摘 要：以晋城市委党校、晋城学院CNG供气站燃气工程设计为例，从站址选择、总图、工艺系统、中压管道以及安全设计等方面进行了分析，以积累相关设计经验，使该类工程设计更加完善。

关键词：CNG 供气站，总图，工艺系统，中压管道，安全设计

1 概述

晋城市委党校、晋城学院位于市金村新区，因市政燃气管网尚未辐射到该处，故在其供气方案上，我们采用了CNG的供气方式，即通过撬车将压缩煤层气运至该区，同时建设一座压缩煤层气释放减压计量站，然后通过中压管道向党校、学院内的公寓楼、公建用户和燃气空调、热水锅炉供气。

2 供气气源

本项目选择采用车载压缩煤层气作为供气气源，根据 GB 50028-2006 第7.1.2条规定：压缩天然气的质量应符合现行国家标准GB 18047车用压缩天然气的规定。故所选气源气质应经除尘、脱硫、脱水后达到规范要求的合格的煤层气，具体参数如下：

1) 气质成分( 体积百分比)：CH₄( 93.0%) ，微量 C₂H₆，氮气( 4.0%) ，CO₂( 3.0%) 。

2) 热值：高热值37.05兆焦/标立方米(8852千卡/标立方米) /低热值31.63兆焦/标立方米(7500千卡/标立方米) 。

3) 密度：0.776 5千克/标立方米。

4) 运动粘度：12.29×10^-6m²/ s。

5) 华白数：47.81 兆焦 / 标立方米。

6) 燃烧势：C_P= 36.0。

7) 爆炸极限：上限：15.95% ；下限：5.36% 。

8) 临界温度: -82℃左右。

9) 临界压力: 46×10⁵Pa。

3 总图设计

1) 站址的选择。根据 GB 50028-2006 第 7.3.1的要求，CNG供气站站址选择应符合：

a．符合城镇总体规划的要求；

b．应具有适宜的地形、工程地质、交通、供电、给水排水及通信条件；

c．少占农田、节约用地并注意与城市景观协调。所以在站址选择时结合市规划部门意见，将气站定于晋城学院西南，该场区现状为空地，性质为荒地，水、电及通信可就近从晋城学院接入，可满足规范要求。

2) 总平面布置。根据 GB 50028-2006 第7.3.11的要求，CNG供气站本站总平面应分区布置，本工程站区分为生产区和生产辅助区。生产区由工艺装置区、卸气柱、压缩煤层气撬车区组成，压缩煤层气撬车固定车位最大储气总容积为8000m³，撬车固定车位四周有足够的回车场地，生产区布置在站区以北。生产辅助区主要出入口布置于场区西南侧，并在场区形成环形消防通道，场区中间设置固定车位3个，设置3个卸气柱，减压装置和调压装置位于场区北侧。新建建筑物有: 值班室、控制室、变配电室、增热室、维修间、门卫、卫生间等，布置在场区南侧。场区四周设置高度2m的围墙及车辆出、入口。出、入口道路与站外规划路衔接，满足人流疏散及车辆安全行驶。平面布置如图 1 所示。

根据 GB 50028-2006 和 GB 50016-2010的相关要求，供气站生产性质为甲类，建构筑物与站外建筑物的防火间距：明火或散发火花的地点25m，民用建筑25m，重要的公共建筑50m，站外道路 15m，架空高压线及通信线不小于电杆( 塔) 高度的1.5倍。站内工艺装置区、卸气柱、压缩煤层气撬车固定车位之间的防火间距、甲类建筑物与站内相邻建筑物之间的防火间距均满足GB 50028-2006 和 GB 50016-2010 的有关规定。

4 工艺设计

4.1 工艺流程

1) 车载压缩煤层气释放系统。压缩煤层气由撬车运至站内，撬车内20MPa 的压缩煤层气分三路经过高压软管、卸气柱进入减压撬，减压撬内设三路减压回路，每路经两级换热、两级减压后降至0.2 MPa～0.4 MPa，再通过调压器降至0.08 MPa～0.1MPa，计量加臭后由中压管道引送至站墙外。

2) 热水循环系统。热水循环系统的主要设备是热水锅炉、热水泵、电子水处理器、除污器等，负责向 CNG 减压释放装置中的换热设备提供循环热水以保证系统的正常工作。调压后的煤层气作为热水锅炉的燃料。

3) 工艺流程图如图 2 所示。

4.2主要设备

压缩煤层气撬车：2辆( V =4 000标立方米)。减压释放装置选用撬装设备，进口压力P

₁= 20MPa，出口压力P₂= 0.2 MPa～0.4 MPa，Q= 5000标立方米/小时，一台套。流量计：Q = 5000m³/ h( 带温度压力补偿) ，1 台。调压器：Q =5 000标立方米/小时，进口压力 P₁= 0 .2 MPa～0.4 MPa，出口压力P2= 0.08 MPa～0.1 MPa。调压器: Q =100标立方米/小时，进口压力P₁= 0．02 MPa～0.2 MPa，出口压力 P₂= 5000 Pa～8 000 Pa，1台。加臭装置：1 套。

5 中压管道

5.1 压力级制

城镇燃气管道压力分级及地下燃气管道与建筑物、构筑物或相邻管道之间水平净距分别见表1，表2。

根据大学和党校提供的用户的用气压力(0.01MPa) 和将来使用管输煤层气的压力(0.1 MPa) 均较低的情况，故公建用户采用中压一级调压柜供气方式，空调及锅炉用户采用专用调压柜。中压一级系统包括中压干管、中压支管、箱式或柜式调压器、低压管、户内管等。

中压一级系统压力级制如下(均为表压) : 中压管道起点压力：0．08 MPa～0．1MPa。中压管道末点压力：0.04 MPa。调压箱或调压柜起点压力：3150 Pa。公建用户灶具额定压力：2000Pa。

5.2管道水力计算

2)中压管道水力计算结果。中压管道起点计算压力为0.08MPa( 表压)，中压管道末端最低点压力为0.04 MPa(表压) 。

3)新建中压干管管径为DN450，长度约为1.8km。

5.3 管材

根据晋城市的地质情况，新建 1.8 km 中压干管采用钢管，管材选用Q235B焊接钢管，应符合国标GB/T 3091-2008 要求。钢管的优点是强度、韧性和抗冲击性都比较高，可承受较高的内压力和外压力，接口方便，内表面光滑，水力条件好。

5.4 管道防腐

为延长管道使用寿命，强化管道防腐效果，埋地钢管采用三层PE防腐，钢管防腐等级为加强级。

5.5 管道敷设

管道采用直埋，应埋设在土壤冰冻线以下，且车行道埋深不小于0.9 m，非车行道埋深不小于0.6 m，确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 管道附件设置

1)阀门及附件。为了便于维护管理和后续工程的进行，以及事故时减小停气范围，在下列地点设置阀门和附件：

a．出站管道上设置阀门和绝缘接头。

b． 至用户支管起点设置阀门。

2)凝水缸。为排除管道冷凝水及杂质，保证管道系统通畅，于管道改变坡向的转折最低点每 300m～500m设置一个凝水缸。

6 报警系统

减压装置在运行时由自带控制系统的 PLC 自动控制。系统中所有自控阀门都由气动执行器负责打开和关闭，而气动执行器的动作则由 PLC 控制，并装有手动紧急情况停止按钮，触发这些按钮中的任何一个都会中止整个系统。一旦出现事故，自动控制系统将连锁关闭整个系统使其停在安全位置上。站内设置可燃气体检测及泄漏报警装置，报警浓度为可燃气体爆炸下限的20%。

7 消防

根据 GB 50028-2006 及 GB 50140-2005 的相关规定，在站内每个压缩煤层气撬车处设置 2 个 MFZ8 手提式干粉灭火器；在每个卸气柱处设置2个MFZ8手提式干粉灭火器；在减压混气装置处设置 2个MFZ8 手提式干粉灭火器和2个MFT35 推车式干粉灭火器；在辅助用房内设置 2个MFZ8手提式干粉灭火器。

1)由于煤层气的易燃、易爆特性，且大量输送煤层气的设备、管道产生静电火花等原因即可能导致燃烧和爆炸事故；如果管道、设备长期腐蚀，造成燃气泄漏，在空气中达到一定的浓度，遇火源也会发生爆炸事故。

2)热水锅炉爆炸主要有超压爆炸、热水炉缺陷导致的爆炸以及严重缺水导致的爆炸三种形式。

3)其他形式危险性分析。生产过程中由于有带电设备及低压电气设备，生产操作过程中发生误操作或漏电，就会引发触电事故。建筑物所设避雷针及接地网如果发生故障，过电将会危及人身安全。

8 结语

从当地能源条件出发，合理利用、优化能源结构，保护生态环境，节能降耗，力求取得较好的经济效益、社会效益和环境效益，促进城市燃气事业的发展。车载压缩煤层气供气站可以作为临时供气气源，以解决一些急用气用户。本文以金村供气站为例，通过对其燃气工程设计方面应考虑的一些问题与大家共同探讨。

参考文献：

［1］ GB 50028-2006，城镇燃气设计规范［S］．

［2］ GB 50016-2010，建筑设计防火规范［S］．

 (本文作者：邢月萍 晋城市煤气开发利用中心，山西 晋城 048026)