王平　杜靜　馮穎　孫金棟

摘 要：以氣代煤是實現(xiàn)京郊農(nóng)村清潔高效能源的重要手段，CNG在京郊農(nóng)村特別是偏遠農(nóng)村推廣應用具有優(yōu)勢。由農(nóng)村集中式CNG供氣站通過村內(nèi)敷設的供氣管路，實現(xiàn)每家每戶供氣。撬裝儲氣設備是農(nóng)村集中式CNG供氣站的核心設備。撬裝儲氣設備采用4組儲氣單元并聯(lián)，各儲氣單元完全相同，可互相替換使用。農(nóng)村集中式CNG供氣站能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守遠程監(jiān)控，以保障運行安全。

關鍵詞：京郊農(nóng)村；集中式CNG供氣站；儲氣單元；撬裝儲氣設備

中圖分類號：TU996.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.028

最近兩年，在冬季供暖期，北京及華北地區(qū)霧霾有加重趨勢。造成冬季霧霾的原因是多方面的，無疑，冬季供暖期大量燃煤是造成霧霾的因素之一。自20世紀90年代以來，北京市對市區(qū)燃煤控制越來越嚴，在市區(qū)已經(jīng)取消了燃煤應用。但是，在京郊農(nóng)村，特別是偏遠農(nóng)村，燃煤應用還比較普遍，京郊農(nóng)村煤煙型污染還比較嚴重。因此，北京市防控霧霾任務艱巨，在京郊農(nóng)村大力推廣清潔高效能源迫在眉睫。自2016年以來，北京市對京郊農(nóng)村進行了用能結構改變。這為CNG在京郊農(nóng)村特別是偏遠農(nóng)村推廣應用提供了機遇。

1 京郊農(nóng)村生活能耗數(shù)據(jù)分析

農(nóng)村生活能源消耗是指農(nóng)村地區(qū)農(nóng)民為滿足生活（炊事、照明、通行、取暖制冷、文化娛樂等）需要所消費的各種能源，主要包括生物質(zhì)能源（秸桿、薪柴為主）、商品能源（煤炭、電、液化石油氣）和可再生能源（天然氣、太陽能、沼氣）。

按照北京市2013年統(tǒng)計年鑒中統(tǒng)計數(shù)據(jù)，北京農(nóng)村常住居民215.2萬戶，北京市農(nóng)村地區(qū)生活用能全年生活能耗量約為7.001 3×106 tce，其中，煤耗3.959 7×106 tce。北京市農(nóng)村能源消費結構中，煤、液化石油氣、電等商品能源占到總體能源的87.36%，煤仍然是農(nóng)村主要的生活用能來源，占56.61%（散煤的消費量占比最大，達47.96%），電占到了26.26%，秸稈樹枝占12.64%，液化氣在總體中的比例較少，僅有4.50%.散煤和煤球基本用于采暖，蜂窩煤、電、秸稈樹枝部分用于采暖。戶均采暖用能為2.05 tce/年，其中，用于采暖的煤耗占總煤耗量的92.43%，戶均為1.71 tce/年。

農(nóng)村用能模式受到觀念、生活習慣、經(jīng)濟水平等各種因素的影響，電主要用于家用電器（含炊事電器），液化氣用于炊事用能，散煤主要用作采暖。

2 京郊農(nóng)村推廣CNG優(yōu)勢分析

由于偏遠農(nóng)村分布較為分散，村中人戶數(shù)較少，用氣量小，不宜長距離敷設燃氣管網(wǎng)。由于價格、安全因素，液化氣在農(nóng)村應用較少，而建設小型集中式CNG供氣系統(tǒng)就具有了獨特優(yōu)勢：①集中式CNG供氣系統(tǒng)具有投資小、見效快的優(yōu)勢，相比燃氣管網(wǎng)更加靈活、便捷，經(jīng)濟效益更好。②集中式CNG供氣系統(tǒng)便于在京郊農(nóng)村布置，供氣站占地面積小，自動監(jiān)測和記錄，無人值守，遠程監(jiān)控，實現(xiàn)預警與緊急切斷功能，減少運營管理費用。③集中式CNG供氣系統(tǒng)直接供氣到每家每戶，村民用氣更為方便、安全。④集中式CNG供氣系統(tǒng)為偏遠農(nóng)村經(jīng)濟開發(fā)提供了可能。這是液化氣等能源不能比擬的。

3 農(nóng)村集中式CNG供氣系統(tǒng)

3.1 整體設計思路

根據(jù)京郊農(nóng)村人戶數(shù)少、用氣量小的特點，開發(fā)農(nóng)村集中式CNG供氣站，在村內(nèi)敷設供氣管路，滿足每家每戶供氣需求。農(nóng)村集中式CNG供氣站由儲氣瓶組組成，在供氣站儲氣量到達下臨界點時，由車載小型壓縮天然氣供氣撬裝設備為供氣站補

充供氣，實現(xiàn)京郊農(nóng)村用能結構的改變，以氣代煤，減少煤煙型污染。

3.2 撬裝儲氣設備

農(nóng)村集中式CNG供氣站的核心設備是撬裝儲氣設備。撬裝儲氣設備采用4組儲氣單元并聯(lián)，各儲氣單元完全相同，可互相替換使用。

儲氣單元是供氣站基礎設備，采用6個無縫鋼瓶組裝成型，可移動，總儲氣100 Nm3。

撬裝儲氣設備由4個儲氣單元組成，撬裝儲氣設備總儲氣能力為400 Nm3。每個儲氣單元均帶有手動閥門、快裝接口，與撬裝箱體通過軟管連接，使儲氣單元可獨立裝卸、移動，可車載，形成車載小型集成式撬裝設備，實現(xiàn)了高度集成化，滿足了方便運輸和現(xiàn)場吊裝的要求。

撬裝箱體內(nèi)每個儲氣單元配有壓力傳感器進行數(shù)據(jù)采集并傳至車載小型集成式撬裝CNG減壓設備內(nèi)PLC控制系統(tǒng)上，進行監(jiān)測與控制。

每組儲氣單元配有切斷閥，可由PLC控制系統(tǒng)進行開閉操作，同時也配有手動球閥和放散閥。

撬裝箱體內(nèi)設置可燃氣體濃度報警，并通過PLC系統(tǒng)控制聯(lián)動強制排風系統(tǒng)。箱體內(nèi)部裝有防爆型監(jiān)控攝像頭，頂部懸掛溫感型干粉滅火設備。

3.3 撬裝儲氣設備減壓系統(tǒng)

撬裝儲氣設備減壓系統(tǒng)采用3級減壓形式，其中，二級減壓后預留出口壓力為0.2～0.4 MPa中壓出口1個，并安裝有質(zhì)量流量計；三級減壓后預留出口壓力為2～5 kPa低壓出口1個。

撬裝儲氣設備減壓系統(tǒng)預留2個進口，一個連接至附帶的儲氣設備，另一個做成法蘭式連接口，可以外接其他儲氣設備。進口帶有切斷閥，可自動控制進行開閉工作，同時2個進口都配有手動閥門，可分開或合并使用。

3.4 集成式伴熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)

CNG減壓系統(tǒng)采用高集成化撬裝方式，因此將伴熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)集成至CNG撬裝儲氣設備內(nèi)。伴熱系統(tǒng)采用電加熱水浴式換熱器，控制系統(tǒng)采用防爆型PLC控制柜形式。其中，CNG減壓設備進口、一級調(diào)壓后、二級調(diào)壓后、三級調(diào)壓后和儲氣單元出口安裝壓力傳感器，進行壓力數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。伴熱系統(tǒng)安裝溫度傳感器和水位傳感器，進行溫度、水位數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。CNG減壓設備出口安裝流量計，可采集流量數(shù)據(jù)。以上數(shù)據(jù)全部匯總至PLC控制系統(tǒng)內(nèi)，由PLC控制系統(tǒng)進行設備工況監(jiān)測和控制。

3.5 無人值守遠程監(jiān)控系統(tǒng)

結合農(nóng)村地區(qū)居住分散、用氣量小的特點，以撬裝儲氣設備為基礎，設計無人值守遠程監(jiān)控系統(tǒng)，在集成式撬裝儲氣設備PLC控制系統(tǒng)內(nèi)加裝無線傳輸模塊，實現(xiàn)自動運行、遠程監(jiān)控、氣量預警、緊急切斷等功能，在調(diào)度中心遠程監(jiān)測設備運行情況，并根據(jù)系統(tǒng)提示更換儲氣單元或安排運行人員維修和檢修。

無人值守遠程監(jiān)控系統(tǒng)包括撬裝儲氣設備運行監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車載儲罐天然氣參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)3部分。

撬裝儲氣設備運行監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過撬裝儲氣設備內(nèi)PLC控制系統(tǒng)采集、處理設備運行工況信號，并通過有線或無線通訊網(wǎng)絡遠傳至調(diào)度中心的遠程計算機，可在調(diào)度中心顯示撬裝儲氣設備運行工況?？梢员O(jiān)測設備各個單元壓力及狀態(tài)并報警，以保證供氣站安全、穩(wěn)定供應。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是對供氣站內(nèi)CNG減壓設備運行狀況、儲氣設備內(nèi)氣量的使用情況、儲氣設備運輸?shù)娜^程、設備和場站周邊環(huán)境等進行實時監(jiān)控，以保障設備運行安全。

車載儲罐天然氣參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)運輸罐車的天然氣壓力、溫度、液位等工況數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)的采集，通過對CNG運輸車運輸過程中安全狀態(tài)數(shù)據(jù)的智能分析實現(xiàn)事故預警及消除事故隱患，預防重大事故發(fā)生；同時通過無線傳輸及GIS及時展示運輸罐車的地理位置和運行狀態(tài)，為調(diào)度指揮系統(tǒng)提供準確的現(xiàn)場信息。此系統(tǒng)能夠保證運輸罐車的安全、平穩(wěn)運行，從而提高安全管理水平。

4 農(nóng)村集中式CNG供氣系統(tǒng)推廣模式分析

農(nóng)村經(jīng)濟收入不高，冬季采暖支出是農(nóng)戶選擇采暖方式的考慮因素，選擇容易獲得能源的方式以及采用節(jié)能、高效的采暖方式可以在很大程度上減少能耗支出。相比于傳統(tǒng)散煤采暖，太陽能熱水+燃氣壁掛爐、單獨燃氣壁掛爐采暖方案初始投資較高，但運行費用較低，污染排放少，具有良好的環(huán)境效益。在建CNG供氣站、管線鋪設等條件允許的農(nóng)村地區(qū)，如果采取政府出資建站、鋪設管線，末端采取補貼模式（第一步補貼可以采取市政府、區(qū)縣政府各補貼三分之一的形式建設示范項目，視示范項目效果再進一步細化補貼政策），農(nóng)戶出資1/3，與傳統(tǒng)散煤采暖農(nóng)民的初始投資相近，而每年的運行費用比傳統(tǒng)散煤采暖節(jié)省約1/3～1/2，農(nóng)民容易接受，政府收獲環(huán)境效益。

5 結論

農(nóng)村集中式CNG供氣系統(tǒng)與傳統(tǒng)的標準CNG減壓供氣站相比，無人值守型CNG減壓設備的制造費用約高出普通CNG減壓設備1倍，但得益于其占地面積小，土建工程投入少，且采用撬裝儲氣設備比使用CNG長管拖車的儲氣設備投資少，將使無人值守型農(nóng)村集中式CNG供氣站整體投資節(jié)省40%.農(nóng)村集中式CNG供氣系統(tǒng)具有比較廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]北京市統(tǒng)計局，國家統(tǒng)計局北京調(diào)查總隊.2013北京統(tǒng)計年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2013.

[2]韓金麗，楊昭，賴建波.遠郊區(qū)縣的CNG瓶組供氣管理運營模式[J].天然氣工業(yè)，2008（8）.

[3]張宇，陸淼.CNG瓶組供氣站的設計[J].科技資訊，2012（18）.

[4]王虹，吳國川，程石.無人值守型撬裝CNG減壓供氣站的應用探討[J].城市燃氣，2015（2）.

[5]楊杰.CNG加氣站工藝設計及設備配置[J].化工管理，2015（8）.

[6]胡克修，陶偉龍.北京遠郊區(qū)縣CNG小區(qū)運營模式研究[J].城市燃氣，2007（9）.

[7]馮粉莉.CNG供氣站幾種儲氣方式的技術經(jīng)濟比較[J].上海煤氣，2013（6）.

[8]唐倩.CNG加氣站初步設計及安全風險評價[J].當代化工，2015（1）.

〔編輯：劉曉芳〕