CNG燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)切斷閥的工作原理
上海申弘閥門(mén)有限公司
很多CNG調(diào)壓系統(tǒng)所使用的切斷閥，是由氣動(dòng)執(zhí)行器來(lái)驅(qū)動(dòng)的高壓球閥，氣動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)是一個(gè)雙作用氣缸，由氣缸的運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒條帶動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)，直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而可以帶動(dòng)球閥的開(kāi)啟。這個(gè)切斷閥連接在CNG進(jìn)口位置上，一旦調(diào)壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障即可切斷氣源，使CNG調(diào)壓系統(tǒng)停止工作。
氣動(dòng)執(zhí)行器由二位五通電磁閥控制，它有兩個(gè)電磁線圈，當(dāng)DT1得電DT2失電時(shí)切斷閥開(kāi)啟，當(dāng)DT2得電，DT1失電時(shí)切斷閥關(guān)閉，要求兩個(gè)電磁線圈不能同時(shí)得電，電路上應(yīng)有互鎖。所謂二位五通閥，即閥芯有兩個(gè)不同的位置可以通過(guò)電磁鐵改變稱(chēng)為“二位”，閥上進(jìn)出口一共有五個(gè)分別是P、A、B、S、R稱(chēng)為“五通”，在插圖中用兩個(gè)方塊表示閥芯的兩個(gè)位置，兩個(gè)方塊就是電磁閥的“二位”，每個(gè)方塊內(nèi)，對(duì)應(yīng)五個(gè)進(jìn)出口的連接是不一樣的，圖中DT2得電，右端方塊連接氣路，在S和R接口應(yīng)該各連接一個(gè)小型消聲器，以上零件在氣動(dòng)門(mén)市部很好購(gòu)買(mǎi)。國(guó)內(nèi)一些城鎮(zhèn)和郊區(qū)由于遠(yuǎn)離天然氣輸送管網(wǎng)，在鋪設(shè)天然氣供氣管網(wǎng)困難和工程投資大、工期長(zhǎng)、成本高、回收期長(zhǎng)的情況下；采用CNG過(guò)渡來(lái)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)工商業(yè)、小區(qū)住宅居民用天然氣，是可實(shí)現(xiàn)供氣的一種模式，也是一種值得推廣的辦法。
1 氣源采購(gòu)與運(yùn)輸
CNG氣源采購(gòu)點(diǎn)應(yīng)選擇由穩(wěn)定、有足夠供氣能力的天然氣長(zhǎng)輸管線的門(mén)站和調(diào)壓站，長(zhǎng)輸管線的天然氣經(jīng)過(guò)調(diào)壓、過(guò)濾、干燥、多級(jí)壓縮等工藝后，天然氣由輸入的0.16MPa～4.00MPa壓縮到20.OOMPa～25.OOMPa后，輸入到天然氣拖車(chē)瓶組儲(chǔ)存。上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過(guò)濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)閥門(mén)、高壓閥門(mén)、中壓閥門(mén)、低壓閥門(mén)、水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。
目前，在國(guó)內(nèi)CNG的運(yùn)輸主要有兩種模式：一種是儲(chǔ)氣式鋼瓶集裝箱運(yùn)輸，另一種是高壓氣瓶長(zhǎng)管半掛車(chē)運(yùn)輸。這兩種儲(chǔ)存和運(yùn)輸方式都符合我國(guó)道路交通法的要求，是目前CNG普遍采用的運(yùn)輸模式。兩者相對(duì)而言，儲(chǔ)氣式鋼瓶集裝箱在20.OOMPa時(shí)，可裝2500m3左右，長(zhǎng)管半掛車(chē)可裝4000～4500m3左右。在制造工藝和安全性方面，長(zhǎng)管半掛車(chē)優(yōu)于儲(chǔ)氣式鋼瓶集裝箱。在氣體整體輸入、整體輸出方面，兩者都可以做到，但是在實(shí)際運(yùn)用中，長(zhǎng)管半掛車(chē)更受歡迎。
天然氣壓縮站(母站)與天然氣CNG站(子站)的運(yùn)輸距離不應(yīng)超過(guò)200km，這主要是以運(yùn)距過(guò)大，直接增加運(yùn)輸費(fèi)用，構(gòu)成了供氣成本的增加。
2 CNG站的運(yùn)營(yíng)模式
CNG小區(qū)供氣的運(yùn)營(yíng)模式一般是作為市政管網(wǎng)供氣未到達(dá)之前的一種過(guò)渡性供氣模式，它的運(yùn)行周期為3～5年，其運(yùn)營(yíng)模式有以下幾種：
(1) 建設(shè)用地和場(chǎng)站的投資全由建設(shè)方投資興建，無(wú)償交由供氣單位管理。場(chǎng)站及設(shè)備的維護(hù)費(fèi)、綜合管理費(fèi)由供氣單位負(fù)責(zé)。CNG供氣站的使用期限至市政管網(wǎng)供氣接通為止。
(2) 建設(shè)用地和CNG站土建設(shè)施由建設(shè)方投資，場(chǎng)站設(shè)備和消防設(shè)施由供氣單位投資，使用權(quán)至市政管網(wǎng)供氣接通為止。
(3) 由政府部門(mén)劃批CNG用地，CNG站所有的投資由供氣單位負(fù)責(zé)，使用權(quán)至市政管網(wǎng)供氣接通為止。
3 CNG站的儲(chǔ)氣方式
CNG的儲(chǔ)氣有四種方式：高壓氣瓶組、高壓罐、地下儲(chǔ)氣井和高壓長(zhǎng)管儲(chǔ)氣瓶。現(xiàn)就以上四種儲(chǔ)氣方式簡(jiǎn)述如下：
(1) 高壓氣瓶組儲(chǔ)氣
由多個(gè)高壓氣瓶組合安裝于集裝箱的框架中，以便于運(yùn)輸，采用氣瓶?jī)?chǔ)存，壓力相對(duì)較高，儲(chǔ)存于氣瓶?jī)?nèi)的天然氣壓力為20.OOMPa，這些體積縮小幾百倍的可燃?xì)怏w，一旦發(fā)生氣瓶事故，則火災(zāi)可能性大大增加。這是構(gòu)成瓶組氣瓶?jī)?chǔ)氣的危險(xiǎn)特征之一，所以針對(duì)高壓氣瓶組和儲(chǔ)氣的危險(xiǎn)性，在夏季使用時(shí)，要對(duì)儲(chǔ)氣鋼瓶噴水降溫，以免室外溫度的上升引起瓶?jī)?nèi)的氣體受熱，引起瓶?jī)?nèi)壓力劇增，甚至達(dá)到爆炸的程度。
(2) 高壓罐儲(chǔ)氣
高壓儲(chǔ)氣罐是燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中經(jīng)常使用的儲(chǔ)氣設(shè)施，目前國(guó)內(nèi)普遍采用的有臥式儲(chǔ)罐和球形儲(chǔ)罐兩種。
① 臥式儲(chǔ)罐
臥式儲(chǔ)罐簡(jiǎn)稱(chēng)臥罐，臥罐的罐體由筒體和兩個(gè)橢圓形封頭組裝焊接而成，支撐在兩個(gè)鞍式支座上，罐體上設(shè)有氣、液相進(jìn)出管，排污管，液位計(jì)，壓力表，安全閥和溫度計(jì)等連接管，還設(shè)有1～2個(gè)人孔。臥式儲(chǔ)罐的容積在10～120m3之間，主要規(guī)格有10m3、20m3、50m3和100m3等多種。臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力為1.77MPa，臥式儲(chǔ)罐罐體的材質(zhì)多選用16MnR或15MnVR等壓力容器鋼。
② 球形儲(chǔ)罐
球形儲(chǔ)罐簡(jiǎn)稱(chēng)球罐，球罐罐體由多塊的曲率相同的球殼板組裝焊接而成，支撐在數(shù)根柱式支座上。罐體上部設(shè)有操作平臺(tái)、安全閥、放空閥、壓力表、人孔和噴淋降溫管。罐體的下部設(shè)有人孔、氣相進(jìn)出管：底部冷凝液排出管、罐體旁側(cè)設(shè)有扶梯和支座等安全裝置及操作附件。球罐的容積在50～10000m3之間，主要的規(guī)格有120m3和200m3等多種，球罐的設(shè)計(jì)壓力為1.77MPa，罐體材質(zhì)多選用國(guó)產(chǎn)的16MnR或15MnVR以及進(jìn)口材料。
③ 儲(chǔ)罐的附件
儲(chǔ)罐附件包括各種安全裝置和閥門(mén)。在大型儲(chǔ)罐上，除設(shè)有直觀檢查的壓力、液位、溫度等儀表外，還設(shè)有自動(dòng)檢測(cè)的二次儀表和液位上限、天然氣泄漏報(bào)警、管道泄漏報(bào)警裝置。將測(cè)得的參數(shù)通過(guò)變送裝置傳送到監(jiān)控中心，在儲(chǔ)罐底部設(shè)有靜電接地線，其電阻不大于10Ω。容積較大的儲(chǔ)罐宜裝兩個(gè)安全閥。儲(chǔ)罐的閥門(mén)除安全閥和緊急切斷閥，還有截止閥、球閥和止回閥。
(3) 地下儲(chǔ)氣井
高壓地下儲(chǔ)氣井主要是提供一種壓縮天然氣的儲(chǔ)存技術(shù)和設(shè)施，經(jīng)過(guò)近10年的實(shí)踐和不斷地完善提高，地下儲(chǔ)氣井已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外有吸引力的儲(chǔ)氣方式。地下儲(chǔ)氣井主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
① 高安全性；
② 占地極少，省空間；
③ 防火間距大為縮短；
④ 使用壽命長(zhǎng)，檢測(cè)周期長(zhǎng)；
⑤ 可省掉一系列輔助設(shè)計(jì)。
(4) 高壓長(zhǎng)管儲(chǔ)氣瓶組
高壓長(zhǎng)管儲(chǔ)氣瓶的規(guī)格為DN610和長(zhǎng)度7m。高壓長(zhǎng)管儲(chǔ)氣瓶是選用的鋼坯材料，通過(guò)加熱、旋壓、沖壓、拉伸等工藝制成。該容器是作為CNG加氣站的儲(chǔ)存和運(yùn)輸裝置，工作壓力為1～25.00MPa，設(shè)計(jì)壓力為27.60MPa，設(shè)計(jì)溫度為93℃，該容器按ASMEVM-1進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)。容器的材料為SA372Gr.J.CT70，常見(jiàn)的組合有六容器儲(chǔ)存單元和三容器儲(chǔ)存單元。
4 CNG站工藝流程簡(jiǎn)述
CNG站調(diào)壓工作原理：以?xún)杉?jí)調(diào)壓為例，首先用高壓軟管與天然氣撬車(chē)連接，壓縮天然氣通過(guò)CNG減壓進(jìn)口球閥和自動(dòng)控制切斷閥門(mén)，在一級(jí)換熱器內(nèi)預(yù)熱，經(jīng)過(guò)一級(jí)調(diào)壓器減壓到1.00～2.00MPa，再經(jīng)二級(jí)換熱器加熱后一路進(jìn)入儲(chǔ)罐(壓力儲(chǔ)罐)，一路通過(guò)二級(jí)調(diào)壓器調(diào)壓到0.10～0.20MPa后經(jīng)過(guò)流量計(jì)和出口閥門(mén)，并經(jīng)加臭后輸入城市中壓管網(wǎng)。
在此過(guò)程中，當(dāng)儲(chǔ)罐達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)停止向儲(chǔ)罐加氣，可以用撬車(chē)?yán)^續(xù)向管網(wǎng)供氣，或關(guān)閉撬車(chē)用儲(chǔ)罐中的氣向管網(wǎng)供氣。如果CNG站采用地下儲(chǔ)氣井儲(chǔ)氣的，可用撬車(chē)直接向氣井卸氣，然后通過(guò)氣井經(jīng)兩級(jí)調(diào)壓后輸入管網(wǎng)。CNG站工藝流程詳見(jiàn)圖1。
這種切斷閥的優(yōu)點(diǎn)是；多種信號(hào)可以同時(shí)控制切斷閥動(dòng)作，比如：*級(jí)調(diào)壓器出口壓力信號(hào)、第二級(jí)調(diào)壓器出口信號(hào)、泄漏報(bào)警器信號(hào)以及伴熱系統(tǒng)信號(hào)等，無(wú)論上述哪個(gè)部位發(fā)生故障，都可以使切斷閥立即切斷。這樣就比調(diào)壓器前端只安裝一臺(tái)自力式超壓切斷閥的使用功能多，能使系統(tǒng)更加安全。氣動(dòng)執(zhí)行器用氣由壓縮氮?dú)馄抗┙o，氮?dú)馄繚M(mǎn)裝態(tài)壓力在15－12MPa，必須通過(guò)氮?dú)鉁p壓閥減壓，氮?dú)鉁p壓閥它由進(jìn)口壓力表、出口壓力表、減壓閥組成，（也可以使用氣焊的氧氣減壓閥）氮?dú)怛?qū)動(dòng)壓力調(diào)至0.4-0.7MPa。系統(tǒng)中的兩位五通電磁閥采用防爆電磁線圈，而又采用了氮?dú)怛?qū)動(dòng)，因此使用在燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)中安全、可靠。與本文相關(guān)的論文有：安全閥定期檢驗(yàn)辦事指南
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