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CNG加气站设计关注点总结
1          CNG项目执行法律法规与标准
1.1  执行标准
《汽车加油加气站设计与施工规范》
《城镇燃气设计规范》
《建筑设计防火规范》
《车用压缩天然气》GB18047
《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR0004
《站用压缩天然气钢瓶》GB19158
《高压地下储气井》SY/T6335
《输送流体用无缝钢管》GB/T8163
《高压锅炉用无缝钢管》GB5310
《流体输送用不锈钢无缝钢管》GB/T14976
《承压设备无损检测》JB/T4730.1~JB/T 4730.6
《石油化工金属管道工程施工质量验收规范》GB50517
《公路法》
《城市道路交叉口设计规程》CJJ152-2010

1.2  参考标准
《石油天然气工程设计防火规范》
2         CNG项目类别简介
CNG加气站通常分为CNG母站、CNG常规加气站、CNG加气子站。各站的定义和主要功能如下：
1）             CNG母站
规范术语：从站外天然气管道取气，经过工艺处理并增压后，通过加气柱给CNG车载储气瓶组充装CNG的场所。
2）             CNG常规加气站
规范术语：从站外天然气管道取气，经过工艺处理并增压后，，通过加气机给汽车CNG储气瓶充装车用CNG的场所。
3）             CNG加气子站
规范术语解释：用车载储气瓶组拖车运进CNG，通过加气机为汽车CNG储气瓶充装CNG的场所。
简言之，CNG母站为拖车充气，常规加气站为小车充气。但实际工作中，一般母站均会附带2~4个小车加气位。
CNG子站则分为常规压缩机子站、液压子站2种。
3         CNG站的选址
1）             母站和常规加气站必须靠近管道气源。
2）             在城市建成区不建设CNG母站。
3）             城市建成区的加油加气站，宜靠近城市道路，但不宜在城市干道的交叉路口附近。（实际上选址的时候很容易忽略。建在交叉路口的附近，容易造成车辆堵塞，影响道路通行能力。实际上规划部门对此会比较关注。）
4）             与公路控制区的关系
按照《公路法》，公路建筑控制区的范围，从公路用地外缘起向外的距离标准为：
——国道不少于20米；
——省道不少于15米；
——县道不少于10米；
——乡道不少于5米。
属于高速公路的，公路建筑控制区的范围从公路用地外缘起向外的距离标准不少于30米。
公路弯道内侧、互通立交以及平面交叉道口的建筑控制区范围根据安全视距等要求确定。
5）             与交叉路口的关系
按照《城市道路交叉口设计规程》，交叉口附近地块建筑或出入口满足以下要求：
1       主干路上，距平面交叉口停止线不应小于100m，且应右进右出。
2       次干路上，距平面交叉口停止线不应小于20m，且应右进右出。
3       支路上，距离与干路相交的平面交叉口停止线不应小于50m，距离与支路相交的平面交叉口停止线不应小于30m。
4         各类型站场的通常建站规模
4.1  规范要求
4.1.1  规范要求
《汽车加油加气站设计与施工规范》规范要求的建站规模：
CNG母站的储气设施总容积不超过120m3。
常规加气站的储气设施总容积不超过30m3。
CNG加气子站设置固定储气设施时，固定储气设施总容积不超过18m3，站内停放的车载储气瓶组拖车不应多于1辆。
4.1.2  规范解读
储气设施总容积指固定储气设施与车载储气瓶组容积之和，一个车位按照车载储气瓶组18m3考虑。
4.2  固定储气设施的作用及容量核算
固定储气设施一般至地上储气瓶组或地下储气井，储气瓶组与储气井各有优缺点，均可以使用。
4.2.1  固定储气设施的作用
1）可使压缩机在系统工作时有停机的机会。当储气瓶组充满气体时，先由储气瓶组给汽车加气，储气瓶组的气体不够时，再起动压缩机。这样可缩短压缩机的工作时间，减小设备磨损，延长使用寿命。
2）储气瓶组可以与压缩机联合给车辆加气，相当于加大的压缩机的排量，提高加气速度。
3）CNG压缩机多为往复式压缩，工作时气体的压力波动很大，增加了储气瓶组，既可以对压缩机的冲击气流起到缓冲作用，保证输出气流的稳定性。可使压缩机的脉动冲击气流引起的振动大大降低，管路阀门仪表之间的连接不易松动，甚至破裂，由此引起的易燃气体的泄漏现象大大减少，系统的安全可靠性得到明显提高。
4.2.1  固定储气设施的设置
1）设置原则
从其功能可以看出，主要作为压缩机后的缓冲，延缓压缩机的频繁启动。因此主要是针对小车车辆，充气量少且时间不固定、不连续的情况。其设置原则：
（1）首要原则：按照确定的延缓压缩机启动时间确定。
例如：某常规加气站，压缩机处理量为1250m3/h，需要保证压缩机间隔1小时启动一次，则需要的储气瓶（工作压力25MPa）容积为：1250/250=5m3。储气瓶组按照1:2:3设置，利用率按照40%考虑，则需要的储气瓶组总容积为：5/0.4=12.5m3。
（2）次要原则：增加的压缩机排量确定。
加气站运行时也存在高峰和低谷值，在车辆加气高峰，可以压缩机和储气瓶联合供气，但此时要注意加气机的设置也要与压缩机与储气瓶组的联合供气量对应。仍以上为例：
低谷时采用以储气瓶给车辆加气，压缩机为储气瓶补气的运行方式。高峰时采用压缩机与储气瓶联合运行的方式，则此时的供气量可达到2500m3/h，原来的15分钟每辆车加气时间可缩短至10分钟以内。（此处未经过计算，应按照加气总管管径、加气管径、合理流速等反推需要的压缩机车位。）
2）容量确定
目前，在实际工作中，为降低投资，业主一般选定的固定储气设施总容积不超过12m3，以4.52m3、9m3为主。
4.3  车载储气瓶组容积的控制
确定固定储气容积后，受总容积的限制，应对拖车位进行控制，按照总容积不超过120m3的原则，建议拖车位不超过6个，原因如下：
6个气瓶车固定车位，每辆拖车水容积18m3考虑，则车载储气瓶组容积已达到108m3，加上固定储气设施总容积，接近于规范要求。
4.4  建设规模与每天的加气车辆计算
目前实际遇到的项目，常规加气站一般业主给定的建设规模有1万方/天、2万方/天、4万方/天。加气母站一般有4万方/天、8万方/天、16万方/天、20万方/天。对应的加气车辆与小时处理量如下：
售气量
（方/天）
工作时间
小车车辆（气瓶按照85L计算）
大车车辆（容积按照18m3计算表）
12h
16h
每天加气车辆
工作时间12h每小时加气车辆
每天加气车辆
工作时间12h每小时加气车辆
10000
833
625
588
49

20000
1667
1250
1176
98
6
0.5
40000
3333
2500

11
1
80000
6667
5000

22
2
160000
13333
10000

44
4
200000
16667
12500

56
5
若每小时加气49辆车，每辆车加气时间10分钟，每座加气机考虑为一机两枪，则需要的加气机数量为49*10/60/2=4。即10000方/天站场最少需要设置4座CNG加气机，20000万方/天站场最少需要设置8座加气机。且以上为理想工况，若考虑到出租车在交接班时间内集中来加气，则应给予一定的调峰系数（实际工作中没有考虑）。
4.5  任丘市的出租车总量
依据建设部1995年制定的《城市道路交通规划设计规范》相关标准，中等城市每万人出租汽车配置标准不少于25辆的规定，任丘市应拥有出租汽车不少于1250辆；按照国家出租汽车行业协会出租汽车总量控制可按照3%逐年递增的要求，我市每年可增加出租汽车总量在25辆左右；2008年，北京工业大学交通学院对我市公共交通进行发展论证，数据表明，我市目前出租应有量也是1200多辆。（任丘市出租汽车和城乡公交车管理站，2013年10月发布。）
任丘市总人口为88.7万人，其中华北油田12.9万人。（摘自任丘政府网）
按照出租车全部采用天然气作为燃料考虑，对于类似于任丘市规模的城市，理论上1座加气能力2万方/天的CNG加气站即可满足需要，但考虑到实际运营中，出租车辆的集中加气情况，则较好的运行方式为2~3座2万方/天CNG加气站，每座加气站的实际售气量为5000~10000方/天。
5         CNG加气站解决公交车加气高峰的途径（刘熙麟，广东燃气，2002年第4期）
5.1  公交车的运行特点
1）加气时间较为集中
公交车加气的规律和一般车辆，尤其是出租车不同，突出的特点就是在每天的早晨和傍晚，都有一段时间的加气高峰，一般有两次，一次是早晨在五点到七点左右出车时，各路公交车都要在较短的时间内陆续开出。另一次是晚上收车时，大约在七点到九点左右，大多数车辆将陆续返回车场。因此建设CNG加气站就必须考虑公交车的这一加气特点，解决好高峰期加气的矛盾，不致影响公交车的顺利运行，又能增加经济效益。
2）加气量较大
和一般汽车相比，公交车辆的储气瓶组多，储气量要大的多，目的是加一次气能够跑更多的里程。比如，少则一次加气50多标准立方米（折合水容积250L），多则象北京公交车一次加气多达162标准立方米（折合水容积810L）。
3）中途不加气
大多数的公交车的运营线路都不可能经过车场的加气站，在一天的运营过程中不便于绕道再回到加气站加气，所以一般情况下一天只能加一次气，或者在早晨出车前，或者在晚上收车后加满气。这也是公交车每次加气量大的一个重要原因。
4）加气车辆多
和一般车队相比，公交公司的车辆数量较多，一个车场少的有数十量，多的达三四百辆。要满足这些车辆加气的需要，加气站的规模就要相应大一些。
5.2  保证公交车顺利加气的途径
为了保证公交车的正常运营，公交加气站的设计和建设，都必须考虑到公交车辆的加气特点和它的特殊要求。
1）增加压缩机的容量或台数，扩大供气量。
由于公交车的数量和每辆车的加气量都比较大，所以加气站的规模和供气量必须满足加气的需要。比如，某车场有CNG汽车200台，每台车的加气量平均为70标准立方米，那么加气站的日供气量应为14000标准立方米左右。一天按工作16小时计算，压缩机的排气量应为850Nm3/h。如果有条件，最好选择双机组，如两台排量为650Nm3/h就比较合适。在加气高峰时，两个机组同时运行，其余时间只起动一台机组即可。这样，既可以满足不同时段加气要求，又能降低运行成本比较经济。（选两台时每台的排气量应选为单台的80%较好）。
2）增加售气机台数，以增加单位时间的加气车辆数。
和加油相比加气时间较长，比如加气70标方大约需要10分钟左右，加气前后的辅助时间假定为两分钟，一辆车加一次气约需12分钟，所以一个加气枪一小时只能加5辆车，一个售气机两个加气枪一小时仅能加10辆车。显然难于满足高峰期的加气要求。因此最好设置两台售气机。
3）增加储气瓶组的容量和储气量，保证高峰期的供气量。
从上述可知两个售气机一小时可以加气20辆车，需要的气量为1400标方。但压缩机的供气量仅有850标方，显然不够。所缺的气量必须由储气瓶组补充。根据经验，储气瓶组的储气量至少应为3000标方。假若储气瓶组的气体利用率为30%以上，实际可以供给汽车加气的气量约有1000多标方。加上压缩机的气量，两小时的供气量近2800标方，基本可以满足高峰期40辆车的加气量。
4）改变瓶组配比，提高储气瓶组的气体利用率。
现在，CNG加气站的储气瓶组一般都按高、中、低压三组设置。三组气瓶的数量或者储气量是不同的，其配比设计的是否合理，直接影响着气体的利用率。设置好的可高达58%，而设置差的可能仅有百分之十几。许多用户的经验认为1：2：3比较合适。实际上由于气体利用率还与车辆每次加气量以及总的储气量等因素有关。因此若有条件，可以经过实际测量后于以调整，以便进一步提高气体利用率，降低运行成本。当然，如果该加气站每组储气瓶采用的是单一的大气瓶，就无法调整配比（只能是1：1：1）。
5）增大汽车储气瓶的受气管的通径，缩短加气时间。
由于受国产汽车受气嘴通径的制约，目前国内CNG汽车受气嘴后的不锈钢管的外径为Φ6，通径为Φ4。而售气机（主要是进口售气机）的通径一般为Φ7。所以这个通径Φ4的钢管就成了影响加气速度的瓶颈。经测定这时的平均加气速度为8.1Nm3/min，若把该钢管换成Φ10×1.5则通径为Φ7，和售气机加气枪的通径一致。那么，平均加气速度就可提高到18Nm3/min。这样，原来加70标方气需要10分钟，现在只需不到5分钟。由于加气时间缩短了几乎一半，在其它设施不变的情况下，单位时间可加气的车辆则会大大增加，必然缓解了公交车高峰加气的矛盾。
当然也可直接选用通径更大（比如1/2″）的大流量售气机，并配以相应通径的汽车受气嘴，使加气速度进一步增大，加气时间更短。
6）调整售气机的顺序控制参数，提高加气速度。
售气机工作时，是依靠压差使气体流动而加气的。当售气机输出的气体压力和车载气瓶内的压力平衡时，加气过程停止。实际上，具有顺序控制功能的三线进气式售气机，并不是通过测量压力差，而是通过测量气体流量进行顺序控制的。因为售气机中的主要测量器件是质量流量计，测量气体流量很方便。理论上，应当是当低压管流量为零（压力平衡压力差为零）时，再切换到中压管，中压管流量为零时切换到高压管。实际上，为了提高加气速度，一般是当流量降低到较小时，比如50g/s，就可切换。如果某一级的加气速度过低时，即可将该级的流量控制参数调高一些。当然，如果调的过高时，虽然加气速度提高了，但气瓶组的气体利用率则要降低。所以要综合考虑适可而止。
7）设置慢加气方式，使加气站运行更为合理。
国外的经验指出，解决公交车辆加气高峰最好的方式是，设置慢加气系统。尤其是快慢结合的方式更为合理。尽管以上方法也可以缓解公交车加气高峰的矛盾，但都有其不足之处。对于车辆比较多的车场，采用慢加气方式，使部分车辆在收车后，利用晚上的时间慢加气，不受时间的限制，又能减轻第二天早晨高峰加气的压力，解决了设备能力的不足。白天仍可以快加气方式照常为其余的车辆加气。
8）晚班设专人加气，弥补设备的不足。
由于快慢结合的加气方式投资相对较大，国内目前还没有采用。但为了解决加气高峰的矛盾，许多公交公司，用快加气方式，充分利用晚上的时间，设专人负责给每辆车加气（司机可回家休息）。这样也可以使第二天早晨高峰加气的车辆大大减少，确保各路公交车按时出车。
6         CNG站主要设备选型
6.1  主要设备选型计算
CNG加气站的主要设备是进站的调压计量、脱水撬、缓冲罐、压缩机、储气瓶、加气柱、加气机。
需要的工艺计算主要是压缩机处理量、缓冲罐容积、管径与壁厚计算，规范中均有相应的描述，不再单独介绍。固定储气瓶容积、加气柱数量、加气机数量等与运行相关的计算已在前面介绍，不再赘述。
6.2  设备的技术规格参数
仅对规范要求的条文简单摘录，便于设计人员在编制技术规格书时重点检查是否符合规范项，其他的要求可参照CDP文件来编制。
6.2.1           进站计量
天然气进站管道上应设计量装置。计量准确度不应低于1.0级。体积流量计量的基准状态，压力应为101.325kPa，温度应为20℃。
6.2.2           脱水撬
1  脱水系统宜设置备用脱水设备。
2  脱水设备宜采用固体吸附剂。
3  脱水设备的出口管道上应设置露点检测仪。
6.2.3           压缩机
6.2.3.1  GB50156要求
1）进入压缩机的天然气不应含游离水，含尘量和微尘直径等质量指标应符合所选用的压缩机的有关规定。
2）压缩机排气压力不应大于25.0MPa（表压）。
3）压缩机组进口前应设分离缓冲罐，机组出口后宜设排气缓冲罐。缓冲罐的设置应符合下列规定：
1  分离缓冲罐应设在进气总管上或每台机组的进口位置处。
2  分离缓冲罐内应有凝液捕集分离结构。
3  机组排气缓冲罐宜设置在机组排气除油过滤器之后。
4  天然气在缓冲罐内的停留时间不宜小于10s。
5  分离缓冲罐及容积大于0.3m3的排气缓冲罐，应设压力指示仪表和液位计，并应有超压安全泄放措施。
4）设置压缩机组的吸气、排气管道时，应避免振动对管道系统、压缩机和建（构）筑物造成有害影响。
5）压缩机组的运行管理宜采用计算机集中控制。
6）压缩机的卸载排气不应对外放散，宜回收至压缩机缓冲罐。
7）压缩机组排出的冷凝液应集中处理。
6.2.3.2  GB50028要求

6.2.4           加气机、加气柱
——加（卸）气设施不得设置在室内。
——加（卸）气设备额定工作压力应为20MPa。
——加气机流量不应大于0.25m3/min(工作状态)。
——加（卸）气柱流量不应大于0.5m3/min(工作状态)。
——加气（卸气）枪软管上应设安全拉断阀。加气机安全拉断阀的分离拉力宜为400N～600N，加气卸气柱安全拉断阀的分离拉力宜为600N～900N。软管的长度不应大于6m。
——加卸气设施应满足工作温度的要求。
——加气设施的计量准确度不应低于1.0级。

6.2.5           车辆规格数据统计
6.2.5.1  CNG车用气瓶
1）CNG车用气瓶参数
按照GB17258《汽车用压缩天然气钢瓶》规定，参数如下：

2）CNG百公里耗量
根据网上资料，以捷达为例：气瓶为55L，百公里耗油约6.75L，耗气约7.04m3，总体耗油耗气相差不大，但气价低，能节省约一半费用。
6.2.5.2  CNG拖车
（1）     执行规范
CNG拖车目前国家无制造标准。
（2）     设备参数
以石家庄安瑞科的主要产品为例：
水容积（18m3）
18
21.33
22.5
23.22
工作压力（MPa）
20
20
20
20
充装介质总容积（m3）
4540
5382
5677
5810
半挂外形尺寸
（长*宽*高，mm）
12960*2495*3000
12805*2480*3348
12200*2480*3355
12910*2480*3270
满载质量（kg）
38490
39450
40000
39600
钢瓶数量
8
9
10
9
CNG拖车水容积从12m3至23m3均有相关产品。
7         主要材料选择
天然气管道应选用无缝钢管。设计压力低于4.0MPa的天然气管道，应符合现行国家标准《输送流体用无缝钢管》GB/T 8163的有关规定；设计压力等于或高于4.0MPa的天然气管道，应符合现行国家标准《流体输送用不锈钢无缝钢管》GB/T14976或《高压锅炉用无缝钢管》GB5310的有关规定。
8         CNG母站平面布置
8.1  需要的建筑单体
CNG母站需要的建筑功能主要有变配电室（因压缩机负荷较大，需要的变配电室面积较大）、仪表控制室、营业室、办公室、空压机间、卫生间、司机等候室（母站需要，其他加气站场均不需要）。对建筑平面布置的建议：
1）建议压缩机的控制柜尽量不要放在配电室等不是24h人员值守房间，所有的控制柜设在仪表控制室的机柜间内。
2）受值班人员较少的影响，操作人员与开票可能为1人，建议考虑将仪表控制室与营业室合并，或者至少要做通透，工业电视监控等机柜也均设在营业室内，便于管理。
3）建筑平面的布置，尤其门窗洞口等的设置要注意是否满足GB50156第12.2  建构筑物章节的要求。
某CNG站与门站合建站的建筑单体平面布置如下：

8.2  工艺装置区大小
1）一般要求调压计量装置设在门站，不归加气站管理，因此加气站一般不考虑调压计量装置占地。
2）加气站的工艺装置区一般设：脱水撬、压缩机、储气瓶，以某处理量为20万方/天站场为例：站场设脱水装置2套、压缩机4台、固定储气瓶组1座。工艺装置区占地为：36m*20m。工艺装置区的平面布置，除考虑安装因素和规范明确给定的安全间距外，一定要注意规范要求：加油加气站的爆炸危险区域，不应超出站区围墙和可用地边界线。如压缩机与围墙的间距规范要求为2m，储气设施与围墙的间距规范要求为3m。但露天压缩机的爆炸危险区域为7.5m，储气瓶为4.5m。要选择两值以上最大者。
8.3  固定车位
CNG母站固定车位宽度不低于4.5m，长度为气瓶车长度（可以按照16m考虑，车头3m，半挂车13m）。每个车位对应1个加气柱。加气柱距固定车位2~3m。按照GB50028，加气柱距围墙不低于6m。按照GB50160，加气柱与围墙无间距要求，但储气设施距围墙3m。
8.4  某项目平面与占地

该项目由于占地紧张，所以面积仅为60*55m，实际同等规模站场，放大到70*70m较为适宜。
9         与其他站场邻建的解决措施
CNG母站与门站或分输站在同一场地内建设时，CNG母站与门站或分输站均按照邻建企业考虑，原因如下：
1）CNG加气站为车辆来往频繁场所，必须要与门站或分输站出入口分开。
2）GB50028与GB50160部分规范条文相冲突，GB50028要求更为严格，在与门站按照合建站场考虑的情况下，设置消防给水设施，加气站供电负荷等级提高至二级。
3）分输站在安监三司的监管范围内，但加气站不在其监管范围。给项目的报批和审查带来困难。建议分输站与加气站按照邻建考虑。
10      安装要求
天然气管道宜埋地或管沟充沙敷设，埋地敷设时其管顶距地面不应小于0.5m。冰冻地区宜敷设在冰冻线以下。室内管道宜采用管沟敷设，管沟应用中性沙填充。
站内高压天然气管道宜采用焊接连接，管道与设备、阀门可采用法兰、卡套、锥管螺纹连接。
11      施工要求
1）焊缝检测：CNG管道焊接接头检测百分率为100%，采用射线检测，为Ⅱ级合格，采用超声波检测，Ⅰ级合格。
2）强度试压，介质为水（氯离子含量不超过50mg/l），试验压力为1.5倍设计压力。严密性试压为设计压力，介质为空气或氮气。
12      小结
因时间仓促，总结的内容主要针对平时易忽略的或业主比较关心的问题进行了简单归纳。错误之处，请各位看官批评指正，并欢迎留下宝贵意见。

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