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1、压缩天然气汽车加气站设计规模经济分析一、前言 压缩天然气(CN G) 汽车采用定型的汽油车改装,在保留原车供油系统的情况下,增加一套车用压缩天然气装置,以天然气或汽油作燃料。发展CN G汽车,可以有效地利用天然气资源,缓解汽油紧张,改善人类生存环境。目前,国内汽车改装、天然气储存以及加气站的设计等技术已日趋成熟,如果建成环绕城市的天然气主干网和加气站,将对油田开发和占领城市天然气市场具有重要意义。二、加气站设计规模1 、站址的选择 加气站应设在公交车调度车场附近,以便于公交车加气。这种加气站既可以直接从城市管网接气,也可以作为母站,并以此为基础,再建设若干子站或流动站,以满足汽车加气的需要。建
2、站规模要充分考虑天然气汽车的发展速度,特别是母站的站场,要预留一定的场地,便于今后安装第二台压缩机和第二组储气瓶组。2 、加气站设计规模 每辆车按日充气50 m3 行驶150200 km ,最高日加气车流量按100 辆,加气站日工作时间以10 h 计算,加气站的总设计规模为5 000 m3 / d ,站内压缩机、储气瓶组和售气机应按这一规模进行匹配,并预留增加压缩机和储气瓶组的场地以及车载瓶的充气场地。3 、加气站工艺设计方案 以鄯乌输气管道天然气为例,加气站设计参数见表1 。站内所需天然气经管道引自城市供气管网,来气压力为0. 31. 0 MPa ,将压力调至0. 3MPa 后,进行温度检测
3、和计量,再进入压力缓冲罐,经分子筛干燥处理,使烃露点和水露点达到规定指标。将压力控制在0. 20. 4 MPa 范围内,经500m3 / h 天然气压缩机进行压缩,使出口压力达到25MPa 后,充入站用储气瓶组(一般为两组) 进行气体的高压储存。在正常情况下(储气瓶压力在2420MPa 范围) ,天然气由储气瓶经售气机充给车载储气瓶。当站内储气瓶组天然气压力降至20 MPa 以下时,控制系统自动开启压缩机,将天然气直接充入车载储气瓶,然后继续给站用储气瓶组充气,使储气瓶组的压力始终保持在20 MPa 以上,以满足汽车的充气需求。对于日加气能力5 000 m3 ,100 辆车的加气站,采用快充法
4、,高峰期时每小时最大充气车辆数为8 辆,按每辆车50 m3 的加气量计算,则最大售气量为400 m3 / h ,一台500 m3 / h 的压缩机完全可以满足高峰期的供气需求。同时,站内设有(10 10 50) L 的高压储气瓶组,可供8 辆车加气。一台500 m3 / h 的压缩机和一组储气瓶组完全可以保证充气车辆的用气需求,并且可将压缩机的间隔运行时间由1. 5 h 延长到3 h ,保证压缩机的小故障维修与保养工作顺利进行。加气流程见图1 。表1 加气站设计参数压缩机压力(MPa) 入口 0. 20. 4 出口 25 环境温度( ) 30 + 50 加气量(m3 / d) 5 000 图1
5、 加气流程图4 、主要工艺设施与设备的选择(1) 天然气压缩机组的选择天然气压缩机组将低压天然气进行四级增压(24 MPa) ,然后充入站用储气瓶组,再充给天然气汽车车用瓶。根据现行的5 000 m3 / d 售气量,站内需设置一台500 m3 / h功率的压缩机或2 台250 m3 / h 功率的压缩机。在满负荷用气的情况下,500 m3 / h 功率的压缩机可间断性工作来满足用气需求,而且比购置同等功率当量的两台250 m3 / h 功率的压缩机的投资少,因而选用一台500 m3 / h 功率的压缩机组作为加气站的压缩设备。国产压缩机组价格便宜,维护周期短。进口压缩机组技术性能稳定,自动化
6、程度高,维护和保养周期相对长,但价格昂贵。按有关加气站的设计要求,在温度低于- 29 的地区,加气站各部分应采用特殊材料,温度高于40 的地区,加气站应增设一个冷却器,使气体温度能保证压缩机系统正常运行。因此,考虑到环境因素与维修养护等限制,加气站压缩机拟选用进口设备。(2) 钢瓶的选择目前国内仅有两个厂家生产CN G钢瓶,价格700800 元/ 个,进口钢瓶的价格昂贵,例如,意大利产100 L 钢瓶价格为300 美元/个,6090 L 钢瓶平均价格为250 美元/ 个,拟选用国内生产的CN G站用钢瓶。(3) 分子筛干燥器由于CN G 汽车发动机及汽车转换件对天然气气质的要求较高,且含水量对
7、汽车发动机的动力因素影响很大,因此,管输天然气必须进行分子筛的干燥工序进行净化处理,处理能力为5001 000 m3 / h 。(4) 售气、售油机选择新型智能型售气、售油机。考虑到计量的准确程度,应选用进口售气机。储气瓶的有效气量为400 m3 ,如果按每充加15 m3天然气需3 min ,则每辆车加气50 m3 所用时间为9min ,按6 辆/ h 计算,400 m3 可供8 辆车加气,压缩机在储气瓶压力小于20 MPa时可给储气瓶充气,供气量可大于8 辆/ h ,因此选用两台售气机。(5) 自动控制系统进站气体采用自力式压力调节阀进行自动调节,通过涡轮流量计,将计量误差控制在允许的范围内
8、,同时对来气温度进行自动检测。压缩机自动控制系统必须进行温度、压力连锁保护,同时对储气瓶组和售气机的温度、压力进行自动调节和检测。在储气瓶压力超过24 MPa 时,自动控制系统必须关闭压缩机,停止对储气瓶组的继续充气,对储气瓶组进行保护。当压力处在2420MPa 之间时,在没有汽车加气的情况下,压缩机自动开启,给储气瓶组充气,使储气瓶组压力始终保持在24 20 MPa 之间。当储气瓶组压力低于20MPa 时,先启动压缩机,经售气机为汽车充气,再为储气瓶组充气。自动控制系统还必须具备当天然气每累加到一定吨位便自动显示和打印报表、统计核算和计算机开票等功能。三、加气站设计方案比选 根据加气站对工艺
9、设施的要求,制定了加气站全部采用进口设备、加气站全部采用国产设备、加气站主要设备进口,辅助设备国产化3 种加气站设计方案。通过调研,对3 种加气站设计方案进行了经济效益分析,分析结果见表2 。表2 加气站设计方案比选加气站 站投资 站收入* 站支出* * 财务费用 年利润 投资回收期 投资回报率设计方案 (104 元/ a) (104 元/ a) (104 元/ a) (104 元/ a) (104 元/ a) (a) %方案1 564 1 449. 2 1 392. 2 30 57. 0 9. 89 10. 11方案2 379 1 449. 2 1 387. 7 20 61. 5 6. 16 16. 23方案3 531 1 449. 2 1 386. 1 26 63. 1 8. 42 11. 98注* 包括加油和加气; * * 包括油料、天然气的进价、工资、外购 动力、修理费、运输费、差旅费、折旧费、税金和其他费用。 比较以上3 种方案,采用第三种方案年利润最大,第二种方案投资回收期最短。由于第二种方案的设备维护工作量大,不可预见因素较多,而第一种方案造价昂贵,运行成本高,因此确定采用第三种方案,以期使新建加气站实现自动化程度高,维护保养周期长,年利润最大,投资回报率大于10 %的目标。
