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，進入壓縮機進行壓縮，然后進入儲氣瓶組儲存或通過加氣機給車輛加氣。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，進入壓縮機壓縮，然后進入儲氣瓶組儲存或通過加氣機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)運車將從母站運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)運車的取氣率，用增壓器將轉(zhuǎn)運車內(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。《汽車用燃氣加氣站技術(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)加氣機進入汽車燃料罐，燃料罐加滿后自動停止加氣。這種配置很經(jīng)濟，而且具有很高的可靠性。加氣時間隨壓縮機排量、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，加氣時間通常為3～10min。為實現(xiàn)快速加氣，站區(qū)一般都配有高壓容器預(yù)先存儲氣體，彌補壓縮機排量不足的影響，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)目前有兩個標(biāo)準(zhǔn)可參照執(zhí)行，一是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車用燃氣加氣站技術(shù)規(guī)范》(CJJ 84—2000)，一是國家標(biāo)準(zhǔn)《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》(GB 50156—2002)。這兩個規(guī)范各有側(cè)重，是建設(shè)加氣站的主要標(biāo)準(zhǔn)。
加氣站選址時應(yīng)符合城市規(guī)劃、防火要求和環(huán)境保護，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。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，必須與當(dāng)?shù)厝細馄嚨陌l(fā)展、燃氣供應(yīng)等規(guī)劃相適應(yīng)。此外，還需考慮加氣站與整個網(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關(guān)辦公樓、電子計算中心、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的最佳選擇，大型公共汽車停車庫(場)、專業(yè)運輸公司也可就近設(shè)置專用加氣站。
根據(jù)經(jīng)驗，如果加氣站進出口布置是由一個方向道路進站，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(大約可節(jié)約30%的占地面積)，亦可吸引兩個不同交通流向的交通車輛，同時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較高，運營成本會上升，進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為方便換乘，一般也設(shè)置在交叉口附近，加氣站的進出口處理不好，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。當(dāng)然服務(wù)半徑不是一個固定的數(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，加大施工難度及施工時間。加氣站與加油站加注的介質(zhì)不同，設(shè)計時執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)也不同，在選址時除應(yīng)注意上述要求外，還應(yīng)注意以下三點。
(1) 加氣站應(yīng)有可靠的水源，最好靠近城市消防水?加氣站是一個獨立的整體，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。《汽車用燃氣加氣站技術(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、消防泵等。經(jīng)營區(qū)的照明設(shè)備、電器儀表(如可燃氣體報警器)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，同時保證消防系統(tǒng)能隨時投入使用。
(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)運車或售給CNG汽車的CNG達到汽車用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(最高溫度補償后)以下。由壓縮機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)運車為主，以售氣為輔；或者只充裝氣瓶轉(zhuǎn)運車而不向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系統(tǒng)組成：
① 調(diào)壓計量系統(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、停機及順序充氣等)；
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)壓計量?調(diào)壓計量系統(tǒng)由進氣控制閥、濾清器、調(diào)壓閥、流量計和安全閥組成。從天然氣管道來的天然氣通過進氣控制閥、濾清器后進入調(diào)壓閥，將天然氣壓力調(diào)至天然氣壓縮機需要的進氣壓力，然后進入壓縮機加壓。
(2) 凈化和干燥?由于CNG從高壓氣瓶到發(fā)動機的過程中要經(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。這就要求對進入加氣站的天然氣在壓縮前和壓縮后進行凈化和干燥處理，即脫硫、脫烴和脫水。
(3) 壓縮?壓縮系統(tǒng)包括：進氣緩沖罐、壓縮機主機、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。緩沖罐可減輕進氣壓力波動給機組帶來的振動，避免對機組零部件造成損害；潤滑和冷卻的目的是為了保障天然氣在最終排氣壓力(25MPa)下正常運行和溫度不超過設(shè)計要求。
(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、壓縮機運行控制、儲氣控制和售氣控制。
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