[科普中国]-城镇压缩天然气供应系统

供应特点

在常温和高压力下，相同体积的天然气质量比基准或标准状态下的质量约大270-300倍，这使天然气的储存和运输量大大提高，更重要的是天然气利用更为方便、灵活。压缩天然气被广泛应用于交通，城镇燃气和工业生产等领域。

压缩天然气的利用，有以下特点：

1、“点对点”供应，使供应范围增大；

2、供应规模弹性很大；

3、运输方式多样，运输量可灵活调节；

4、容易获得备用气源；

5、应用领域大。1

气源城镇压缩天然气的来源主要有两种，一种是母站供气，母站供气主要是从天然气管网中取气后经过压缩至20MPa的天然气，冲装到CNG气瓶车内再供应给下游用户。另一种车辆运输供气，这种供气方式主要是在气田附近压缩站内将天然气压缩至20MPa，冲装到CNG气瓶车内运输到城镇供给给下游用户。1

供应系统组成城镇压缩天然气供应系统主要由压缩天然气加气母站、储配站、加气站组成。

加气母站CNG加压站以天然气压缩为主要目的，也称为CNG压缩站。此类站向CNG运输车（船）提供高压力的天然气，或向超高压调峰储气设施加压。也可附带对CNG汽车加气。习惯上，CNG加压站专为CNG汽车加气子站的CNG运输车充气时，称为CNG加气母站。

压缩天然气加气母站一般由天然气管道、调压、计量、压缩、脱水、储存、加气等主要生产工艺系统及控制系统构成。

压缩天然气在压力、质量等条件满足加气要求时，通过顺序控制盘完成储气或加气作业。一般加气母站在顺序控制盘的控制下可完成以下三种作业：

（1）通过加气柱为长管拖车的高压储气瓶组加气。

（2）将压缩天然气充入站内储气瓶组。为便于运输操作，降低压缩费用，储气瓶组一般起充压力分为高、中、低三组，充气时按照先高后低的原则对三组气瓶分别充气。

（3）为天然气汽车加气，有两种方式，一是直接经压缩机为天然气汽车加气；二是利用储气瓶组内的压缩天然气为天然气汽车加气。其主要工艺设备：

1、 调压计量装置

2、 天然气净化装置：脱硫、除尘 、脱水

在汽车驾驶的特定区域内，设备在最高操作压力下，天然气露点不应高于-13℃；当最低温度低于-8℃时，天然气露点应比最低气温低5℃。因此，当天然气含水量超过该规定时，站内必须设脱水装置以降低二氧化碳、硫化氢水溶物对系统的腐蚀，以及防止压缩天然气在加压膨胀降温过程中供气系统出现冰堵现象。

根据设置位置的不同，天然气脱水装置可分为低压脱水、中压脱水和高压脱水三种。

Ⅰ低压脱水装置位于压缩机进口之前，由前置过滤器、干燥吸附塔和后置过滤器组成脱水系统；由加热器、循环风机和冷却器组成再生系统。

低压脱水装置为闭式循环再生方式，占地面积较大，投资费用高，能耗大；但维修费用较低，对压缩机具有一定的保护作用。一般国外进口压缩机在运行中限制凝水量，常选用低压脱水装置。

Ⅱ高压脱水装置位于压缩机之后，由前置过滤器、分离器、干燥吸附塔和后置过滤器组成脱水系统；由调压器、加热器和冷却器组成再生系统。再生气来自压缩后的成品气，经调压器减压后依次进入加热器、再生塔，带走再生塔中解析的水分，进入冷却塔将水冷凝，再生气回压缩机进口或进入燃气管网。

高压脱水装置结构紧凑，占地面积小，投资费用低，能耗小，脱水效果好，是较为常用的脱水方式。

Ⅲ中压脱水装置位于压缩机中间级出口与下一级进口的管路中，压力在4.0Mpa左右。其工作流程与高压脱水装置的流程相同。该装置投资费用较低，能耗和维修费用较高。

压缩天然气加气站脱水装置采用的吸附剂多为4A分子筛。在处理含水量较高的天然气时，也可用硅胶脱除部分水分，再利用分子筛进一步脱水，以降低脱水成本。

天然气经脱水装置后，需采用在线露点仪或便携式露点仪检测脱水后的天然气露点是否达到要求。

3、 天然气压缩系统1

储配站压缩天然气储配站的功能是接收压缩天然气长管拖车从加气母站运输来的压缩天然气，经卸气、加热、调压、储存、计量、加臭后送入城镇输配管道供用户使用。对于距离燃气长输管线较远，建设天然气高压支线不经济的小城镇或距现有城镇燃气管网较远的小城镇或区域，适合采用压缩天然气供应。

1、作用

（1）作为在管道天然气到达之前的过渡阶段主气源。近年来我国的天然气事业发展很快，特别是长输管道的建设，中国已建成陆上天然气管道约2.0×104km，海底天然气管道约0.2×104km，天然气管道总长约2.2×104km但目前仍有很多地区，特别是一些中小城镇在一段时期内长输管道还无法敷设到其附近，为能够在管道天然气到达之前使用上清洁、高效的天然气，建设压缩天然气储配站作为过渡阶段主气源便成为一种选择。

（2）作为已有天然气城镇的季节性调峰气源或补充气源。随着燃气应用技术的不断扩展，城镇的燃气用气量也在逐年上升，气源紧张状况也时有发生，特别是在我国北方的冬季。为解决城镇燃气使用上的季节性不平衡问题或作为补充气源，压缩天然气储配站在我国的东北地区已经较多地使用。

（3）作为中小城镇的主气源。在输气管道无法到达的地区为能够使用上天然气，可建设压缩天然气储配站作为主气源。由于压缩天然气储配站存在供应中断或供气不足的可能性，需采取可靠措I(设置应急备用气源或调峰储罐)以保证供气的连续性、可靠性。

（4）作为城镇工业、商业用气的主气源或补充气源。

2、压缩天然气储配站的工艺流程：

压缩天然气长管拖车进入CNG储配站后，通过卸气柱及高压天然气管路将天然气送入一级换热器和一级调压器进行换热和调压，将压力降到约6.0Mpa；再进入二级换热器和二级调压器进行二次换热和调压，将压力降至储罐的工作压力1.6Mpa，部分天然气进入三级调压器将压力降至0.2~0.4Mpa，供城镇燃气管网用户使用，部分天然气进入储罐存储；当长管拖车流量不能满足用户使用要求时，储罐存储的天然气进入三级调压器，调压后送入城镇燃气管网。

由于进站的天然气从高压20Mpa降至中压0.2~0.4Mpa出站，压力下降较大，在气体减压膨胀过程中会伴随温度降低。温度过低则有可能对燃气管道、调压器皮膜及储罐等设备造成破坏，从而引发事故，因此对于减压幅度较大的天然气，站内分别在两级调压器前设置换热器对气体进行加热升温。为防止加热后的天然气温度过高或过低，可采用以下两掌控制方式：

（1）在换热器进口处设置与调压器出口温度连锁的温控阀；

（2）每台换热器对应安装一台热水循环变频泵，该泵与调压器前后的温度变送器连锁，并于调压器出口压力连锁，对热水流量进行调节。

压缩天然气储配站多为管道天然气来气之前的过度气源，因此一般采用长管拖车储气瓶组作为储气设施进行直供。储配站的工艺设备组成为：压缩天然气长管拖车、调压器、流量计、换热器及配套设施。当天然气无臭味或臭味不足时，还需要设加臭装置。通常将调压器、流量计、换热器及配套阀门、仪表组成一个撬装体，称为CNG撬装调压计量站。

3、注意事项

（1）日供应量3万方以下，运输半径250km以内，有稳定的CNG供应点。

（2）随着供气规模的扩大，受拖车数量、运距等条件制约，CNG输送方式的经济性与可靠性逐步降低。

（3）CNG供气站节流降温非常严重，必须有配套的热源供应。

（4）CNG气瓶车可以作为调峰用的储气设施。

加气站一、压缩天然气汽车加气站的分类

1、 加气子站

加气子站是指利用长管拖车从母站运输来的压缩天然气为天然气汽车进行加气作业的加气站。

2、 标准站

标准站是指由城镇燃气主干管道直接供气为天然气汽车进行加气作业的加气站。

二、压缩天然气汽车加气站的工艺流程

压缩天然气汽车加气站一般由天然气引入管、调压、计量、压缩、脱水、储存、加气等主要生产工艺系统及控制系统构成。

1、 加气子站流程

加气子站气源为来自母站的长管拖车的高压储气瓶组，一般由压缩天然气的卸气、储存和加气系统组成。

为避免压缩机频繁启动对设备使用寿命产生影像，同时为用户提供气源保障，CNG加气站应设有储气设施，通常采用高压、中压、低压储气瓶组分级储存方式，由顺序控制盘对其充气和取气过程进行自动控制，充气时，车载高压储气瓶组内的压缩天然气经卸气柱进入压缩机，将20Mpa加压至25Mpa后按照起充压力由高至低的顺序向站内储气瓶组充气，当压力上升到一定值时，开始向中压储气瓶组充气，及至中压储气瓶组压力上升带一定值时，在开始向低压储气瓶组充气，随后三组储气瓶组同时充气，待上升到最大储气压力后停止充气。

储气瓶组向加气机加气的作业顺序与充气过程相反。

为汽车加气时，按照先低后高的原则，先由低压储气瓶组取气，当压力下降到一定值时，在逐次由中压、高压储气瓶组取气，直至储气瓶组的压力下降到与汽车加气压力相等时，加气停止。如仍有汽车需要加气，则由压缩机直接向加气机供气。这种工作方式可以提供储气瓶组利用率，同时提高汽车加气速度。

2、 标准站流程

标准站的气源来自城镇燃气管道，仅为CNG汽车供气，而不具备为长管拖车加气功能，因此其工艺流程中无需设置为长管拖车高压储气瓶组充气的燃气管路系统和加气柱。

标准站与加气母站有类似的工艺流程和设备，只是母站的压缩机通常排量较大，其它设备与标准站基本一致。

加气对象根据接口分为两种：车载气瓶接口（公交车、出租车等），槽车接口。两种接口互不通用。需要不同的加气设备。某些标准站加装充装柱后即可向槽车供气，此类标准站也称之为小母站。一些母站除向槽车供气外，还可向出租车和公交车加气。

从管道中取气，经调压计量系统过滤、调压、计量，进行压缩、干燥（有不同次序），干燥后的CNG进入储气设施，经由售气设施向车载气瓶（出租车或公交车）或储气槽车充气，或由压缩机直接通过售气设施向车载气瓶（出租车或公交车）或储气槽车充气。

三、压缩天然气汽车加气站的加气设备

压缩天然气加气设备分为快充式加气机和加气柱，分别为天然气汽车和长管拖车加气。 加气机由计量仪表、加气控制阀组、拉断安全阀、加气枪、微机显示屏、压力保护装置和远传装置等构成。加气机的微机控制器自动控制加气过程，并对流量计在计量过程中输出的流量信号和压力变送器输出的电信号进行监控、处理和显示、加气机气路系统负责对售气过程的顺序进行控制并在售期结束后自动关闭电磁阀。此外，一般加气机还配有压力温度补偿系统，也称防过充系统，以保证在加气时根据温度调节充装压力。

加气柱一般由阀门组构成，可根据情况配备流量计量仪表和压力温度补偿装置。 加气机流量计量仪表常采用质量流量计，以避免天然气密度、黏度、压力、温度等变化对体积流量的影像。测定的质量流量可通过设定的计算程序转换成体积流量，在加气机显示屏上显示。2

应用压缩天然气供气是近年来发展起来的一项新的供气方式，它采用了一些新的技术，并且已在中小城镇的供气中发挥作用。

1、西气东输和引进俄罗斯天然气的输送管线将经过那些经济发达，人口密集，环保要求高，工业集中的大型中心城市，并向它们供气。这是我国十五计划的重点，是国务院的重点工程，也是我国经济发展的重大项目。

但是，对于距长输管线较远的中小城市，如果从干线上接一条几百公里的管道，建设费用高，需要地方自筹，干线开口又有一定的位置，距市近的地方不一定有预留采气口，开口还需付开口费。这些，对于用气规模较小的城市在经济上划不来。那么，压缩天然气供气可以让中小城市也经济地用上清洁方便的天然气。

2、CNG供气并不适用于所有地区、所有城镇，它有一定的适用范围。

（1）用气地区距天然气管线不太远，且有CNG采气的地方（即“采气站”）；CNG的运输距离最好在300公里以内，最远不应超过500公里，应根据具体情况认真核算。一般，远距离输送超过500公里就不经济了。

（2）运输方面要有良好的道路条件，在较恶劣的气候条件下仍能保证畅通的运输，即使在大雨、洪水、大雪、大雾等情况下也不会造成长时间的交通断绝。城市天然气储备量一般按2-3日考虑，不超过一周，否则需较大的设备投资。

（3）CNG的供气规模不宜太大，一般在5万户以内；对工业用户的供气量也不宜太大，以天然气为原料或燃料的大型工业企业，用CNG的方式供气也是不适宜的。

（2）CNG可以作为城市/小区先期供气的一种方式；例如在规模很大，长输天然气管道已有计划，但一时来不了，却又有迫切供气要求的城市，可先采用CNG的方式部分供气，待天然气管道建成以后再进行转换，这样既解决了燃眉之急，又省去了燃气置换的种种麻烦。因为对用户供气的各项参数，如燃气的压力、华白数以及管线的材质、管径及表灶等来说，先期CNG供气和以后的管路天然气供气是完全一致的，将来只需将管道连接好，拆除CNG供气设备，即可进行转换，非常简单方便。3