CNG供气站燃气工程设计探讨

邢月萍

(晋城市煤气开发利用中心，山西晋城 048026)

1 概述

晋城市委党校、晋城学院位于市金村新区，因市政燃气管网尚未辐射到该处，故在其供气方案上，我们采用了CNG的供气方式，即通过撬车将压缩煤层气运至该区，同时建设一座压缩煤层气释放减压计量站，然后通过中压管道向党校、学院内的公寓楼、公建用户和燃气空调、热水锅炉供气。

2 供气气源

本项目选择采用车载压缩煤层气作为供气气源，根据GB 50028-2006第7．1．2条规定:压缩天然气的质量应符合现行国家标准GB 18047车用压缩天然气的规定。故所选气源气质应经除尘、脱硫、脱水后达到规范要求的合格的煤层气，具体参数如下:

1)气质成分(体积百分比):CH4(93．0%)，微量 C2H6，氮气(4．0%)，CO2(3．0%)。2)热值:高热值 37．05 兆焦/标立方米(8 852千卡/标立方米)/低热值31．63兆焦/标立方米(7 500千卡/标立方米)。3)密度:0．776 5千克/标立方米。4)运动粘度:12．29×10-6m2/s。5)华白数:47．81 兆焦/标立方米。6)燃烧势:CP=36．0。7)爆炸极限:上限:15．95%;下限:5．36%。8)临界温度:-82℃左右。9)临界压力:46×105Pa。

3 总图设计

1)站址的选择。根据GB 50028-2006第7．3．1的要求，CNG供气站站址选择应符合:a．符合城镇总体规划的要求;b．应具有适宜的地形、工程地质、交通、供电、给水排水及通信条件;c．少占农田、节约用地并注意与城市景观协调。所以在站址选择时结合市规划部门意见，将气站定于晋城学院西南，该场区现状为空地，性质为荒地，水、电及通信可就近从晋城学院接入，可满足规范要求。

2)总平面布置。根据GB 50028-2006第7．3．11的要求，CNG供气站本站总平面应分区布置，本工程站区分为生产区和生产辅助区。生产区由工艺装置区、卸气柱、压缩煤层气撬车区组成，压缩煤层气撬车固定车位最大储气总容积为8 000 m3，撬车固定车位四周有足够的回车场地，生产区布置在站区以北。生产辅助区主要出入口布置于场区西南侧，并在场区形成环形消防通道，场区中间设置固定车位3个，设置3个卸气柱，减压装置和调压装置位于场区北侧。新建建筑物有:值班室、控制室、变配电室、增热室、维修间、门卫、卫生间等，布置在场区南侧。场区四周设置高度2 m的围墙及车辆出、入口。出、入口道路与站外规划路衔接，满足人流疏散及车辆安全行驶。平面布置如图1所示。

根据GB 50028-2006和GB 50016-2010的相关要求，供气站生产性质为甲类，建构筑物与站外建筑物的防火间距:明火或散发火花的地点25 m，民用建筑25 m，重要的公共建筑50 m，站外道路15 m，架空高压线及通信线不小于电杆(塔)高度的1．5倍。站内工艺装置区、卸气柱、压缩煤层气撬车固定车位之间的防火间距、甲类建筑物与站内相邻建筑物之间的防火间距均满足GB 50028-2006和GB 50016-2010的有关规定。

图1 CNG供气站平面布置图（单位：m）

4 工艺设计

4．1 工艺流程

1)车载压缩煤层气释放系统。压缩煤层气由撬车运至站内，撬车内20 MPa的压缩煤层气分三路经过高压软管、卸气柱进入减压撬，减压撬内设三路减压回路，每路经两级换热、两级减压后降至0．2 MPa～0．4 MPa，再通过调压器降至0．08 MPa～0．1 MPa，计量加臭后由中压管道引送至站墙外。2)热水循环系统。热水循环系统的主要设备是热水锅炉、热水泵、电子水处理器、除污器等，负责向CNG减压释放装置中的换热设备提供循环热水以保证系统的正常工作。调压后的煤层气作为热水锅炉的燃料。3)工艺流程图如图2所示。

图2 工艺流程图

4．2 主要设备

压缩煤层气撬车:2辆(V=4 000标立方米)。减压释放装置:选用撬装设备，进口压力P1=20 MPa，出口压力P2=0．2 MPa～0．4 MPa，Q=5 000标立方米/小时，一台套。流量计:Q=5 000 m3/h(带温度压力补偿)，1台。调压器:Q=5 000标立方米/小时，进口压力 P1=0．2 MPa ～0．4 MPa，出口压力 P2=0．08 MPa ～0．1 MPa。调压器:Q=100标立方米/小时，进口压力P1=0．02 MPa～0．2 MPa，出口压力P2=5 000 Pa～8 000 Pa，1台。加臭装置:1套。

5 中压管道

5．1 压力级制

城镇燃气管道压力分级及地下燃气管道与建筑物、构筑物或相邻管道之间水平净距分别见表1，表2。

表1 城镇燃气设计压力(表压)分级

表2 地下燃气管道与建筑物、构筑物或相邻管道之间的水平净距 m

根据大学和党校提供的用户的用气压力(0．01 MPa)和将来使用管输煤层气的压力(0．1 MPa)均较低的情况，故公建用户采用中压一级调压柜供气方式，空调及锅炉用户采用专用调压柜。

中压一级系统包括中压干管、中压支管、箱式或柜式调压器、低压管、户内管等。

中压一级系统压力级制如下(均为表压):中压管道起点压力:0．08 MPa ～0．1 MPa。中压管道末点压力:0．04 MPa。调压箱或调压柜起点压力:3 150 Pa。公建用户灶具额定压力:2 000 Pa。

5．2 管道水力计算

1)中压管道水力计算公式:

其中，P1为燃气管道起点压力(绝压，kPa);P2为燃气管道末点压力(绝压，kPa);Z为压缩因子;L为燃气管道的计算长度，km;Q为燃气管道的计算流量，m3/h;d为管道内径，mm;ρ为燃气密度，kg/m3;T为设计中所采用的燃气温度，K;T0=273．15 K;λ为管道的摩擦阻力系数，Re为雷诺数，k 为管道内表面当量绝对粗糙度。

2)中压管道水力计算结果。中压管道起点计算压力为0．08 MPa(表压)，中压管道末端最低点压力为0．04 MPa(表压)。

3)新建中压干管管径为DN450，长度约为1．8 km。

5．3 管材

根据晋城市的地质情况，新建1．8 km中压干管采用钢管，管材选用Q235B焊接钢管，应符合国标GB/T 3091-2008要求。钢管的优点是强度、韧性和抗冲击性都比较高，可承受较高的内压力和外压力，接口方便，内表面光滑，水力条件好。

5．4 管道防腐

为延长管道使用寿命，强化管道防腐效果，埋地钢管采用三层PE防腐，钢管防腐等级为加强级。

5．5 管道敷设

管道采用直埋，应埋设在土壤冰冻线以下，且车行道埋深不小于0．9 m，非车行道埋深不小于0．6 m，确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 管道附件设置

1)阀门及附件。为了便于维护管理和后续工程的进行，以及事故时减小停气范围，在下列地点设置阀门和附件:a．出站管道上设置阀门和绝缘接头。b．至用户支管起点设置阀门。2)凝水缸。为排除管道冷凝水及杂质，保证管道系统通畅，于管道改变坡向的转折最低点每300 m～500 m设置一个凝水缸。

6 报警系统

减压装置在运行时由自带控制系统的PLC自动控制。系统中所有自控阀门都由气动执行器负责打开和关闭，而气动执行器的动作则由PLC控制，并装有手动紧急情况停止按钮，触发这些按钮中的任何一个都会中止整个系统。一旦出现事故，自动控制系统将连锁关闭整个系统使其停在安全位置上。

站内设置可燃气体检测及泄漏报警装置，报警浓度为可燃气体爆炸下限的20%。

7 消防

根据GB 50028-2006及GB 50140-2005的相关规定，在站内每个压缩煤层气撬车处设置2个MFZ8手提式干粉灭火器;在每个卸气柱处设置2个MFZ8手提式干粉灭火器;在减压混气装置处设置2个MFZ8手提式干粉灭火器和2个MFT35推车式干粉灭火器;在辅助用房内设置2个MFZ8手提式干粉灭火器。

1)由于煤层气的易燃、易爆特性，且大量输送煤层气的设备、管道产生静电火花等原因即可能导致燃烧和爆炸事故;如果管道、设备长期腐蚀，造成燃气泄漏，在空气中达到一定的浓度，遇火源也会发生爆炸事故。2)热水锅炉爆炸主要有超压爆炸、热水炉缺陷导致的爆炸以及严重缺水导致的爆炸三种形式。3)其他形式危险性分析。生产过程中由于有带电设备及低压电气设备，生产操作过程中发生误操作或漏电，就会引发触电事故。建筑物所设避雷针及接地网如果发生故障，过电将会危及人身安全。

8 结语

从当地能源条件出发，合理利用、优化能源结构，保护生态环境，节能降耗，力求取得较好的经济效益、社会效益和环境效益，促进城市燃气事业的发展。车载压缩煤层气供气站可以作为临时供气气源，以解决一些急用气用户。本文以金村供气站为例，通过对其燃气工程设计方面应考虑的一些问题与大家共同探讨。

［1］GB 50028-2006，城镇燃气设计规范［S］．

［2］GB 50016-2010，建筑设计防火规范［S］．