CN104864269A - Cng常规站设备选型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种CNG常规站设备选型方法，主要解决现有技术中CNG常规站设备选型方式单一、不准确的问题。本发明通过采用一种CNG常规站设备选型方法，通过确定管网下限压力、工作压力及上限压力，管道气含硫量，加气站日加气能力，加气时间是否集中，停运影响大小，以及压缩机安装位置后，根据公式计算及工程要求，获得加气站主要设备即：调压计量设备、脱硫装置、脱水装置、压缩机、程序控制盘、储气设施、CNG加气机的参数要求的技术方案较好地解决了上述问题，可用于CNG常规站设备选型中。

Description

CNG常规站设备选型方法

技术领域

本发明涉及一种CNG常规站设备选型方法。

背景技术

压缩天然气(compressed natural gas,CNG)相比汽油和柴油具有明显的价格和环保优势，因此车用天然气近年来发展迅速，我国建设了大量的CNG加气站，主要用户为城市出租车、公交车及少部分私家车。

CNG常规站是从管网取气，通过压缩机增压后存储并为CNG汽车储气瓶充装车用压缩天然气的场所。

CNG常规站的设备主要有：调压计量装置、脱硫装置、脱水装置、活塞式压缩机、程序控制盘、储气设施、CNG加气机等。CNG常规站的设备选型通常通过经验选取，因此会出现设备处理能力与加气站运营需求不匹配的情况，加气站的设备难以达到最优的运行状态。

目前国内外并无关于CNG常规站设备选型方法的公开专利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中CNG常规站设备选型方式单一、不准确的问题，提供一种新的CNG常规站设备选型方法。该方法用于CNG常规站设备选型中，具有CNG常规站设备选型方式多样、准确的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种CNG常规站设备选型方法，包括如下步骤：

A)确定输入条件及基本参数：

(1)输入管网下限压力P_min、工作压力P_o、上限压力P_max，城市管网根据国标分为三类，即：中压：0.05MPa＜P≤0.4MPa；次高压：0.4MPa＜P≤1.6MPa；高压：1.6MPa＜P≤4.0MPa。因此输入的管网压力必须位于相应的区间内，且满足P_min≤P_o≤P_max；

(2)输入管道气含硫量，根据国家标准要求，车用天然气含硫量不得大于15mg/m³，CNG常规站需根据管网气质条件来确定是否选用脱硫装置；

(3)确定加气站日加气能力Q₀，通过工程要求及现场调研明确拟建CNG常规站的日平均加气量Q₀(单位：Nm³)，可由以下两种方法确定：

a)直接给出数值Q₀；

b)由加气车辆的类型及数量估算，车辆类型和数量分别为：出租车X₁，公交车X₂，客运车X₃，其他车辆用气量Q₄(单位：Nm³)，计算公式为：

Q₀＝30*X₁+100*X₂+100*X₃+Q₄

结果分置以下区域后取上限得到加气站日平均加气量Q₀：Q≤1万m³、1万m³＜Q≤2万m³、2万m³＜Q≤3万m³。

(4)确定加气时间是否集中，如果车辆加气时间多在某几个固定时间段，则选择为集中，加气站日工作时间T按10小时计；否则选择为分散，加气站日工作时间T按16小时计；

(5)确定停运影响大小，若用户主要为公交车辆，则停运影响大；

(6)确定压缩机的安装位置，根据工程条件，压缩机可为室内安装或室外安装，室内安装无需考虑方舱，室外安装的需考虑方舱及其降噪功能；

(7)确定加气站小时排量Q，计算公式为：Q＝Q₀/T，其中T为加气运行时间(单位：h)；

B)管网压力调压：

根据入口压力判断是否需要进行调压，判断方法为：

判断1：如果P_max＞{(P_min+0.1)*2-0.1}，且P_o≤{(P_min+0.1)*2-0.1}，此时的压缩机工作压力值为P_o；下限值为P_min；加调压设备，将管网压力上限值调压为P_o；

判断2：如果P_max＞{(P_min+0.1)*2-1}，且P_o＞{(P_min+0.1)*2-0.1}，此时的压缩机工作压力值为{(P_min+0.1)*2-0.1}；下限值为P_min；加调压设备，将管网压力上限值调压为{(P_min+0.1)*2-0.1}；

判断3：如果P_max≤{(P_min+0.1)*2-0.1}，此时的压缩机工作压力值为P_o；下限值为P_min；上限值为P_max，无需调压；

C)压缩机选型：

(1)确定压缩机工作压力范围，根据管网压力调压方法，得出压缩机的工作压力上下限Pc_min，Pc_max，压缩机工作下限压力需小于等于管网压力下限：Pc_min≤P_min，压缩机工作上限压力须大于等于调压后的管网上限压力,即:

判断1：Pc_max≥P_o

判断2：Pc_max≥(P_min+0.1)*2-0.1

判断3：Pc_max≥P_max

(2)确定压缩机轴功率和台数，CNG常规站压缩机的排量规定为工作点压力的排量，根据小时排量计算得出压缩机轴功率，轴功率计算公式:

N＝V*P₁*(1.634/0.55)*ln(P₂/P₁)

P₁：进气绝对压力，bar

P₂：排气绝对压力，bar

V：工况下容积流量，m³/min

判断1：当计算的轴功率大于315KW时，若停机敏感性大，则选择三台排量为Q/2的压缩机；若停机敏感性小，则选择两台排量为Q/2的压缩机；

判断2：当计算的轴功率大于200KW小于315KW时，若停机敏感性大，则选择三台排量为Q/2的压缩机或两台排量为Q的压缩机；若停机敏感性小，则选择两台排量为Q/2的压缩机或一台排量为Q的压缩机；

判断3：当计算的轴功率小于等于200KW时，若停机敏感性大，则选择两台排量为Q的压缩机；若停机敏感性小，则选择一台排量为Q的压缩机；

(3)冷却方式，压缩机的冷却方式可采用风冷、水冷和混合冷却三种方式，只需冷却效果满足上述级间温度和终极排气温度的要求即可；根据工艺要求，各级排气温度需小于等于150℃，终极排气温度不高于环境温度15℃；

D)安装方式及防噪音要求：

压缩机的安装方式为室内安装或室外安装，室外安装的压缩机必须配置隔音方舱，方舱选型要求为：距离方舱外1m处的噪声不大于75dB；

E)缓冲罐及污水罐确定：

缓冲罐参数确定：

缓冲罐容积V＝(压缩机小时排量*台数)*15/{(进气压力+1)*3600}，计算值向上取整；取值为1m³、2m³、3m³；

污水罐参数确定：

常压设计压力0.4MPa，容积1.0m³；

F)脱硫装置选型：

当管道气含硫量大于15mg/m³时，需设置脱硫塔；脱硫塔参数确定：

脱硫能力＝压缩机设计点排量*台数；

脱硫塔进气压力低限＝管网最低进气压力；

脱硫塔进气压力高限＝调压后的压缩机最高进气压力*1.1；

G)脱水装置选型：采用低压前置脱水装置，脱水装置参数确定：

脱水能力＝单台压缩机排气量*数量*1.1；

脱水装置工作压力＝进气压力上限；

H)顺序控制盘选型：

顺序控制盘的小时流量通常有1500，2000，2500，3000Nm³几种，根据计算得到的小时排量Q，向上选取对应的规格，顺序控制盘根据工程要求选择为气动式；

I)储气设备选型：储气设备可根据工程情况选择为储气瓶组或者储气井，分为高压、中压、低压三段；CNG常规站储气系统建议采用高中低配比关系为1:2:3或1:1:2；单独CNG常规加气站储气设施的总容积不应超过30m³；

J)加气机选型：根据行业经验，单支CNG加气枪的平均加气量通常为2500Nm³/d，加气机为双枪机，加气机数量计算公式为：

加气机数量＝Q/(2*2500)。

对本专利描述的CNG常规站设备选型方法，需要说明的是：

(1)本专利描述的加气站设备选型方法主要针对关键设备，不包括对工艺管道、配套阀门及仪表的要求；

(2)本专利描述的加气站设备选型方法中涉及的参数及规定等依据GB50156《汽车加油加气站设计与施工规范》等相关国家标准。

本专利通过确定管网下限压力、工作压力及上限压力，管道气含硫量，加气站日加气能力，加气时间是否集中，停运影响大小，压缩机安装位置等输入条件后，根据公式计算及工程要求，获得加气站主要设备即：调压计量设备、脱硫装置、脱水装置、压缩机、程序控制盘、储气设施、CNG加气机等设备的参数要求，所提设备选型方法依据加气站建站特点，日加气量等条件，通过严格的公式计算，结合行业内的先进经验，提出优化的设备选型方案，输出合理的参数配置要求，使设备能力与建站需求相匹配。本专利设备方法输出的工艺路线和设备选型结果不唯一，计算结果给出多种满足要求的选型方案，由使用人员根据加气站条件对比各方案的优劣，选取最为适合的选型结果，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

拟建某城市CNG常规站，加气时间集中，主要服务对象为出租车和公交车。

根据以上基础条件，CNG常规站的主要设备选型实施方式如下：

一、输入条件：

(1)管道入口压力波动范围是0.2-0.8MPa，常态压力0.4MPa；

(2)管道气含硫量为16.2mg/m³；

(3)预计每天给300辆出租车、50辆公交车、30辆客运汽车提供加气服务，同时给其他车辆提供1500m³的用气量；

(4)加气时间集中，即T＝10小时；

(5)停运影响较大；

(6)压缩机安装位置为室外安装；

(7)根据上述条件，可计算得到加气站小时排量Q＝Q₀/T＝2000Nm³/h。

二、管网压力调压方法

将P_min＝0.2MPa，P_o＝0.4MPa，P_max＝0.8MPa带入公式计算{(P_min+0.1)*2-0.1}＝0.5MPa，符合判断1的条件，则压缩机工作压力P_o＝0.4MPa，下限值P_min＝0.2MPa，上限值需要调压到0.4MPa。

三、压缩机选型方法

(1)确定压缩机工作压力限值，P_min＝0.2MPa，P_max＝0.4MPa

(2)进气绝对压力P₁＝0.4MPa+0.1MPa＝0.5MPa＝5bar，排气压力P₂＝25MPa+0.1MPa＝25.1MPa＝251bar，工况下容积流量V＝2000m³/h*(1/5)＝400m³/h＝6.67m³/min。代入轴功率计算公式N＝V*P₁*(1.634/0.55)*ln(P₂/P₁)得出轴功率为388KW。

符合判断(1)的条件，由于停机敏感性大，配置三台排量为1000m³/h的压缩机。

(3)压缩机的冷却方式选用混合冷却的方式。满足各级排气温度需小于等于150℃，终极排气温度不高于环境温度15℃。

(4)压缩机选择为室外安装，且配置隔音方舱。方舱须满足：距离方舱外1m处的噪声不大于75dB。

(5)缓冲罐容积V＝(压缩机小时排量*台数)*15/{(进气压力+1)*3600}＝2.5m³，计算值向上取整为3m³。

污水罐设计压力0.4MPa，容积1.0m³。

四、需要设置脱硫塔

脱硫能力＝压缩机设计点排量*台数＝1000m³/h*3＝3000m³/h；

脱硫塔进气压力低限＝管网最低进气压力＝0.2MPa；

脱硫塔进气压力高限＝调压后的压缩机最高进气压力*1.1＝0.4MPa*1.1＝0.44MPa。

五、采用低压前置脱水装置

脱水能力＝单台压缩机排气量*数量*1.1＝1000m³/h*3*1.1＝3300m³/h；

脱水装置工作压力＝进气压力上限＝0.4MPa。

六、顺序控制盘选型方法

顺序控制盘的小时流量通常有1500，2000，2500，3000Nm³几种，因此选择流量为3000Nm³/h的设备，其工作方式选择为气动式。

七、储气设备选型方法

储气设备选为6个瓶的储气瓶组，单瓶水容积选为2m³，高、中、低压瓶组的比例为1:2:3，即分别使用1、2、3个瓶。

八、加气机选型方法

加气机选用双枪机，加气机数量＝20000/(2*2500)＝4台。

Claims (1)

1.一种CNG常规站设备选型方法，包括如下步骤：

A)确定输入条件及基本参数：

(1)输入管网下限压力P_min、工作压力P_o、上限压力P_max，且P_min≤P_o≤P_max；

(2)输入管道气含硫量；

(3)确定加气站日加气能力Q₀，可由以下两种方法确定：

a)直接给出数值Q₀；

b)由加气车辆的类型及数量估算，车辆类型和数量分别为：出租车X₁，公交车X₂，客运车X₃，其他车辆用气量Q₄(单位：Nm³)，计算公式为：

Q₀＝30*X₁+100*X₂+100*X₃+Q₄；

(4)确定加气时间是否集中；

(5)确定停运影响大小；

(6)确定压缩机的安装位置，根据工程条件，压缩机可为室内安装或室外安装，室内安装无需考虑方舱，室外安装的需考虑方舱及其降噪功能；

(7)确定加气站小时排量Q，计算公式为：Q＝Q₀/T；

B)管网压力调压：

根据入口压力判断是否需要进行调压，判断方法为：

判断1：如果P_max＞{(P_min+0.1)*2-0.1}，且P_o≤{(P_min+0.1)*2-0.1}，此时的压缩机工作压力值为P_o；下限值为P_min；加调压设备，将管网压力上限值调压为P_o；

判断2：如果P_max＞{(P_min+0.1)*2-1}，且P_o＞{(P_min+0.1)*2-0.1}，此时的压缩机工作压力值为{(P_min+0.1)*2-0.1}；下限值为P_min；加调压设备，将管网压力上限值调压为{(P_min+0.1)*2-0.1}；

判断3：如果P_max≤{(P_min+0.1)*2-0.1}，此时的压缩机工作压力值为P_o；下限值为P_min；上限值为P_max，无需调压；

C)压缩机选型：

(1)确定压缩机工作压力范围，根据管网压力调压方法，得出压缩机的工作压力上下限Pc_min，Pc_max，压缩机工作下限压力需小于等于管网压力下限：Pc_min≤P_min，压缩机工作上限压力须大于等于调压后的管网上限压力,即:

判断1：Pc_max≥P_o；

判断2：Pc_max≥(P_min+0.1)*2-0.1；

判断3：Pc_max≥P_max；

(2)确定压缩机轴功率和台数，CNG常规站压缩机的排量规定为工作点压力的排量，根据小时排量计算得出压缩机轴功率，轴功率计算公式:

N＝V*P₁*(1.634/0.55)*ln(P₂/P₁)；

判断1：当计算的轴功率大于315KW时，若停机敏感性大，则选择三台排量为Q/2的压缩机；若停机敏感性小，则选择两台排量为Q/2的压缩机；

判断2：当计算的轴功率大于200KW小于315KW时，若停机敏感性大，则选择三台排量为Q/2的压缩机或两台排量为Q的压缩机；若停机敏感性小，则选择两台排量为Q/2的压缩机或一台排量为Q的压缩机；

判断3：当计算的轴功率小于等于200KW时，若停机敏感性大，则选择两台排量为Q的压缩机；若停机敏感性小，则选择一台排量为Q的压缩机；

(3)冷却方式，压缩机的冷却方式可采用风冷、水冷和混合冷却三种方式，根据工艺要求，各级排气温度需小于等于150℃，终极排气温度不高于环境温度15℃；

D)安装方式及防噪音要求：

压缩机的安装方式为室内安装或室外安装，室外安装的压缩机必须配置隔音方舱，方舱选型要求为：距离方舱外1m处的噪声不大于75dB；

E)缓冲罐及污水罐确定：

缓冲罐参数确定：

缓冲罐容积V＝(压缩机小时排量*台数)*15/{(进气压力+1)*3600}，计算值向上取整；取值为1m³、2m³、3m³；

污水罐参数确定：

设计压力0.4MPa，容积1.0m³；

F)脱硫装置选型：

当管道气含硫量大于15mg/m³时，需设置脱硫塔；脱硫塔参数确定：

脱硫能力＝压缩机设计点排量*台数；

脱硫塔进气压力低限＝管网最低进气压力；

脱硫塔进气压力高限＝调压后的压缩机最高进气压力*1.1；

G)脱水装置选型：采用低压前置脱水装置，脱水装置参数确定：

脱水能力＝单台压缩机排气量*数量*1.1；

脱水装置工作压力＝进气压力上限；

H)顺序控制盘选型：

顺序控制盘的小时流量通常有1500，2000，2500，3000Nm³几种，根据计算得到的小时排量Q，向上选取对应的规格，顺序控制盘可根据工程要求选择为气动式；

I)储气设备选型：储气设备可根据工程情况选择为储气瓶组或者储气井，分为高压、中压、低压三段；CNG常规站储气系统采用高中低配比关系为1:2:3或1:1:2；单独CNG常规加气站储气设施的总容积不应超过30m³；

J)加气机选型：加气机为双枪机，加气机数量计算公式为：

加气机数量＝Q/(2*2500)。