1、CNG储气装置及CH4介质的燃爆特性
1.1 加气站储气装置与技术。
在各种CNG加气站里,通过压缩机加压压缩,强行将天然气储存在固定场所设置的特制容器内,专供汽车加气的备用装置或系统,称为储气装置或储气技术。该装置因具有25-30MPa的高压以及介质易燃易爆的危险性质,所以储气装置在CNG加气站当属特别重要的核心部位,尤其是对储气设施设备布置方式的选择、安全可靠性评价、工艺制造以及材质等方面的安全技术考虑,都有许多特殊要求。
我国的CNG加气站,经历了较长时间的开发研究,迄今储气瓶、储气罐和储气井技术工艺,目前正在逐步趋于成熟与完善,有的已初具规模。现将三类不同装置的加气站简介如下:
①瓶储加气站。是将若干储气瓶按不同压力分级布置的加气站,单瓶水容积通常为60L或80L居多,材质采用无缝优质钢或具有防火功能的树脂纤维缠绕技术制造。储气瓶的优点是经济,灵活,建设成本较低。缺点是供气系统阻力大,管阀连接处泄漏点多,增加了不安全因素。此外,每年支付的维护费用多,增加了后期供气成本。
②罐储加气站。是将压缩天然气储存在球型或园柱型储气罐中的加气站,其储罐水容积主要有2m3、3m3、4m3或6m3的几种规格,一般每站设置3~6罐为宜。这种储气罐是90年代后期较为广泛使用的CH4高压储存容器,其优点主要是:气体集中储存,管阀连接点较少,泄漏因素降低,恰好弥补了储气瓶的不足,具有较好的安全性。缺点是:爆炸事故发生时,地面冲击波的辐射范围大、强度大等。是较受欢迎的储气装置。
③井储加气站。顾名思义,是将压缩天然气储存在地下储气井的加气站,储气井是四川石油管理局自80年代中期开始在不断实践探索的基础上,研究开发的新型储气技术。这种储气装置是在加气站一定位置开钻3~6口地下井,每口井的深度约100m,上小下大口径不等,单井水容积为2m3左右,采用进口材质的套管和钢筋混凝土固井技术,具有安全牢固、节约维护费用、节约土地资源以及减少地面冲击波放射范围和强度等许多优点,是很受欢迎、安全可靠的高压CH4储气装置。以上三种储气装置的基本情况现列表如下:
表--1 CNG加气站储气设施布置概览
序号项目储气瓶储气罐储气井
1单个容量规格50L或80L/瓶2000-4000L2000L/井
2单组布置数量80-230瓶3-6罐3-8井
3容器水容积(m3)6-126-126-12
4标准储气量(Nm3)1500-30001500-30001500-3000
5占地面积(m3)306010
6建设投资概算(万元/站)66.094.096.5
7检验维护费(万元/年)1.250.75——
8四川省2001年12月31日截止分类统计数(站)196836
1.2 CH4介质的理化质及燃爆参数
我国车用压缩天然气主要分为"干气"和"湿气"两大类,气质状况视CH4产地不同而有区别,四川、重庆、海南、陕西、新疆等地的气田气通常为干气,CH4含量一般在95%以上;而河北、吉林、辽宁、甘肃、湖北、山东等地的油田伴生气通常为湿气,CH4含量一般在80%左右。实际应用结果证明,"干气"不仅有利于安全,而且更有益于作为CNG汽车的燃料介质使用。处于高压状态下的CH4,无论管理人员或操作人员,都要对其性质、技术参数和特殊要求作全面了解和掌握。
现将对CH4研究测试及查验的主要理化性质及燃爆参数列于表-2:
表--2 CH4主要理化性质及燃爆参数
序号参数名称单位数据序号参数名称单位数据
1爆炸浓度下限%5.013分子量——16.04
2爆炸浓度上限%15.014凝固点℃-183.2
3化学计量浓度%9.4615熔点℃-182.5
4最大爆压浓度%9.816沸点℃-161.5
5最大爆炸压力MPa0.71717闪点℃-190
6最小引爆能量Mj0.2818自燃点℃540
7最小报警浓度
(LEL下限1/3)%≤1.719气体密度(空气)G/10.55
8燃烧热值Kcal/m3950020液体密度(水)-164℃0.42
9燃烧温度℃183021临界温度℃-82.6
10燃烧空气量m3/m39.5222临界压力MPa4.58
11燃烧热Kj/mol889.523CH4 中的H2S允许浓度(民用)
mg/m3≯20
12气化热Kj/mol122.024CH4 中的H2S允许浓度(汽车用)
mg/m3≯15
除以上重要参数外,按照国家有关技术规范的规定,CH4生产储存场所的火灾危险性确定为甲类,一级易燃气体;火灾爆炸危险度为:
H=(R-L)/L=(15-5)/5=2;危险货物统一名称编号煤矿:21007。