压缩天然气技术在城镇供气的应用探究

2023-01-19闫月娥

当代化工研究 2022年1期

＊闫月娥

（山西压缩天然气集团交城有限公司山西 030500）

目前，中国仍是以天然气作为主要的气源发展方向，天然气的供气方法主要可分为非管输供气和管输供气两类，对于管输供气而言，其规模一般较大，涉及范围广泛，对于地理环境有着极为严苛的要求，所以我国的中小城市因为大都脱离了输气管干线，又由于建设管道所需成本较高，致使部分中小城市不能正常使用管道供气，所以非管道供气就变成了这类地区的气源主要传输形式。

液化石油气混空气手段、压缩液化天然气供气手段、压缩天然气供气手段是现今我国主要借助的三类非管道供气手段，同混空气供气手段以及液化天然气手段相比，压缩天然气手段占据着明显的技术优势。

1.CNG的相关概述

天然气的运用越来越普及，比煤和石油更具优势，天然气燃烧后不会产生有害气体，是一种环保能源，势必会大大冲击其他能源，成为首选。

天然气输送的方式主要是通过管道。事实说明，天然气采用的运输方法是价格最低，效果最好的。但是由于输气干线的建设受城市气化条件、经济实力、用户气价承受能力等综合因素的限制，使得这种输送方式尚未形成大范围联网，供应范围受到限制，并且只能向长输管道沿线城镇供气。在天然气传输方面，不光是通过管道来传输的，还可以使用别的办法，现在有两种，第一种是将它进行液化，再储存和运输。第二种则是把它净化、压缩后，装在指定的容器里，用CNG储气瓶组拖车按需配送。中国拥有相当成熟的CNG的实际使用方法，不仅使用在居民用户的燃气供应，居民非汽油类车辆的用气也已经逐渐打开了市场。

2.压缩天然气的运用特性探究

(1)具有一定的环保性

与液体或固体燃料不同的是天然气的燃烧效率更高，燃烧结果也更为彻底，而且，通常情况下天然气内部的含碳量比较小。所以在其燃烧进程里所生成的一氧化碳，要比汽油煤料，煤炭明显要低，特别是对于世界环保机构所拟定的减轻温室效应，降低大气污染等要求都能充分迎合，所以利用天然气对各类能源进行替代有着十分积极的意义。

(2)经济效益优

对于CNG汽车而言，相比与普通燃油汽车，可有效节省燃料费将近20%，与之对应的维修费也可大幅度的下降，经济发展水平也随即得到提高，因为CNG的耐磨性较差，所以必须借助有效摩擦管控保证其在恰当的范围，并以此延长机械的寿命。

3.压缩天然气的供气技术

(1)压缩天然气的生产工艺

压缩天然气（CNG）的生产工艺流程总结如下：天然气从管道输出之后凭借核算计量与压力调整，确保满足规定的条件后实施净化，把天然气中包含的杂质气体一氧化碳、氧化氢和硫化氢分离出去，满足规定的条件后压缩天然气。压缩的时候可凭借压缩机把15～25MPa的压力施加给天然气，接着通过加压站当中配置的燃气运送接口把天然气灌入压缩天然气钢瓶拖车当中，直至压力值与钢瓶的规定值一致时就可以让压缩机暂停工作。

①天然气的压缩技术。压缩技术是压缩天然气的生产工艺当中不可或缺的一项技术。天然气如果只具备小压力的气源，那么通常要凭借压缩机给天然气施加压力，压缩至20MPa即可。压缩的时候通常要借助水冷活塞式压缩机实施四级的压缩工艺。接着通过加压站当中配备的燃气运送接口把天然气灌到压缩天然气钢瓶拖车当中，直至压力值与钢瓶的规定值一致时，压缩机暂停工作。当取气点加压站的作业结束后，便把压缩天然气钢瓶拖车运输至目标地的天然气卸气站。

②天然气的脱水技术。天然气被压缩过后因为在高压作用下会有析水或析出水化物的现象出现，被析出的物质会和空气发生化学反应腐蚀钢制天然气容器和天然气管道，同时还会使天然气阀门和管道等出现堵塞现象，因此，把天然气灌入气罐之前一定要实施脱水，同时要参照压缩机的工作实情选择恰当的脱水形式。通常而言，若压缩机类型是无油润滑式的，则选择低压脱水形式；若压缩机类型是有油润滑的，则选择高压脱水形式。不管哪种脱水形式，均要保证出站的天然气当中水的含量要低于7.8mg/m3。

(2)压缩天然气的运送

压缩天然气槽车的用途是专门运输压缩天然气，整个车的气压相对较高，一般选择瓶组式组成，且每八个圆筒形钢瓶构成一组单车瓶组，

运输压缩天然气的过程中最关键的是要保证安全，对单车载运量有明显影响因素涵盖钢瓶质量、牵引车的主要性能、组装工艺的优良程度、公路情况等。为了能够有效提升压缩天然气的整体运输效率，缩减运输中的费用，运输压缩天然气时使用频率最高的运输工具就是运输平挂车。参照压缩天然气生产条件的差异，运输设备的压力等级也随之变化。

现阶段运输压缩天然气的运输设备最主要的有两种，其一是大容积气瓶运输，其二是小容积气瓶运输。因为底盘和气瓶组连接方式的差异，将其划分为两大类，其一是捆式，其二是集装管束式。在底盘当中将气瓶和管件直接组合在一起，同时和连接钢带捆绑在一起，将此运用于大容积气瓶组装形式当中，但是集装管束式是凭借把气瓶和相关管件连接在ISO标准角件上，把集装箱中的专用底盘与锁具连接在一起。

运输压缩天然气时所投入的成本与其运输的实际距离之间联系紧密。对运输压缩天然气时所投入的成本有影响的因素涵盖了气源、实际运输距离等。在设计供气方案的时候，要综合门站、槽车、城市管网还有原料单价等各个方面的因素。当供气规模一致的情况下，管道供气方案和压缩天然气供气方案中运输成本和运输距离成正比，运输距离越长，需要投入的成本就越多。从投资成本方面来看，压缩天然气供气方案比管道运输方案更具优势，除此之外，还具有见效快，周期短的特点，而管道供气方案的主要优势在于供气稳定、和易于管理。由此可见，用气规模不大，距离气源不近的中小城镇选择压缩天然气供气更为合适。

(3)减压供气工艺

①降低到站的钢瓶拖车当中天然气的压力，对天然气进行加热后通过各种等级的加热器和调压器对天然气进行运输，这样便可以防止设备在温度差的作用下不能正常运作，天然气的压力值要低于整个运输网所能承受的最大压力值。与此同时，还要考虑到钢瓶拖车所能承受的最大压力值等各项因素，不然，卸气设备调压的精度和加热等级的精度都会有所下降。

当压缩天然气送到目的地后，必须要及时卸车，并在调压间当中将天然气的压力降低。通常而言，要把压力降低到0.3MPa～0.4MPa。由于压力的降低，温度也会随之下降。如果天然气内部温度到了零下十几度，那么调压设备可能会被损坏。为防止设备被损坏，一般会借助三级降压的调压方式实现压缩天然气的降压保存，使减压环境趋于稳定。二级减压的方法一般适用于天燃气流量不大的设备。一般把压缩天然气由槽车转移至一级换热器当中进行加热，让天燃气的温度升高到目标温度后再转移到一级调压器当中，使压力降低至7MPa，接着在二级换热器设备当中使其温度升高，让压力降低至1.6MPa。紧接着转移到三级调压器当中让压力降低至0.3MPa，予以计量处理后运输到管网。

当压缩天然气转移到减压站对其实施减压的过程中，除了要考量调压设施是否可靠与安全，还需考量下列三个方面的问题：

①供气峰谷间的天然气流量差。为防止峰谷间流量差太过于显著对气体减压产生负面作用，在减压时，可把调压器以多路并联的方式连接。如遇供气高峰，可通过多台调压器同步减压，在低谷时则仅需一台调压器。设备运作情况较佳的过程中要最大限度地避免高频率开启阀口。

②一般而言压缩天然气配套的减压站均采取一路进口，这样一来极易造成因为槽车卸气达到最低的时候不能和减压站设计的流量相符，降低供气能力。所以，在规划天然气减压站的过程中，可多开设几个进口，并通过两路以上的结构同步卸气，以此来保障流量能够正常供应。

③为保障供气可靠，一定要在减压站的出口处添设加臭设施。

(4)CNG减压站的运行维护

①落实好工作人员安全教学培训与专业应用技术教学培训，生产制造加工职位的工作人员，经过测试合格后才能够上岗。设置专职安全经营综合管理主管，操控管理职位采用了三班四运转的任务工作体制，每班保障有二至三人，以增强巡检力度，保障生产加工工艺机器设备安全，日常落实好查漏检漏工作。

②生产制造加工区入口位置设立警示牌，生产制造加工区建筑外墙结构与生产制造加工区内，设立显著的“禁止烟火”警戒牌，成立安全稳定的生产加工管理体制，并且需求所有工作人员自觉主动遵循实行，严令拒绝因违章操控管理。成立健全完善的管理体制。

③成立专业应用技术信息档案，落实好按期检查维修与通常修理工作，严格实行巡检体制。

(5)CNG供气技术必须满足的适用条件

压缩天然气的供气技术必须满足的适用条件有：第一，压缩天然气母站当中天然气的品质、总体积以及气瓶车的数目、运输距离、交通环境等要达到要求；第二，供气技术的核心参数中包含压缩天然气储配站的实际供气规模；第三，要满足经济性要求，要全方位对比管道运输方式和压缩天然气储配站二者的经济性。

(6)CNG供应城镇燃气可行性分析

CNG加气站生产制造加工的压缩天然气质量满足现有国家参考应用标准《车用压缩天然气》的要求，实现产品天然气的参考应用标准。CNG体系供气模式通常包含取气点加压作用站、乡镇卸气站、调节振荡波峰设备设施、乡镇输配传输管网等。长输传输管线提供模式，通常包含长输传输管线、乡镇门站、调节振荡波峰设备设施、乡镇输配传输管网。CNG体系供气模式的取气点加压站，可以使用天然气的加气母站，两大类提供模式的比较钢瓶拖车数目与长输传输管线投资。经过对两大类提供模式投资、成本费用和运距的探究分析，包括对北京市郊区多个CNG供气生活服务社区运行工作实际状况的全面、深入地了解和掌握，能够得知如下分析结果：

在供气总体规模相同的时候，伴随着运距的增大，CNG自动传输与长输传输管线自动传输的投资及成本费用，都呈增加大方向，在这其中长输管线的增长作用幅度比较多。伴随着供气总体规模的增加，长输管线的投资增长幅度相对较低，成本费用的降低大方向比较显著，而CNG自动传输的投资增长幅度比较多，成本费用减少大方向不显著，综上所述供气总体规模对CNG自动传输模式影响作用因子比较多。供气总体规模在2000～10000户，供气作用范围在80km左右应用CNG供气模式，在客户承担水平、投资与成本费用上较占优势。伴随着供气总体规模的加大，CNG提供模式领先于长输管线提供模式的交通运输距离也加大。

液化石油气（LPG）经过气化处理之后，可以和天然气一起应用传输管道供应乡镇公民运用。因为LPG交通运输便利、易保存、热数值高、项目工程投资建设快，所以，自二十世纪90年代之后，早就被许多中、小乡镇与公民生活服务社区运用。LPG传输管道提供模式有纯液化石油气传输管道供气与液化石油气混空气传输管道供气。

以供气总体规模在10000户的供气生活服务社区为实践应用案例，液化石油气市场实际价格为3000元人民币/t，热数值108MJ/Nm'；加气站CNG市场实际价格为1.7元人民币/Nm'，热数值40MJ/Nm'。从CNG提供与LPG传输管道提供成本费用对比能够分析，当运距在100km左右的时候，CNG提供乡镇燃气从经济实际总收益探究分析，优势是较为显著的，当运距在300km左右的时候，依然领先于LPG传输管道提供。天然气市场实际价格稳定，从抵抗各类风险性探究分析，CNG提供乡镇燃气也领先于LPG传输管道提供。

压缩天然气输配的生产加工工艺，主要机器设备都已经完成国内生产，并且已产生全球或者部颁参考应用标准。超高压天然气链接，在石油体系现有耐用机器设备。截止今日，在京津区域已经大量投入运用的压缩天然气生活服务社区供气站已超越20座，供气总人口超越8万户，国内生产、进口机器设备都有运用。经过对两年多真实情况运行工作实际状况的全面、深入地了解和掌握，国内生产机器设备稳定可靠，均可以实现综合系统设计需求，安全运行工作。

(7)CNG供气技术的方案比较

因为压缩天然气只需要非常简单的工艺，只要投入少量成本就能够获取成倍的利润。所以，在那些不利于管道运输天然气的小城镇，通过压缩天然气的方法进行供气不失为一种有效的办法，同时，压缩天然气也不会由于运输管道变长而无法使用。

虽然通过管道运输进行公开供气的方法经济性最好，但是在选择具体供气方法的时候要充分考虑到居民对天然气的使用情况和运输距离。难免在一些情况下管道运输供气的方法不具备经济性，譬如，居民对于天然气的需求量非常大，且周围又不具备供气源的时候，这种情况下就要铺好几千米的天然气管道，如此一来该方法的经济性要求就无法满足。基于供气规模逐渐扩大的形势分析而言，从成本投入方面来看，管道远距离运输需要投入的成本和供气规模扩大的程度相反，所以，如果供气规模相对较大的话，采取非管道运输的天然气运输方法更佳。