天然气汽车流动加气站.doc

天然气汽车流动加气站一 天然气加气站的发展天然气用于汽车汽车能源自60年代到现在已经有五十余年的历史，其使用技术从最原始的低压车载汽包模式储存技术方式发展到目前的压缩天然气、液化天然气的车载储存方式。自80十年代中期出现的压缩天然气技术给天然气汽车能源的发展带来了革命性的变更，大大的提高了安全性能和可靠性，也使车用天然气能源的应用从局部走向全面发展的格局，几十年的进步历程表明通过新技术新观念的引入无论是汽车本身的效能以及加气站点建设的技术和布局更为先进合理。四川是压缩天然气汽车的发源地，自80年代起到现在，四川除西昌市的少数地区还没有全面的天然气加气站布点外几乎在每一个县都有一座到三座加气站，地市一级城市最少也在十座左右。即使如此其天然气能源的使用和站点布局仍然不足，随着城市的扩张加站点的布局还在增。将来可以预见的是随着汽油能源的供应价格高涨和汽车的普及以及国家对环保和安全的强化，清洁的天然气能源的应用将更加广泛和普及，新技术和创新观念的引入必将带来更大的革命性进步。泸州泸天化化工设计有限公司原泸天化设计院自90年代初期进入CNG加气站的设计行业以来，在四川省及云南、贵州、陕西等省设计了加气母站和子站在内的几十座加气站以及合成甲烷的生装置的设计，所有的站点和装置已经成功开车应用多年。由于我们长期从事石油化工装置的设计和开发，因此在对加气站点的工艺设计时采用和引进了很多的石油化工的生产方式和设计安全理念获得了很大的成功也得到了业主的好评，其安全高效节能效果较好。近年来天然气能源的广泛普及和城市扩张的加剧给天然气能源事业提出更多更新的要求，同时国家对安全环保的意识加强和管理力度加大也对加气站点的布局和设计要求提出了更高的标准，此外由于中国广大的农村小城镇的汽车普及导致对清洁能源的使用和降低运输成本的愿望相当强烈，所以为了维护农村这一块环境净土进一步降低碳排放最大限度的发挥天然气清洁能源的补充能源优势，也给我们提出了新课题。所以在未来的天然气汽车事业的发展过程中还必须开发新技术和更新观念，使该项事业有跨越式的发展。根据四川省有关部门对重大技术装备创新的要求，我们有幸获得自贡大业高压容器有限责任公司的邀请对2009年四川省重大技术装备创新研制“车载移动式CNG加气站”项目的研发提出了我们的技术观点和方法的意见，试图使该装备更加完善和高效安全可靠。经过几年的努力大业公司已经生产试制出CNG、LNG、L-CNG的各种形式的定型产品，到目前为止以获得国家有关部门的鉴定通过和相关生产许可证证书。该产品的研发生产过程是结合原有的技术经验和方法的总结过程也是新技术、新理念结合现代发展模式的融合创新的过程，我们认为在此过程中的新技术、新理念是值得推广的，该理念不仅可以涵盖CNG、LNG、L-CNG的流动加气方式和扩大广泛的市场扩展、安全性能增加以及提高效能降低能耗等，在此，为了更好促进和发展清洁能源事业，有必要将我们的目的和指导思想进行介绍以便大家提出更好的建议和方法。二 流动加气站的背景、目的及意义1 背景随着城市的扩张农村人口和城市人口的隔阂打破，城市人口大量增加，对城市的生活要求和质量要求呈几何数值增长；其次，近年来我国汽车工业大力发展和人们的收入增加，各个城市的公交、出租、家用轿车数量都是数倍增长，以前在北京、上海、广州等大城市才有的堵车和停车难的问题如今在四川的二级城市甚至县级城市都普遍存在，就四川而言，今年进入百万人口的大城市就有绵阳，即将进入该门槛的二级城市就有自贡、泸州、南充、达州等十几个城市，所以可以看出仅仅四川的城市发展速度就达到惊人的地步。城市发展了，人口增加了，随之而来的是城市的各种需求大量增加，首先是住房的增加，近年来中国的住房问题受到全世界的关注，我们也是深有同感，由此导致的结果是城市可开发土地的数量越来越少，价格越来越高，目前在川渝地区几乎每一个县在十年前还很稀有的30层以上的高层建筑比比皆是已很普遍，因此其人口密度和建筑密度都大大的超出十年前的指标，所以其土地价格和安全间距的问题尤为突出。此外，人口的增加、集中也导致生活废弃物和空调的大量使用使城市空气环境质量大大下降，热岛效应经常发生随处可见，人们已经离不开空调等生活设施，因此，城市能耗增加、废气排放增加。还有，人们生活水平的提高和出行的需求各种汽车的数倍增长，公交、出租、家用轿车随处可见，在各个居住小区每到夜晚小区道路都是被各种汽车占据；近几年国内汽油价格轮番上涨，其出行成本增加。所以无论从经济的愿望和减低排放改善环境的愿望，也造成了对清洁能源的大量需求。最后还有，在目前农村小城镇和农村地区，随着社会的进步，国家对农业的护持力度加大，农村的收入增长较快，所以农村的短途客运市场发展迅速，据对自贡、泸州的几个周边小镇的小中巴数量统计数据显示基本上每一个小镇的数量都在50到100辆之间，这些车辆除少数自用外，大多数都是实际承担农村出租车的作用，并且汽车的数量还在继续增长，其速度还相当快。所以不管是降低排放和运输成本，还是引导培养农村市场的有序发展来说其清洁能源市场的规模都是不能忽略的，根据目前的发展速度可以预见该市场规模和范围将很快达到和超过目前城市的规模，而且目前农村还没有清洁能源的汽车在使用，所以，广大的农村是应该受到关注和发展的，可以预见其发展空间相当广大。2 目的及意义流动加气站的目的在于进一步降低建设投资，强化安全、消防环保措施，降低能耗和生产成本，通过集中生产，流动加气达到环保、安全、高效以及最大化的拓展市场空间，使清洁能源事业向健康有序安全环保的方向发展。集中生产流动加气的推广可以节约城市的土地使用，提高使用效率，进一步拓宽城市城市发展空间；消除城市的安全隐患；降低能耗和生产成本从而也排放，使生产过程对环境的影响降低到最小范围；减少加气站附近的车辆拥堵几率，提高交通通行能力，以及出租车在高峰时的加气等待和效率；通过流动方式的推广使生产更加集中，最大化的扩大清洁能源汽车的使用范围；开发农村市场使不可能建设固定站的小镇都能获益，从而大大的降低农村的客运成本，降低汽车尾气排放还农村一个洁净的空间，确保农村环境不受到污染。三 未来加气站发展的设想1 集中生产分散使用的建设模式为了满足不断发展的城市需求，达到安全、环保、高效的目的，未来的加气站不仅要满足城市的需求功能同时也要兼顾广大农村的用户市场，因此如何规划布局是发展的关键，规划必须服从于地方政府的规划和发展指导，在此前提下如何节能降耗，安全高效是应该关注的课题，根据国内外工业发展的经济规律和高效的要求，追求高度集中生产和有序使分散用的原则是工业生产的发展方向和在现有技术前提下最大化降低成本的最佳模式。所以根据这一原则设想以一个中心城市为基础可以辐射几个县级城市和农村为生产规模，集中建设一压缩天然气或液化天然气生产、液化天然气储存生产基地，其生产规模达到日产压缩天然气或液化天然气转化的压缩天然气50100万Nm3/d的集中生产工厂。根据此设想以一个地级城市为基础建设生产基地产品辐射到市区和所属区县为较好方案。在生产基地建设的基础上配套销售站点。运行方式为在12个销售站点配套一套流动加气车，流动加气车到生产基地加满后，到达指定地点销售，在规定的时间内在不同的两个点内来回服务完成售气任务返回，销售站点的选择应该满足1个或2个站点的车辆能够基本消化完整车的产品。销售站点为已平整的平地，不设置建筑物，中间以划线的方式指定储罐车及工作车的指定位置，场地设加气车辆的排放位置。此种方式充分利用了规模生产低成本、低投资的优势，由于相对增加了安全间距所以提高了安全等级和消防等级，使整个生产销售效率更高更安全。2 不同投资模式分析按集中生产分散使用的原则建设，泸州市为例，泸州全市有三百多万人口，市区所属有江阳区、纳溪区、龙马潭区，区县有泸县、合江、叙永、古蔺等三区四县，目前在市区三区内有加气站共9座其中两座为泸州公交公司自用站，实际对社会开放的只有7座，目前正在准备建设的有34座。此外除古蔺外的每个县都有一座加气站，所以加上已有的和准备建设的总共有16座左右加气站，按每站能力2-3万Nm3/d计算其总能力为：48万Nm3/d。目前，泸州的上述站点只能供应城区公交车和出租车，对私人车辆和农村车辆以及郊区和远郊公交车辆都没有涉及，其原因主要是天然气原料无法满足需求和站点无经济规模无法建设站点等原因。根据对泸州的调查了解，泸州市区和县的郊区和远郊客车数量较大，在上千辆以上，座位数都是30座以上的，如果使用天然气每车次加气在20-35Nm3/d。如果每车按行驶300公里计算，耗气量每100公里按15-20立方米计算，其日用气： 30015（20）100=45（60）Nm3全市总数按1500辆计算：45（60）Nm31500=67500（90000）Nm3农村中巴车辆，其总数在8万辆左右，如果按耗气为大车的三分之一计算（45（60）Nm33）8万=120（160）万Nm3估算私家车有用气愿望的应该在1万辆左右，所以其用气总数也在15-20万Nm3左右。上述三项总和其日用气量为：6.75（9）万Nm3+120（160）万Nm3+15（20）万Nm3=141.75（189）万Nm3按上述数据估算其用气总量是相当惊人的，假如完成上述数据的三分之一其日用气总量也在60万Nm3/d左右。按日用气总量也在60万Nm3/d的规模，按目前加气站的建设方式设计，其每个标准站规模为：2万Nm3/d，即要建设30座CNG加气站，每站全部投资10001200万元人民币，共33.6亿元投资。占地面积：标准站完全按GB50156-2002（2006版）的间距要求，其面积为5亩左右，换算为平方米为3500平方米左右。30座站共占地150亩左右。如果要建设，那么这些土地大多数应该在城市建成区内，其土地价值较高。如果按集中生产建设的原则，建设一日产60万Nm3/d规模的压缩天然气加工厂，其配置如下：60万Nm3/d规模，生产时间按24小时，小时流量为：2.5万Nm3/h，采用现有的脱硫方式设置10套脱硫塔，投资500万左右。压缩机配置：按3000Nm3/h能力设计共配置10台，生产能力可以满足要求。投资每台300万左右，总数为3000万。建设大型储气设施，投资每立方米水容积为8万，共2400万左右。其他配套和附属设施1000万。土建成本，包括建筑成本2000万。土地费用：每亩按2030万计算，建设60万Nm3/d规模其占地在30亩左右。费用：600900万元左右。以上设施总数合计：8900万元人民币，考虑不可预见费用和土地费用，其建设成本在1亿元左右，即使按较高风险估计在1.5亿元以内可以完成投资。以上投资配套流动加气设施2030套，按目前大业高容公司的价格，每套300400万元人民币，其总投资为6000万元1.2亿元。场地建设费用估算，建设简易场地2030处，每处面积1-2亩，每处投资200万元，共40006000万元。建站投资和配套投资按最大投资计算为：1.2+1.5+0.6=3.3亿元。按最小投资为1.98亿元。按集中建站生产的原则其总投资相差3千万到一亿元之间。因此可以看出其投资优势。此种投资的模式可以按大型化和集中化的原则进行，使生产和销售完全分离，其生产销售可以是一个主体也可以生产为一个主体，销售由多个机构和个人组成，使生产达到高度集中，资源相对可控，使之统一质量指标，安全标准等。3 工厂选址规划及土地利用比较生产基地建设的选址应该在城市的郊区，周边安全环境较好的地方，交通发达，原料来源方便的地方，同时要求各流动站点到达的地方相对生产基地不会相差太远，其距离的计算依据应该是增加的产品运输成本要低于由于集中生产降低的生产成本。集中生产降低的成本包括由于长期、间歇运行开停车所产生的不同能耗，脱硫剂和脱水剂的消耗，储存方式的不同而导致的省耗等。生产基地的建设基地设置压缩厂房、工艺设施、公用消防设施、储气设施等生产设施组成，此外还有工厂办公室、分析室、控制室等生产生活辅助设施组成，场地设计包括生产、办公、销售等场所，总图规划时要求功能分区明确，交通组织方便，绿化场地开阔，安全消防监视控制设施完整等要求。生产工厂根据生产规模的不同占地面积不同，一般50100万Nm3/d的工厂占地面积在30-100亩。销售站点的布局要求相对固定的场地选择，选择周边安全条件好，绿地集中人员流动少，交通条件好的地点，选择每套设施兼顾12个场地的方案。销售站点的规划相对传统的站点设计更为简单，场地内部为平整的硬化地面，不设置任何固定设施，可以设置消防安全等辅助设施和移动厕所等，场内采用划线的方法固定储气罐车和工作车以及进入场区的加气车辆的位置。场内的储气罐车和工作车按203米占地设置。场内除安全距离外其余全部为加气车辆等待区，尽量容纳等待车辆。在站点周边环境一般时应该尽量满足周边安全消防的需求，根据GB50156-2002(2006版)的要求按储气设施距离三类民房最低为12米，其占地面积为：2亩。场区内用划线方式指定储罐车和工作车的固定位置，整个场区分工作区和绿化区域以及销售及加气车辆等待区。储罐车和工作车间距为3米，周围设置最少2米的硬化地面，储罐车和工作车的进出要有畅通的通道，储罐车为车头和拖头组成，为了节约投资其储罐可以卸下放置在指定位置，车头离开，带销售完毕时拉走。场区周边边界可以设置非实体围墙或栏杆等隔离网，并设置明显的危险区域标识，禁止无关人员进入。在场区内为了工作人员和司机的方便可以设置简易移动厕所。对周边安全环境较好的区域，比如农村、郊区或城区内的绿化地带等地点可以采用最省占地的布置方式规划，占地面积为：1.2亩。见上图周边围墙在流动人员较少时可以采用穿透式设置，流动人员较多时就应该采用实体围墙。传统的按每日供气20000Nm3/d（二级站）加气站设计包括原料处理及调压计量控制装置，压缩机房，控制室，储气区，销售加气区，办公用房，循环水装置，配电和变压设备等基本单元组成，压缩厂房占地200300平方米。同样工作用房占地也在200400不等的范围内，所以传统加气站的总占地面积在5亩左右，即使5亩左右的面积由于土地不规则和脱硫要求较高时往往达不到实际规定的间距要求，只能按外部的建筑通道、绿地等距离相加才达到规范规定要求。所以可以看出采用新的方式与传统方式相比其站点占地要小很多。4 工厂到站点最远距离的确定工厂到站点的距离如果较远大于经济允许的范围就失去了建设的意义，所以要求有一定的距离要求，同时对于站点数量的规划涉及到工厂生产规模的确定，因此两者是相互关联的，只有达到相对平衡才能产生最佳效益。根据自贡大业高压容器有限公司的样本数据，其储罐车的最大储存能力为4780Nm3，根据拖车的百公里耗气指标按20-30 Nm3计算，天然气按售价4.7/ Nm3元计算，其成本费用为每百公里耗气量乘每立方米天然气的费用。即 30 Nm3/百公里4.7元/ Nm3=141元/百公里折算运输每立方米天然气的成本 141元/百公里4780Nm3 =0.0295元.Nm3/百公里从上面的计算可以看出其每立方米天然气分摊的费用很低，即使长距离运输也只有几角钱的成本。此外，计算集中生产方式与传统加气站压缩机耗能的可能结果。用上述的泸州地区的例子进行比较，传统加气站2万Nm3/d，建设30座CNG加气站，每站配备压缩机三台打量：700 Nm3/h ，功率：90-110千瓦，要达到2万标方的能力要用两台压缩机运行14小时左右，假如压缩机每天启动数量在3-4次时，每次耗能增加5080%能耗，也即是增加最大要增加大量的电耗，每台实际电耗在200左右，此外，由于储存气和加气的间歇，压缩机空转的几率增加，其实际运行时间也会大大增加，因此根据实际测算与压缩机厂家的理论数据对比要高出30-50%的电能，实际增加成本几分钱。按泸州的例子要建设30座站点，其总数相加的能耗非常大。如果按集中生产原则生产，配备10台打量3000 Nm3/h的压缩机，每台功率：600千瓦，其运行方式是长期运行，月启动次数在1次以下，所以其能耗增加不大，相同产量的压缩天然气用集中生产方式与传统方式比较，集中方式3000 Nm3/h的能耗为600千瓦左右，因为启动少，连续运行效率高；传统方式达到3000 Nm3/h需要4台机组运行，其总能耗为440千瓦，加上34次的启动和无用功其实际能耗已经增加2040%，所以为616千瓦，实际测算应该不只这些还要高出许多。此外，集中生产对脱硫剂、脱水剂、循环水的消耗要减少许多，其生产效率比传统设计要高出一倍以上，所有这些都可以看出其生产成本的巨大优势。根据模型设计方案计算集中生产的成本是传统方法的60%左右。综合上述，只要运输成本加上发电等成本在0.1-0.2元之间，其成本费用都是可以控制的合理的。因此，最佳生产基地和销售站点的距离在200公里以内是合理的。当然在实际规划时应该综合分析各方面的条件，最终确定规模和距离。5 集中生产方式和流动加气的优势和劣势集中生产分散使用流动加气的工作方式就是在生产基地形成大规模的生产装置，实现连续生产降低能耗提高效率，生产地点远离城市距离原料地较近，安全环境好；流动加气的工作方式是在白天采用定时定点的方式加气，在夜晚离开，在现场不留任何危险设施；同时选择条件好的、人员少的局部的地点根据用户需求进行夜间加气。根据上述生产特点和流动加气特点的优势是：集中生产可以最大限度的减少城市建成区内的加气站点数量，降低危险因素；提高城市土地利用效率，使城市有限的土地资源得到充分的应用；彻底消除加气站附近居民的危险心理、废气排放、噪声等的影响；提高和稳定管网压力，改善城市居民在用气高峰期的用气压力；最大限度地降低生产能耗和消耗品以及循环水的生产成本指标；大大地提高劳动生产效率，生产基地自动控制水平高，只有少数的个人，而大多数人员都投入在销售前线；在距离天然气净化厂较近的地方，进一步降低管线投资；安全、消防、环保指标易于控制，生产管理简单；生产质量指标完全得到控制，在产品所及范围内，都能提供相同质量的产品；总投资小；流动加气的优势由于流动加气的特点是根据需要设置，因此地点选择灵活，过程简单，不受当地电力、循环水、气源等的影响；占地面积最小化，安全最大化；在城区设点白天加气，夜晚离开所以附近居民不会受到安全等影响；站点美观设置简单，除购置储罐车和工作车外无须购置其他设施，而场地处理简单，投资很小；其最大的优势是可以最大化的扩展用气市场，链接广大的农村市场，使清洁能源市场成倍的爆发增长；还有加气灵活，可以将数地的零散车辆组合，形成大市场；集中生产的劣势在目前的前提下还不能体现出来，与传统方法无论如何比较都无法指出其不利之处，只有在产品用途受到限制用量极少的情况下才可能存在劣势。流动加气的劣势主要体现在限时限地的供气给用户造成使用不便；加气站点没有加气棚罩，在气候不好的时候给加气车辆和人员带来困难；加气工作人员工作环境较差；流动加气车辆给公路和交警部门造成管理困难；所有这些优势远远大于劣势，所有的劣势随着技术的进步和改善相信会改善的。但无论是优势项目和劣势的环境都要合理的综合分析研究，因地制宜得出最佳工作方案，善加利用才可能发挥最大优势，所以，我们认为在没有充分研究的前提下的草率决定是注定失败的。四 流动加气设施的介绍流动加气设施分CNG、LNG、L-CNG等几种设施，根据原料天然气的不同采用的方法和设施不同，所以在投资以前必须充分论证其原料来源和处理方式。有针对性的选择不同设施。6 CNG流动加气设施CNG流动加气设施13