)行充氣和售氣的自動控制。低壓系統(tǒng)先將CNG汽車內(nèi)置氣瓶壓力升至1OMPa，中壓系統(tǒng)再將其繼續(xù)升至13MPa，高壓系統(tǒng)最終將其升高至CNG汽車儲氣瓶最高工作壓力20MPa。
(5) 控制?控制系統(tǒng)包括電源控制、壓縮機(jī)運(yùn)行控制、儲氣控制和售氣控制。
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