CNG加气母站增产改造方案的比选

李连超 肖海明 刘 栋 张健中 周金广

〔1 中国石化吉林石油分公司 吉林长春 130062；2 中国石化销售有限公司 北京 100728；3 中国石化青岛安全工程研究院 山东青岛 266071〕

加气母站是集天然气接收、净化、压缩、储存、转运于一体、专门为CNG汽车提供燃料的基础设施[1-3]。一个加气母站可供应多个加气子站，因此，加气母站的供气量不足将直接影响对应区域的用气需求[4-6]。

中国石化吉林石油分公司大岭CNG加气母站(以下称大岭母站)工程设计的生产能力(标准状态)为20×104m3/d。由于民用气用量和工业用气客户的增多，2013年冬季吉林省天然气市场出现了“气荒”现象。主要原因是冬季供暖需求量大，导致大岭母站生产能力不足。为保证冬季正常经营，增产改造工作迫在眉睫。

1 加气母站运行现状

1.1 实际运行管网

根据2012年、2013年和2014上半年东北油气分公司长春末站实际运行情况，进站压力在冬季压力差非常大，如图1所示。

图12012—2014大岭母站进站压力曲线

1.2 压缩机配置

大岭母站改造前有4台CNG压缩机，分别为SW315B60型2台和D-1.7/45-250型2台，进气压力范围3.0～6.0 MPa，原设计最优工作压力在4.5 MPa，排气量标准状态分别为3 400 m3/h和4 300 m3/h。按每天运行16 h计算，每天的加气能力约为20万m3。在进气压力3.0 MPa时的排气量分别为2 489 m3/h和2 784 m3/h，以每天运行16 h计算，在进气压力3.0 MPa时每天的加气能力约为16万m3。

1.3 进站管线输气量

大岭母站进站管线来自东北油气分公司长春末站，长春末站内有50 m长的DN 100 mm管线，通过变径接170 m长的DN 150 mm管线进入大岭母站。根据CNG母站设计要求，中高压燃气管道中的天然气流速通常不超过15 m/s。经计算，1～6 MPa压力下DN100 mm进站管线输气量如表1所示。

表1 DN 100 mm进站管线输气量

2 改造方案

根据长春末站的实际运行情况，为保证吉林石油分公司加气子站冬季用气高峰期能有充足的气源，拟对大岭母站进行保供和增产改造，提出两个改造方案。

2.1 方案一

选择成熟稳定的三级CNG压缩机。根据管线的输气能力，拟增加2台三级CNG压缩机。主电机功率，400 kW；进气压力范围，1.3～3.0 MPa，高于3.0 MPa时进行减压运行。压缩机排量如表2所示。

表2 三级CNG压缩机参数表

2.2 方案二

定制一级压缩管道增压机。参考长输管线增压站的设计原理，根据原有4台压缩机的进气要求，拟增加2台变频管线增压机，一开一备。主电机功率：500 kW；进气压力范围，1.3～3.0 MPa；排气压力，4.5 MPa。给1～3台压缩机供气(由进气压力确定最终CNG压缩机工作台数)。因变频技术的原因，现在国内电机能做到30 %、60 %和80 %的变频电机，所以增压机最多能实现1对3工作。

3 方案比较

3.1 冬季生产能力及总生产能力

方案一中新增的2台压缩机在冬季最低启动压力下(1.5 MPa)日生产量为8×104m3。同时新增压缩机可与母站已有两级压缩机同时配合使用，可提高充装效率与生产量：在进气压力为1.5 MPa时，启动2台新增三级压缩机和1台已有的两级压缩机进行生产，将两级压缩机的排气压力调整至12 MPa，据计算全天产量为11×104m3。方案二在同等进气压力条件下最多产气量8.6×104m3。

由表3可知，方案一在夏季设计工作压力下生产能力约为32.4×104m3/d，方案二的生产能力约为20×104m3/d，方案一的生产能力高于方案二。

表3 输气管线谷峰值时大岭母站生产能力

综上所述，选择方案一不仅解决了冬季母站充装能力问题，也提高了夏季产能，而方案二仅解决了母站冬季充装问题。同时方案一也提高了设备的使用效率。

3.2 投资方面

方案一：如购置国产压缩机，改造总投资420.84万元，购置进口压缩机，改造总投资820.84万元，投资估算如表4所示。

表4 方案一投资估算

1)材质不锈钢CLASS600。

方案二：如购置国产增压机，改造总投资为520.84万元；如购置进口增压机，改造总投资为1 040.84万元。投资估算如表5。

表5 方案二投资估算

1)材质不锈钢CLASS600。

通过比较，方案二投资高于方案一投资。

3.3 设备可操作性及工艺运行方面

方案一的设备制造技术成熟，生产运行工艺稳定。

方案二的生产运行工艺复杂：①增压机与压缩机间的排量匹配及联动控制专业技术不成熟，国内母站尚无改造案例，选择此方案企业需承担高风险；②增压机须由厂家定制设计与制造，运行使用过程中需做好备品备件的储备；③增压机要求操作人员具有相对较高的技术水平与实际经验。大岭母站维修人员已熟练掌握CNG压缩机的故障处理、日常保养及维护，但无增压机运行维护经验，备品备件的更换需要更多的专业经验。

4 结语

通过对生产能力、投资费用、改造后设备工艺运行三方面的对比分析，采用增加2台三级CNG压缩机的方案更适合大岭母站保供增产的需求。

[1] 王海涛, 田祥，陈云平. CNG加气母站的建设与探索 [J]. 中国石油和化工标准与质量, 2013 (7): 238-239.

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