摘 要：以晉城市委黨校、晉城學院CNG供氣站燃氣工程設計為例，從站址選擇、總圖、工藝系統、中壓管道以及安全設計等方面進行了分析，以積累相關設計經驗，使該類工程設計更加完善。

關鍵詞：CNG 供氣站，總圖，工藝系統，中壓管道，安全設計

1 概述

晉城市委黨校、晉城學院位于市金村新區，因市政燃氣管網尚未輻射到該處，故在其供氣方案上，我們采用了CNG的供氣方式，即通過撬車將壓縮煤層氣運至該區，同時建設一座壓縮煤層氣釋放減壓計量站，然后通過中壓管道向黨校、學院內的公寓樓、公建用戶和燃氣空調、熱水鍋爐供氣。

2 供氣氣源

本項目選擇采用車載壓縮煤層氣作為供氣氣源，根據 GB 50028-2006 第7.1.2條規定：壓縮天然氣的質量應符合現行國家標準GB 18047車用壓縮天然氣的規定。故所選氣源氣質應經除塵、脫硫、脫水后達到規范要求的合格的煤層氣，具體參數如下：

1) 氣質成分( 體積百分比)：CH₄( 93.0%) ，微量 C₂H₆，氮氣( 4.0%) ，CO₂( 3.0%) 。

2) 熱值：高熱值37.05兆焦/標立方米(8852千卡/標立方米) /低熱值31.63兆焦/標立方米(7500千卡/標立方米) 。

3) 密度：0.776 5千克/標立方米。

4) 運動粘度：12.29×10^-6m²/ s。

5) 華白數：47.81 兆焦 / 標立方米。

6) 燃燒勢：C_P= 36.0。

7) 爆炸極限：上限：15.95% ；下限：5.36% 。

8) 臨界溫度: -82℃左右。

9) 臨界壓力: 46×10⁵Pa。

3 總圖設計

1) 站址的選擇。根據 GB 50028-2006 第 7.3.1的要求，CNG供氣站站址選擇應符合：

a．符合城鎮總體規劃的要求；

b．應具有適宜的地形、工程地質、交通、供電、給水排水及通信條件；

c．少占農田、節約用地并注意與城市景觀協調。所以在站址選擇時結合市規劃部門意見，將氣站定于晉城學院西南，該場區現狀為空地，性質為荒地，水、電及通信可就近從晉城學院接入，可滿足規范要求。

2) 總平面布置。根據 GB 50028-2006 第7.3.11的要求，CNG供氣站本站總平面應分區布置，本工程站區分為生產區和生產輔助區。生產區由工藝裝置區、卸氣柱、壓縮煤層氣撬車區組成，壓縮煤層氣撬車固定車位最大儲氣總容積為8000m³，撬車固定車位四周有足夠的回車場地，生產區布置在站區以北。生產輔助區主要出入口布置于場區西南側，并在場區形成環形消防通道，場區中間設置固定車位3個，設置3個卸氣柱，減壓裝置和調壓裝置位于場區北側。新建建筑物有: 值班室、控制室、變配電室、增熱室、維修間、門衛、衛生間等，布置在場區南側。場區四周設置高度2m的圍墻及車輛出、入口。出、入口道路與站外規劃路銜接，滿足人流疏散及車輛安全行駛。平面布置如圖 1 所示。

根據 GB 50028-2006 和 GB 50016-2010的相關要求，供氣站生產性質為甲類，建構筑物與站外建筑物的防火間距：明火或散發火花的地點25m，民用建筑25m，重要的公共建筑50m，站外道路 15m，架空高壓線及通信線不小于電桿( 塔) 高度的1.5倍。站內工藝裝置區、卸氣柱、壓縮煤層氣撬車固定車位之間的防火間距、甲類建筑物與站內相鄰建筑物之間的防火間距均滿足GB 50028-2006 和 GB 50016-2010 的有關規定。

4 工藝設計

4.1 工藝流程

1) 車載壓縮煤層氣釋放系統。壓縮煤層氣由撬車運至站內，撬車內20MPa 的壓縮煤層氣分三路經過高壓軟管、卸氣柱進入減壓撬，減壓撬內設三路減壓回路，每路經兩級換熱、兩級減壓后降至0.2 MPa～0.4 MPa，再通過調壓器降至0.08 MPa～0.1MPa，計量加臭后由中壓管道引送至站墻外。

2) 熱水循環系統。熱水循環系統的主要設備是熱水鍋爐、熱水泵、電子水處理器、除污器等，負責向 CNG 減壓釋放裝置中的換熱設備提供循環熱水以保證系統的正常工作。調壓后的煤層氣作為熱水鍋爐的燃料。

3) 工藝流程圖如圖 2 所示。

4.2主要設備

壓縮煤層氣撬車：2輛( V =4 000標立方米)。減壓釋放裝置選用撬裝設備，進口壓力P

₁= 20MPa，出口壓力P₂= 0.2 MPa～0.4 MPa，Q= 5000標立方米/小時，一臺套。流量計：Q = 5000m³/ h( 帶溫度壓力補償) ，1 臺。調壓器：Q =5 000標立方米/小時，進口壓力 P₁= 0 .2 MPa～0.4 MPa，出口壓力P2= 0.08 MPa～0.1 MPa。調壓器: Q =100標立方米/小時，進口壓力P₁= 0．02 MPa～0.2 MPa，出口壓力 P₂= 5000 Pa～8 000 Pa，1臺。加臭裝置：1 套。

5 中壓管道

5.1 壓力級制

城鎮燃氣管道壓力分級及地下燃氣管道與建筑物、構筑物或相鄰管道之間水平凈距分別見表1，表2。

根據大學和黨校提供的用戶的用氣壓力(0.01MPa) 和將來使用管輸煤層氣的壓力(0.1 MPa) 均較低的情況，故公建用戶采用中壓一級調壓柜供氣方式，空調及鍋爐用戶采用專用調壓柜。中壓一級系統包括中壓干管、中壓支管、箱式或柜式調壓器、低壓管、戶內管等。

中壓一級系統壓力級制如下(均為表壓) : 中壓管道起點壓力：0．08 MPa～0．1MPa。中壓管道末點壓力：0.04 MPa。調壓箱或調壓柜起點壓力：3150 Pa。公建用戶灶具額定壓力：2000Pa。

5.2管道水力計算

2)中壓管道水力計算結果。中壓管道起點計算壓力為0.08MPa( 表壓)，中壓管道末端最低點壓力為0.04 MPa(表壓) 。

3)新建中壓干管管徑為DN450，長度約為1.8km。

5.3 管材

根據晉城市的地質情況，新建 1.8 km 中壓干管采用鋼管，管材選用Q235B焊接鋼管，應符合國標GB/T 3091-2008 要求。鋼管的優點是強度、韌性和抗沖擊性都比較高，可承受較高的內壓力和外壓力，接口方便，內表面光滑，水力條件好。

5.4 管道防腐

為延長管道使用壽命，強化管道防腐效果，埋地鋼管采用三層PE防腐，鋼管防腐等級為加強級。

5.5 管道敷設

管道采用直埋，應埋設在土壤冰凍線以下，且車行道埋深不小于0.9 m，非車行道埋深不小于0.6 m，確定管道最小覆土厚度不小于0.9 m。

管道坡度不小于0.003，坡向凝水缸。

5.6 管道附件設置

1)閥門及附件。為了便于維護管理和后續工程的進行，以及事故時減小停氣范圍，在下列地點設置閥門和附件：

a．出站管道上設置閥門和絕緣接頭。

b． 至用戶支管起點設置閥門。

2)凝水缸。為排除管道冷凝水及雜質，保證管道系統通暢，于管道改變坡向的轉折最低點每 300m～500m設置一個凝水缸。

6 報警系統

減壓裝置在運行時由自帶控制系統的 PLC 自動控制。系統中所有自控閥門都由氣動執行器負責打開和關閉，而氣動執行器的動作則由 PLC 控制，并裝有手動緊急情況停止按鈕，觸發這些按鈕中的任何一個都會中止整個系統。一旦出現事故，自動控制系統將連鎖關閉整個系統使其停在安全位置上。站內設置可燃氣體檢測及泄漏報警裝置，報警濃度為可燃氣體爆炸下限的20%。

7 消防

根據 GB 50028-2006 及 GB 50140-2005 的相關規定，在站內每個壓縮煤層氣撬車處設置 2 個 MFZ8 手提式干粉滅火器；在每個卸氣柱處設置2個MFZ8手提式干粉滅火器；在減壓混氣裝置處設置 2個MFZ8 手提式干粉滅火器和2個MFT35 推車式干粉滅火器；在輔助用房內設置 2個MFZ8手提式干粉滅火器。

1)由于煤層氣的易燃、易爆特性，且大量輸送煤層氣的設備、管道產生靜電火花等原因即可能導致燃燒和爆炸事故；如果管道、設備長期腐蝕，造成燃氣泄漏，在空氣中達到一定的濃度，遇火源也會發生爆炸事故。

2)熱水鍋爐爆炸主要有超壓爆炸、熱水爐缺陷導致的爆炸以及嚴重缺水導致的爆炸三種形式。

3)其他形式危險性分析。生產過程中由于有帶電設備及低壓電氣設備，生產操作過程中發生誤操作或漏電，就會引發觸電事故。建筑物所設避雷針及接地網如果發生故障，過電將會危及人身安全。

8 結語

從當地能源條件出發，合理利用、優化能源結構，保護生態環境，節能降耗，力求取得較好的經濟效益、社會效益和環境效益，促進城市燃氣事業的發展。車載壓縮煤層氣供氣站可以作為臨時供氣氣源，以解決一些急用氣用戶。本文以金村供氣站為例，通過對其燃氣工程設計方面應考慮的一些問題與大家共同探討。

參考文獻：

［1］ GB 50028-2006，城鎮燃氣設計規范［S］．

［2］ GB 50016-2010，建筑設計防火規范［S］．

 (本文作者：邢月萍 晉城市煤氣開發利用中心，山西 晉城 048026)