天然气综合站工艺及功能的优化

许臣君，田霖(铁岭港华燃气有限公司，辽宁 铁岭 112000)

1 概述

天然气综合站建设时主要设备设施之间须满足现行的《城镇燃气设计规范》《汽车加油加气站设计与施工规范》《建筑设计防火规范》[2]，CNG加气站与天然气输气管道合建站的设计与施工还要符合现行的《石油天然气工程设计防火规范》中的有关规定，所以建设单位应充分考虑综合站的特点，根据综合站内各组成部分功能需求，进行统一规划设计，合理分区，实现功能优化。

2 案例工程概况

铁岭港华燃气有限公司镇西堡天然气场站位于铁岭县镇西堡镇木厂村，是一处综合性场站，总面积20 055 m3，分为天然气门站、压缩天然气母站和常规加气站三个区域(见图1)。门站负责接收中石油管输天然气(沈哈线)并输送至铁岭市区，输气能力达50万m3/d；压缩天然气母站将管输天然气压缩运输至市区各汽车加气站，供应能力达20万m3/d；常规加气站可为CNG出租车及公交车加注压缩天然气，加气能力2万m3/d。

图1 镇西堡天然气场站分区图

2.1 门站工艺及功能优化

(1)镇西堡门站主要是接收上游高压管道气，经过过滤器除去杂质，随后进入水浴式换热器，提高天然气温度，在经过计量、调压、加臭，通过长输管线输送给到市区，门站设备还设有自用气撬，主要是提供站内热水锅炉和食堂使用。

(2)门站的核心主要是调压器，一般大型门站都采用轴流式调压器，设有主路和副路，采用切断阀+监视调压器+运行调压器模式确保下游稳定运行，为了更好地保障安全，在门站建设过程中增加了自动选路装置，避免了当主路切断阀切断时，由于某种原因副路切断阀也有可能一同切断的风险，只有当副路调压器运行时，副路切断阀才会检测到下游管道的压力(图2)。自动选路装置功能上要求备用路能自动补上运行供气，不会导致停气情况，同时不可用电子或电力装置或人手调控来达到此目的，也不能靠在备用路上不同压力的设定来达到此目的。

图2 自动选路装置流程图

2.2 CNG母站工艺及功能优化

(1)镇西堡母站直接接收上游高压管道气，经过滤、计量、干燥、缓冲、加臭后，进入母站压缩机组压缩冷却后，输送到加气柱计量，再充装给下游的CNG槽车中。

(2)高压天然气进入镇西门站和母站时，当母站和常规站压缩机没有启动，随着上游进站压力波动(2.8～3.6 MPa)，母站入口高压天然气倒流进入门站调压装置，导致母站计量装置不准或损伤，优化后在进入母站入口阀门后安装止回阀(图3)，考虑到运行压力及流量，选用旋启式止回阀即可满足需求，同时方便日后维修维护。

图3 止回阀安装示意图

(3)原设计将门站调压装置和母站过滤计量装置设置在同一个平台方便管理，却将母站过滤计量装置过滤排污收集到压缩机间外的排污池，不仅距离较远，同时排污管道与其他管道交叉较多，考虑排放的介质和运行压力相同，通过优化利用门站原有排污池，将母站过滤计量装置排污管道并入门站调压装置排污管道中，一共进门站排污池(见图4)。

图4 优化后排污管线示意图

(4)母站运营的核心就是压缩机的稳定，有条件的企业一般会选用体积小、故障率低的进口压缩主机+国产防爆电机，冷却形式大部分都是风冷为主。镇西堡站选用的进口压缩机只有风冷+水冷的混合模式，冷却工艺比较复杂，在母站压缩机组运行过程中，通过压缩放热，防冻液冷却压缩机后吸热，吸热温度一般可以达50～60 ℃[3]，再被风冷装置上的轴流风机冷却后，利用水泵返回压缩机组。针对此种压缩机实际情况对其冷却工艺进行优化(图5)，远期可以根据实际用气情况选择安装相应的废热回收机组(板式换热器)，将母站压缩热能提供给门站水浴式换热器换热，用于提高门站天然气出站温度，降低站内锅炉使用热负荷，减少压缩机冷却风机启动频次，达到降低能耗的目的。

图5 远期废热回收装置安装示意图

(5)考虑到母站单台压缩机的功率是355 kW，设备厂家提供电机电压是380 V，优化后改为10 kV。这样做可以降低电源和配电设备总体投资，并且线路损耗小，可节省一定的耗电量，可直接使用网络电源，使用简便，故障率较少，启动电流小，承受冲击能力强。

(6)加气母站的安全核心主要是充装环节，以往加气柱和CNG槽车的连接都是通过高压软管和钢丝绳。为确保充装环节的安全，改为使用CNG快速接头防脱装置和压缩天然气装卸臂(图6)代替钢丝绳和高压软管。CNG快速接头防脱装置功能是将压缩天然气装卸臂端部的快速接头外表面增加一组保护装置，有效代替钢丝绳对快速接头固定，消除了快速接头的安全隐患。压缩天然气装卸臂的功能是利用不锈钢材料耐压高、抗压力冲击能力强、不会产生爆裂和泄漏特点，采用多个万向轴组合。操作灵活，使用方便，维修方便快捷，导静电性能好，不像高压软管需定期检定及更换，使用寿命长。

图6 压缩天然气装卸臂及防脱装置

(7)压缩天然气属于高压易燃易爆气体，一般母站加气充装过程中需要安装固定式静电接地报警器，但是一旦操作员人员没有及时发现静电接地报警就容易导致事故的发生，所以我们采用了防静电控制器与加气柱进行连锁的措施，当防静电控制器声光报警时会自动关闭加气柱供电，切断气源，有效地控制了充装过程中的静电风险。

(8)因夏季母站压缩机出口温度较高，导致CNG槽车充气量和充装时间受到影响，为了缓解这个问题，在母站加气充装区设置水喷淋系统对充装的CNG槽车进行降温，减少充装时间。

2.3 CNG常规加气站工艺及功能优化

(1)镇西堡常规加气站直接接收上游高压管道气，经过滤、计量、干燥、缓冲、加臭后，进入常规站压缩机组压缩冷却，利用优先顺序盘进到对应的高中压储气瓶组中，再输送到加气机计量、最后充装给下游的CNG出租车或公交车。

(2)考虑到常规站距离市区较远，所以只设置了一台压缩机，当常规站压缩机需要检修或加气高峰时，可以利用闲置的母站压缩机组通过另外一台机械式优先顺序盘对常规站进行调峰，同时兼备了备用功能(图7)。

图7 镇西CNG常规站调峰和备用功能示意图

(3)镇西站进站天然气的运行压力为2.8～3.6 MPa，加臭泵只需选择满足4 MPa即可，通过论证考虑到天然气前置干燥脱水装置对四氢噻吩的吸附问题，加臭点优选设置在前置干燥脱水后，进入压缩机前。加臭装置中的主要设备为二个隔膜式计量泵，能将泵与臭剂分开，以防臭剂泄漏。以往加臭罐采用玻璃液位计，这种玻璃液位计在东北地区风险较高，一旦玻璃损坏就会导致大量的四氢噻吩泄漏，所以在镇西站加臭上，对原有加臭装置功能进行了优化(图8)，在加臭柜底部增加积液池，避免泄漏的四氢噻吩液体四处蔓延，玻璃液位计改为磁浮式翻板液位计，避免了液位计破裂的风险。

图8 加臭装置工艺优化

(4)加气机在北方地区需要考虑防冻问题，施工时预留电伴热，特别是投产初期可以有效地缓解冰堵问题。

3 天然气综合站未来发展趋势

(1)随着我国天然气能源体系的加快构建，燃气公司能源结构正由天然气为主向多元化转变，天然气场站正由传统模式向多功能和新能源增长转变。虽然天然气与可再生能源存在一定的竞争，但天然气和可再生能源合作更是绝佳互补，相信随着加氢站、天然气混氢站、充电站的发展，势必带动新形势的综合站建设。

(2)以往天然气场站安全监测和运营手段都是以现场人工监控的粗放式管理为主，随着互联网大数据发展和自动智能的工业巡检机器人的推广，天然气综合站也将会向智能化全面发展，大数据+智能巡检管理系统不但可以通过大数据分析，实现站场数字化、智能化运行和管理的提升，还可以提升运营效率，降低运营成本，特别是综合站设计过程中要充分考虑相关热能、冷能、压差能的利用，保证其合规性和安全性，体现“功能齐全，实用方便”这一特点。

4 结语

城镇燃气的综合站发展必将由原来单一的天然气场站功能向供给多元化、智能化发展。依托城市的发展，进一步统筹规划，做到区域功能清晰，多能互补，实现天然气能源的综合利用。