題目：某天然氣cng加氣子站工藝設計
學生姓名：聶少芳
學院：化工學院
班級：化學工程與工藝10-1班
指導教師：劉俞辰
二〇一四年三月
某天然氣cng加氣子站工藝設計
【摘要】隨著以天然氣為動力的汽車發展與液化天然氣儲存應用技術的提公升，天然氣需求不斷增長，同時也促進了天然氣加氣網點的擴張和競爭。特別是2023年11月1日，國家能源局出台的《液化天然氣（lng）汽車加氣站技術規範》正式實施，首次對我國lng加氣站的行業標準進行了規範。該規範實施以來，國內lng加氣站發展步伐明顯加快，打破了燃氣管網限制的lng、l-cng加氣站呈「井噴式」建設經營。
本次設計主要採用調研設計的方法，針對無天然氣管網鋪設地區如何發展新能源汽車，建設cng加氣子站的各項工藝以及國內外氣體增壓技術的發展狀況做出簡要論述，同時也會對cng加氣子站的人員管理與運營做出相應的指導。
關鍵詞：新能源；cng加氣子站工藝；系統控制；加氣站運營管理
1.概述
隨著以天然氣為動力的汽車發展與液化天然氣儲存應用技術的提公升，天然氣需求不斷增長，同時也促進了天然氣加氣網點的擴張和競爭。特別是2023年11月1日，國家能源局出台的《液化天然氣（lng）汽車加氣站技術規範》正式實施，首次對我國lng加氣站的行業標準進行了規範。該規範實施以來，國內lng加氣站發展步伐明顯加快，打破了燃氣管網限制的lng、l-cng加氣站呈「井噴式」建設經營。
而cng加氣子站由於其技術簡單，建設周期短和不受地區及管網限制而靈活等優點成為近幾年來各省區市爭相投入的專案。國內外對於加氣站關鍵技術的研究也屢屢有新的突破，國內技術主要是傳統的氣體增壓技術，而液壓加氣子站為國外新開發的一種加氣子站，其技術發展經過了以下幾個歷程：活塞式cng增壓技術---1995，膠囊式cng增壓技術----2000，高壓鋼瓶式直充式cng增壓技術—2002，第三代液壓增壓裝置---美國neogas公司專利，該專利採用液壓技術，增壓系統將特殊液壓介質（低揮發性）直接充入已充足cng（20mpa）的拖車鋼瓶內，將cng推出並通過加氣機給汽車加氣。
實現了系統壓力均衡，降低了能源消耗。採用控制充入鋼瓶內的液體總量的方式，保證系統正常工作。液壓加氣子站技術使用的高壓液體介質在低溫條件下其流動性受到影響，進而影響子站的工作效果。
液壓加氣子站在極端低溫地區使用情況有待驗證。這也成為下一階段該技術的重要攻關領域。本次設計著力於cng加氣子站的工藝設計與建設，可以打破天然氣管網對加氣站的限制，助力城市發展清潔能源汽車的步伐，同時也可以起到普及從業人員對相關知識的認識，更好地對加氣站的建設、工藝、裝置、安全、數質量管理知識進行灌輸，推動清潔燃料的大發展、大繁榮。
該題目**於生產實際。通過畢業設計，可以使我深入了解天然氣加氣子站的生產和執行過程，得到較全面的工程設計訓練，增強我的工程素質。此外該題目涉及的知識面比較廣泛，要求我必須綜合應用大學期間學過的專業技術課和專業課，如化工原理、熱力學、反應工程、工藝設計等的知識，靈活解決設計中的各種問題。
提高學習和收集設計所需的資料、資料和進行工程設計的能力，對於日後走上工作崗位大有裨益。
2.設計的主要內容
2.1加氣子站的工藝選擇
氣體增壓是子站的關鍵技術，所以子站在型別上可以分為常規子站和液壓子站。液壓加氣子站為國外新開發的一種加氣子站，目前國內較為常用的加氣子站為常規加氣子站。
2.1.1液壓子站
cng液壓加氣子站技術採用液壓增壓系統代替傳統的氣體壓縮機增壓系統，具有系統整體整合度較高、加氣能力強、安裝方便、執行成本低等特點。採用液壓技術，增壓系統將特殊液壓介質（低揮發性）直接充入已充足cng（20mpa）的拖車鋼瓶內，將cng推出並通過加氣機給汽車加氣。實現了系統壓力均衡，降低了能源消耗。
採用控制充入鋼瓶內的液體總量的方式，保證系統正常工作。其技術發展主要經過以下幾個階段：
（1）活塞式cng增壓技術---1995
（2）膠囊式cng增壓技術----2000
（3）高壓鋼瓶式直充式cng增壓技術—2002
（4）第三代液壓增壓裝置---美國neogas公司專利
液壓子站的特點
工作能力大，加氣量≥1000m3/h，工作效率：95%；
因為系統補壓速度快，系統始終保持在比較高且穩定的工作壓力狀態下，故本系統取消了儲氣瓶組、順序控制盤及大量高壓管件。相應配套裝置、土建投資少；
裝置安裝簡便，5天可安裝完畢；
主電機功率35kw,系統總功率≤40kw，節能效果較好；
系統自動化控制程度高，操作簡便，安全可靠；
液壓系統裝置簡單，工作穩定性好，維護方便；
拖車餘氣≤300m3 ，運輸費用低；
無廢水、有毒氣體排出，符合環境保護要求；
工藝流程
氣瓶車到達cng加氣子站後，通過快裝接頭將高壓進液軟管、高壓回液軟管、控制氣管束、cng高壓出氣軟管與液壓子站橇體連線。系統連線完畢後，啟動液壓子站橇體或者在plc控制系統監測到液壓系統壓力低時，高壓液壓幫浦開始工作，plc自動控制系統會開啟第1個儲氣瓶的進液閥門和出氣閥門，關閉回液閥門，將高壓液體介質(一種低揮發性液壓油)注入儲氣瓶，保證氣瓶車的儲氣瓶內氣體壓力保持在20～22mpa。cng通過儲氣瓶出氣口經cng高壓出氣軟管進入液壓子站橇體緩衝罐後，經高壓管輸送至cng加氣機，給cng汽車加氣。
當大約95％的天然氣被匯出時，自動控制系統發出指令，關閉該儲氣瓶的進液閥門、出氣閥門，開啟回液閥門，此時第1個儲氣瓶內的高壓液體介質在氣體壓力和自身重力作用下返回到橇體內的儲罐中。間隔幾秒後，第2個儲氣瓶的進液閥門、出氣閥門開啟(此時回液閥門關閉)，高壓液體開始充人。當第1個儲氣瓶內的液體介質絕大部分返回到儲罐後(此時儲氣瓶內還有少量不能返回的液體介質，將滯留在儲氣瓶中)，自動控制系統發出指令，回液閥關閉。
裝置執行時，由plc程式控制系統實現8個儲氣瓶依次順序工作。氣動執行器根據plc控制程式適時開啟和關閉各儲氣瓶的進出口閥門，順序轉換工作儲氣瓶。當前一輛氣瓶車卸完氣後，由人工調換快裝接頭到後一輛氣瓶車(轉接時間為3—5min)，實現加氣站不間斷執行。
cngcng液體介質
液壓加氣子站工藝流程
液壓加氣子站主要裝置包括：液壓子站橇體，即橇體、增壓系統(包括國產防爆電機、高壓幫浦、壓力控制閥、高壓管件、液體儲罐)；控制櫃；儀表風氣源裝置；售氣系統(單線雙槍加氣機)；變配電裝置(箱式變壓器)。
2.1.2常規加氣子站
cng常規加氣子站技術採用傳統的氣體壓縮機增壓系統。其特點如下：
◆ 包含卸氣柱、活塞式壓縮機、順序控制盤、儲氣鋼瓶、加氣機、燃氣報警、cng拖車等裝置
◆ 平均工作能力在1000nm3/h方以上時，系統總功率≥100kw
◆ 壓縮機排氣量隨拖車壓力下降變化範圍大：2300—500nm3/h
◆ 占地面積大，電增容費用高
◆ 拖車餘氣多，一般≥800m3.
◆ 裝置安裝時間≥30天.
工藝流程
氣瓶車到達cng加氣子站後，採用雙線制供氣。第1路為直供線，利用氣瓶車壓力直接為汽車加氣，子站儲氣瓶組(包括低壓瓶組、中壓瓶組、高壓瓶組)為汽車補足至20mpa；第2路為加壓線路，當儲氣瓶組壓力小於22mpa時，壓縮機開啟，抽取氣瓶車內天然氣補充儲氣瓶組壓力至25mpa。
cngcng cng cng
cng常規加氣子站工藝流程
常規加氣子站主要裝置包括：氣體壓縮機橇體，即橇體、增壓系統；儲氣瓶組(總容積為8m3)；售氣系統(三線雙槍加氣機)；卸氣系統(卸氣柱)；變配電裝置(箱式變壓器)。
2.1.3 方案選擇
cng液壓加氣子站技術採用液壓增壓系統代替傳統的氣體壓縮機增壓系統，具有系統整體整合度較高、加氣能力強、安裝方便、執行成本低等特點，較之氣體壓縮增壓系統技術上更為先進，便於自動控制。綜上，本設計選定液壓增壓。
2.2工藝簡介
注：卸氣柱壓縮機順序控制盤儲氣井
cng燃氣車
cng子站拖車到達cng加氣子站後，通過卸氣高壓軟管與卸氣柱相連。啟動卸氣壓縮機，cng經卸氣壓縮機加壓後，通過順序控制盤進入高、中、低壓儲氣井組，儲氣井組裡的cng可以通過加氣機給cng燃料汽車加氣。
2.3加氣站控制系統
cng加氣站控制系統分為以下四個系統：壓縮機控制系統、加氣機收費管理系統、工藝管網控制系統、可燃氣體報警控制系統。上述四個系統相互結合以實現加氣站安全運營，平穩加氣的功能。
壓縮機控制系統：plc控制，按照系統功能及佈線，大致可分為三個級，分別是本地級、中心控制級和上位顯示級，其中中心控制級是該控制系統的核心，起到正常啟動、停止壓縮機的功能以及故障聯動功能。壓縮機**商根據使用者的需求，將符合要求的上、下位機程式安裝到上位工控機和下位工控機後，壓縮機按照相應的程式工作，並將執行引數顯示到顯示終端上。
工藝管網控制系統：該系統由ups電源、智慧型數顯儀表、多迴路報警器、繼電器及控制櫃組成。智慧型儀表系統完成加氣站執行所需的壓力、溫度和流量等引數的採集、顯示、報警和控制功能。
現場壓力、溫度及流量遠傳儀表均以4—20ma的電訊號傳至控制室，根據工藝要求設定儀表報警點及聯鎖點。當數顯儀表所檢測到的訊號達到設定值時，該儀表輸出觸點動作（動合或動斷），多路聲光報警器聲光報警，同時與該引數相關聯的裝置動作，實現連鎖控制。此外，在工藝管網控制系統中必須要包含接地與防雷系統。
可燃氣體報警控制系統：該系統是上述四套系統中最簡單但卻最必不可少的的組成部分，系統對站內燃氣洩漏實時檢測，並實現必要的聯鎖控制。該系統由可燃氣體報警控制器和隔爆探測器組成。
根據gb 50493--2009《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規範》，探測器室外有效檢測半徑為15m。設計中壓縮機間探測器的間距設定為6m，室外12m。探測器安裝位置宜設在用氣裝置附近、法蘭連線處、閥門組和洩漏源處。
壓縮機間探測器環牆壁四周和距頂棚0.3m設定，每台加氣機、儲氣井組處設定探測器，其高度為2.5m，且保證探測器周圍不小於0.
3m的淨空。
控制器顯示每一路探測器的報警位址、時間和濃度。系統設計為二級報警系統。可燃氣體一級報警（高限）設定值宜為20%lel,燃氣洩漏濃度達到以及設定值時，控制器聲光報警，聯動軸流風機進行空氣置換；可燃氣體二級報警（高高限）設定值宜為50%lel，燃氣洩漏達到二級設定值時，控制器聲光報警，停止所有工作壓縮機。
3．研究方案
本設計採用校內設計的形式，結合網路與圖書館的相關文獻資源以及指導教師的親自指導，學生自主進行設計。
科研訓練報告
姓名學號班級 指導教師 院系日期 具體要求 一 科研訓練課題任務概述 請在該部分簡述科研訓練完成的具體任務，不少於 二 科研訓練準備情況 列出課題參考的文獻，應該以學術期刊網 維普等收錄的正規期刊為引用文獻，不少於15篇 三 科研訓練課題研究過程及其內容 不少於 一 課題研究內容和關鍵技術 對於所研...
科研訓練報告格式
題目 學生姓名 學院 班級 指導教師 年月日一 立論依據 包括專案的研究意義，國內外研究現狀分析，並附主要參考文獻及出處 二 研究內容 三 擬採取的研究 技術路線 包括研究工作的總體安排，實驗方法和步驟，預計遇到的問題與解決辦法 撰寫格式要求 公式文中的公式應居中書寫，如公式前有文字，空兩格寫文字，...
科研方法訓練報告
題目指導老師 班級姓名 專案題目 尿素結晶法分離2 甲基喹啉 一 專案研究目的與意義 2 甲基喹啉 c10h9n 又稱喹哪啶 quinaldine 無色或橘紅色油狀液體，能與無機鹽形成復鹽。2 甲基喹啉主要通過煤焦油分餾精製得到，它是喹啉中重要的一種，常用作燃料 製取照相膠片感光劑 醫藥 消毒劑 種...