CNG加气站相关知识.ppt
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1、CNG加气站相关基础知识,内容提要,1、天然气基础知识,2、天然气的主要供给形式,3、储气方式及容积确定,6、防爆防火措施,7、加油加气站消防设施,8、CNG加气站安全管理,5、CNG加气工艺及设施,4、CNG加气站的一般规定,一、天然气的定义 从广义的定义来说,天然气是指自然界中天然存在的一切气体,包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈中各种自然过程形成的气体。而人们长期以来通用的“天然气”的定义,是从能量角度出发的狭义定义。天然气是指地下多孔地址构造中发现的自然形成的 烃类和非烃类气体的混合物,比空气轻,具有无色、无味、无毒之特性。天然气是动、植物通过生物、化学作用及地质变化作用,在不同地质条件
2、下生成、转移,在一定压力下储集,埋藏在深度不同的地层中的优质可燃气体。,1、天然气基础知识,二、天然气的组分 天然气是一种多组分的混合气体,主要成分是烷烃,其中甲烷(CH4)占绝大多数,另有少量的乙烷(C2H6)、丙烷和丁烷,此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气,以及微量的惰性气体,如氦和氩等。在标准状况下,甲烷至丁烷以气体状态存在,戊烷以上为液体。三、天然气的分类(按矿藏分类)(1)从气田开采的气田气或称纯天然气;(2)伴随石油一起开采出来的石油气,也称石油伴生气;(3)凝析气田气,天然气从地层流出井口后,随着压力和温度的下降,分离为气液两相,气相是凝析气田天然气,液相是凝析液,叫凝析油
3、。(4)从井下煤层抽出的矿井气(俗称:瓦斯)。,1、天然气基础知识,四、天然气及其成分的物理化学性质天然气的物理性质(T=273K,P101.325KPa)15 水露点 15 0.7174Kg/Nm3 0.56 515 Hl35.13MJ/Nm3(约8400kcal/Nm3),相对密度,烃露点,天然气的相对密度是指在相同温度、压力条件下天然气密度与空气密度的比值,或者说在相同温度、压力下同体积天然气与空气质量之比。,密 度,天然气低热值,爆炸极限,1、天然气基础知识,爆炸下限:在封闭空间内,天然气与空气形成爆炸的混合气体中天然气的最低含量(5%),低于比值就不会爆炸。爆炸上限:最高天然气含量为
4、爆炸上限(15%),高于此值也不会爆炸。上、下限之间称爆炸范围或爆炸极限。,天然气在空气的中含量达到一定比例时,就与空气形成爆炸性的混合气体,这种气体遇到火源就会发生燃烧和爆炸。,1、天然气基础知识,五、天然气的主要优点 天然气是较为安全的燃气之一,它不含一氧化碳,也比空气轻,一旦泄漏,立即会向上扩散,不易积聚形成爆炸性气体,安全性较高。采用天然气作为能源,可减少煤和石油的用量,因而大大改善环境污染问题;天然气作为一种清洁能源,能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%,减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%,并有助于减少酸雨形成,舒缓地球温室效应,从根本上改善环境质量。其优点有:(1)绿
5、色环保(2)经济实惠(3)安全可靠,1、天然气基础知识,六、天然气的应用领域天然气利用领域非常广泛,除了能用于民用燃料外,还可广泛作为发电、石油化工、机械制造、玻璃陶瓷、汽车、工业用的燃料或原料。,1、天然气基础知识,1、CNG加气站概述系统组成天然气加气站由天然气引入站管道和脱硫、脱水、调压、计量、压缩、贮存、加气等主要生产工艺系统及循环冷却水、废润滑油回收、冷凝处理、供电、供水等辅助生产工艺系统组成,可分为贮存加压生产区和加气营业辅助区。贮存加压生产区:内设天然气压缩机房(含天然气过滤、调压、计量、压缩脱水装置和储气瓶库、天然气压缩机冷却系统)。加气营业辅助区:设 加注区(含天然气加气岛)
6、。营业站房(含营业室、财务室、值班室、办公室、仪表总控制室等)。综合辅助用房(含高低压变配电室、消防水系统等)。,2、天然气的主要供给形式,2、加气系统流程 来站天然气经过滤、调压计量后经缓冲稳压后进入压缩机,天然气压缩机将天然气压缩加压至25MPa进入高压脱水装置除去剩余水分,脱水后经程序控制器选择安排,进高压储气瓶组或高压储气管束,分不同压力储气,不同高压天然气又在程序售气控制器下经天然气售气机向燃气汽车售气。当高压储气系统存气不足时,经程序控制器天然气可经压缩机加压直接供给售气机,经计量向燃气汽车售气。加气系统流程见图2.3,2、天然气的主要供给形式,图2.3 加气站系统流程示意图,2、
7、天然气的主要供给形式,3、几种常见CNG站厂天然气城市门站:设在长距离输气管线与城市燃气输配系统交接处的燃气调压计量设施,简称城市门站。是包含数据监控的多功能站,包括燃气清洁过滤、调压、计量、加臭、燃气泄漏报警及数据采集监控系统。天然气调压站:是调节和稳定系统压力,并且控制输气系统燃气流量,保护系统以免出口压力过高或过低的装置。根据压力等级、调压精度、附属配置等不同功能,分有楼栋调压箱、区域调压箱、高压调压站等。,2、天然气的主要供给形式,天然气母站:天然气加气母站是具有给天然气汽车加气功能,并可以为子站供应压缩天然气(CNG)的加气站。设备包括压缩机、地面储气瓶组、售气机、脱水干燥系统等。母
8、站建设宜靠近天然气高、中压管道或配气站,因此选址受到限制。天然气子站:子站的工艺流程为橇车运来的高压天然气经卸气柱计量后,通过压缩机压缩注入储气井(瓶组)储存,最终通过加气机对汽车加气,车辆气瓶压力达到20MPa加气结束。,2、天然气的主要供给形式,加气母站,2、天然气的主要供给形式,加气母站,2、天然气的主要供给形式,加气子站(压缩机),2、天然气的主要供给形式,天然气液压子站:利用特殊性质的液体,用高压泵(压力不高于22MPa)直接将液体充入CNG拖车的储气钢瓶中,将钢瓶内的压缩天然气推出,再通过加气机把高压天然气充入汽车的储气瓶内(气瓶压力达到20MPa时结束),达到给汽车加气的目的,不
9、需采用其他增压设备。,2、天然气的主要供给形式,加气子站(液压),2、天然气的主要供给形式,2、天然气的主要供给形式,2、天然气的主要供给形式,2、天然气的主要供给形式,车用天然气标准站(常规站):标准站的工艺流程为来自天然气管网的天然气经过过滤、调压、计量、经压缩机压缩并深度脱水后注入储气井(瓶组)储存,最终通过加气机对汽车加气,车载气瓶压力达到20MPa时加气结束。,2、天然气的主要供给形式,标准站(常规站),a,2、天然气的主要供给形式,目前市场使用天然气形态:1.民用天然气2-4KPa 2.工业用天然气根据用户需求调节不同压力 3.车用天然气(CNG)20MPa(1MPa=10kg/c
10、m2)4.液化天然气(LNG)1.6MPa(气化膨胀率1:620),2、天然气的主要供给形式,一、储气方式:储气瓶及储气井(1)储气设施的工作压力(气站规范为:最大允许充装压力)应为25MPa,其设计温度应满足环境温度要求。(2)储气瓶应选用符合国家有关规定和标准的产品。(3)储气瓶组或储气并与站内汽车通道相邻一侧,应设安全防撞栏或采取其它防撞措施。(4)压缩天然气加气站也可采用撬装式储气加气设备。(5)加气站内的储气瓶、井宜按运行压力分高、中、低三级设置,各级瓶组应自成系统,四川经验按1:2:3比例配置高、中、低压瓶组容量。,3、储气方式及容积确定,3、储气方式及容积确定,储气瓶:诺凯系列高
11、压储气钢瓶组,CNG地下储气井现已成为国内CNG加气站首选储气系统。,3、储气方式及容积确定,地下储气井装置有以下特点:(1)安全可靠,使用方便,免维护设计(2)不受环境影响,恒温和抗静电、雷电(3)占地面积小(1m2)(4)排水彻底(5)无恶性事故发生CNG地下储气井的设计、施工按以下API标准及国家相关标准执行:GB50156-2002汽车加油加气站设计与施工规范。Q/CY097-98钻井技术操作规范SY/T6194-96套管和油管SY/T0420-97埋地钢质管道石油沥青防腐层技术标准,3、储气方式及容积确定,二、容积确定:(1)加气站宜选用同一种规格型号的大容积储气瓶。当选用小容积储气
12、瓶时,每组储气瓶的总容积不宜大于4m3,且瓶数不宜大于60个。(2)储气井井筒直径为177.8mm298.4mm;井深80-200m;储气井水容积24m3,设计压力为25MPa。(3)管道供气的加气站固定储气瓶(井)不应超过18m3。(4)加气子站的站内固定初期瓶(井)不应超过8m3。车载储气瓶的总容积不超过18m3。(),3、储气方式及容积确定,4.1供气可采取罐车运输或管道输送的方式。当压缩天然气加气站采用管道供气方式时,不应影响营网其它用户正常使用。4.2 建站加油站与液化石油气加气站或加油站与压缩天然气加气站可联合建站。汽车加油加气站设计与施工规范(GB 50156-2002)允许汽车
13、加油站和汽车加气(LPG、CNG)站合建。这样做有利于节省城市用地,有利于经营管理,也有利于燃气汽车的发展。只要采取适当的安全措施,加油站和加气站合建是可以做到安全可靠的。国外燃气汽车发展比较快的国家普遍采用加油站和加气站合建方式。,4、CNG加气站的一般规定,4.3 加气站储气设施的总容积限制 压缩天然气加气站储气设施的总容积应根据加气汽车数量、每辆汽车加气时间等因素综合确定,在城市建成区内不应超过16m3。在汽车用燃气加气站技术规范(CJJ 84-2000)中规定,加气站分为:一级站:总储气容积为1316m3;二级站:总储气容积为712m3;三级站:总储气容积为6m3。而新规范汽车加油加气
14、站设计与施工规范(GB 50156-2002)不对加气站分级,仅对压缩天然气加气站储气设施的总容积大小,根据加气汽车数量、每辆汽车加气时间等因素综合确定,并规定在城市建成区内不应超过16m3。,4、CNG加气站的一般规定,4.4 加油和压缩天然气加气合建站的等级划分新规范汽车加油加气站设计与施工规范(GB 50156-2002)中,对于加油加气合建站,分为两级,需符合下表的规定。表4-1 加油和压缩天然气加气合建站的等级划分,4、CNG加气站的一般规定,5.1 天然气的质量、调压、计量、脱硫和脱水(1)压缩天然气加气站的进站天然气的质量应符合现行国家标准天然气GB 17820中规定的工类气质标
15、准和压缩机运行要求的有关规定。增压后进入储气装置及出站的压缩天然气的质量,必须符合现行国家标准车用压缩天然气GB 18047的规定。进站天然气需用硫处理时,脱硫装置应设在压缩机前。脱硫装置应设双塔。当进站天然气需脱水处理时,脱水可在天然气增压前、增压中或增压后进行。脱水装置应设双塔。表4-1是现行国家标准车用压缩天然气GB 18047-2000对汽车用压缩天然气的技术要求。,5、CNG加气工艺及设施,表5-1 车用压缩天然气技术要求,5、CNG加气工艺及设施,(2)天然气进站管道上宜设置调压装置。进站管道设置调压装置以适应压缩机工况变化需要,满足压缩机的吸入压力,平稳供气,并防止超压,保证运行
16、安全。(3)天然气进站管道上应设计量装置,计量装置的设置应符合下列规定:天然气流量采用标准孔板计量时,应符台国家现行标准天然气流量的标准孔板计量方法SY/T 6143中的有关规定,其流量计量系统不确定度,不应低于1.5级。体积流量计量的基准状态为:压力101.325kPa,温度20。(4)加气站内的设备及管道,凡经增压、输送、储存需显示压力的地方,均应设压力测点,并应设供压力表拆卸时高压气体泄压的安全泄气孔。压力表量程范围应为2倍工作压力,压力表的准确度不应低于1.5级。,5、CNG加气工艺及设施,5.2 天然气增压天然气压缩系统主要由进气缓冲罐、压缩机主机、润滑系统、冷却系统等部分组成。压缩
17、机主机最为重要,它是加气站的心脏,其性能好坏直接影响加气站运行的可靠性和经济性。CNG加气站用压缩机的排气压力高、排量小,一般采用往复式压缩机。从润滑方式分,主要由有油润滑和无油润滑两种,对于有油润滑,在其最终排气口后应安装脱油装置。加气站用压缩机的排气压力一般为25MPa,有的稍高一些,达到28MPa,也有少数厂家的压缩机达到32MPa,但分析表明,以排气压力25 MPa时最为经济、可靠和安全。进气压力范围为0.0359 MPa,压缩机排气量可根据不同规模进行选择,范围可为162000m3/h,常用排气量为200300 m3/h。,5、CNG加气工艺及设施,图4-1 W型系列压缩机(成都天然
18、气压缩机厂),5、CNG加气工艺及设施,(7)压缩机组运行的安全保护应符合下列规定:压缩机出口与第一个截断阔之间应设安全阀,安全阀的泄放能力不应小于压缩机的安全泄放能力。压缩机进、出口应设高、低压报警和高压越限停机装置。压缩机组的冷却系统应设温度报警及停车装置。压缩机组的润滑油系统应设低压报警及停机装置。(8)压缩机的卸载排气不得对外放散。回收的天然气可输至压缩机进口缓冲罐。(9)压缩机排出的冷凝液应集中处理。压缩机排出的冷凝液中当含有凝析油等污物,有一定危险,应集中处理达到排放标准时排放。,5、CNG加气工艺及设施,1 爆炸和火灾危险环境1)、爆炸危险气体环境及区域划分(1)爆炸性气体混合物
19、环境 对于生产、加工、处理、转运或储存过程中出现或可能出现下列描述的环境,称为爆炸性气体混合物环境。(2)爆炸性气体环境危险区域划分 爆炸性气体环境的分区是根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间确定的。国家标准爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058将爆炸性气体环境划分为下述 3个危险区域:0区:连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境;1区:在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境;2区:在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境,或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。国家标准汽车加油加气站设计与施工规范GB501562002附录B给出了加油加气站内爆炸危险区域
20、的等级范围划分。,6、防爆防火措施,2)、火灾危险环境 对于生产、加工、处理、转运或储存过程中出现或可能出现火灾危险物质的环境,称为火灾危险环境。在火灾危险环境中能引起火灾危险的可燃物质有以下4种:可燃液体:如柴油、润滑油、变压器油等;可燃粉尘:如铝粉、焦炭粉、煤粉、面粉、合成树脂粉等;固体状可燃物质:如煤、焦炭、木等;可燃纤维:如棉花纤维、麻纤维、丝纤维、毛纤维、木质纤维、合成纤维等。,6、防爆防火措施,2、加强可燃介质系统的密闭性为了防止易燃气体和易燃液体的蒸气与空气形成爆炸性混合物,应设法使易燃气体和易燃液体的设备或容器尽可能密闭,对于具有压力的设备,更应注意它的密闭性,以防止易燃气体逸
21、出与空气形成爆炸性混合物。加气站采用燃气回收系统,可大大减少燃气散发量,对安全非常有利。为保证设备的密闭性,对危险设备及系统应尽量少用法兰连接,但要保证安装检修方便;输送危险气体、液体的管道应采用无缝钢管。加压设备,在投产前和定期检查后应检查密闭性和耐压程度;所有压缩机、泵、导管、阀门、法兰接头等容易漏油、漏气部位应经常检查;填料如有损坏应立即调换,以防渗漏;设备在运转中也应经常检查气密情况,操作压力必须严格控制,不允许超压运转。,6、防爆防火措施,3、注意通风排气要使设备完全密封是有困难的,尽管已经考虑得很周到,但总会有部分蒸气、气体泄漏到设备外。因此,对设置有易燃可燃介质设备的房间必须采取
22、通风排气措施,以防止泄漏的可燃物含量达到爆炸下限。对通风排气的要求,一般是使室内可燃气体浓度低于该易燃可燃介质爆炸下限的1/4。加油加气站内,爆炸危险区域内的房间应采取通风措施,通风措施的设置应符合汽车加油加气站设计与施工规范GB 501562002的规定。对局部通风应注意气体或蒸气的密度。密度比空气大的要防止可能在低洼处积聚;密度轻的要防止在高处死角上积聚,有时即使是少量也会使房间局部空间可燃气体浓度达到爆炸极限。设备的一切排气管(放气管)都应伸出屋外,高出附近屋顶。排气管不应造成负压,也不应堵塞。,6、防爆防火措施,4、减小氧气浓度可燃下限是建立在有燃料存在于空气中的基础上的。氧气是一种助
23、燃物质,燃烧的传播要求有一个最小氧气浓度。低于最小氧气浓度,反应就无法生成足够的热量来加热所有的气体混合物,从而也就无法使燃烧自身的传播得到延续。最小氧气浓度是指在空气和燃料的体积之和中氧气所占的百分比,低于这个比值,火焰就不能传播。对大多数可燃气体而言,最小氧气浓度约为10%(V)。减小可燃介质容器中氧气浓度的方式有两种:一是将容器密闭,使容器中基本没有氧气,例如LPG油罐和CNG储气瓶就是这样;二是向容器中充填N2,使容器中的氧气浓度低于10%(V),这样做成本较高,目前加油加气站只采取这种方式用于容器投入使用前或检修时置换容器中的空气。,6、防爆防火措施,5、控制着火源为预防爆炸或火灾灾
24、害,控制着火能源是一个必须采取的重要措施。在加油加气站能引起爆炸火灾事故的能源主要有以下几个方面,即明火、摩擦和撞击、电气火花、静电火花、雷击等,对于这些着火源,必须采取严格的预防措施。5.1预防明火可燃介质设备应远离预计存在的明火,加油加气站选址和站内布置应严格执行汽车加油加气站设计与施工规范GB 501562002的规定。需进行动火操作时,动火地点可燃物浓度O.2%为合格;爆炸下限4%的,则现场可燃物含量O.5%为合格。关于维修作业,在禁火区动火及动火审批、动火分析等要求,必须按有关规范规定严格执行,采取预防措施,并加强监督检查,以确保安全作业。,6、防爆防火措施,5.2 预防摩擦与撞击摩
25、擦与撞击往往成为引起火灾爆炸事故的原因。在有火灾爆炸危险的场所,应采取下述防止火花生成的措施:(1)机器上的轴承等转动部件,应保证有良好的润滑,应及时加油并经常清除附着的可燃污垢。(2)锤子、扳手等工具应用被青铜或镀铜的钢制作;(3)输送可燃气体或液体的管道,应定期进行耐压试验,防止破裂或接口松脱喷射起火;(4)凡是撞击或摩擦的两部分都应采用不同的金属制成(如铜与钢),通风机翼应采用钢铝合金等不发生火花的材料制作;(5)搬运金属容器,严禁在地上抛掷或拖拉,在容器可能碰撞部位覆盖不发生火花的材料;(6)处于爆炸危险区域内的房间,地面应采用不发火花材料铺设,并应禁止穿带铁钉的鞋;(7)在处理燃点较
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