القسم 1: تصنيف المحطات الفرعية للتزود بالوقود الغاز الطبيعي المضغوط -.
يتم تصنيف محطات التزود بالوقود الغاز الطبيعي المضغوط بشكل أساسي إلى ثلاثة أنواع: المحطات الأم، والمحطات القياسية، والمحطات- الفرعية. تسحب المحطات الأم عادةً الغاز من خطوط أنابيب الضغط العالي-؛ إنهم يقومون بتزويد المقطورات الأنبوبية العاملة بالغاز الطبيعي المضغوط (شاحنات أسطوانات الغاز) بالوقود، وهم مسؤولون عن نقل الغاز إلى المحطات الفرعية -، وكذلك تزويد المركبات الفردية العاملة بالغاز الطبيعي المضغوط بالوقود بشكل مباشر. تسحب المحطات القياسية في المقام الأول الغاز من شبكات خطوط أنابيب الضغط المتوسطة -الحضرية لتزويد المركبات التي تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط بالوقود مباشرةً. ومن ناحية أخرى، تستخدم المحطات الفرعية- مقطورات أنبوبية تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط كمصدر للغاز وهي مخصصة حصريًا لتزويد المركبات التي تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط بالوقود. تجدر الإشارة إلى أنه نظرًا لأن المحطات القياسية تسحب الغاز مباشرةً من شبكة خطوط أنابيب الغاز الطبيعي-التي تتضمن غالبًا معدلات تدفق عالية-فإنها قد تمارس حملًا كبيرًا على شبكة الغاز الحضرية. وقد يؤدي ذلك إلى تعطيل إمدادات الغاز للمستخدمين السكنيين والصناعيين؛ ولذلك، فإن اختيار موقع للمحطة القياسية يتطلب دراسة شاملة ومتأنية. حاليًا، يعد نموذج المحطة "الأم-الفرعية" هو التكوين الأكثر شيوعًا، حيث يتم تصنيف المحطات الفرعية-من خلاله إلى نوعين: المحطات الفرعية التقليدية-والمحطات الفرعية الهيدروليكية-. في الأقسام التالية، سنتعمق أكثر في التفاصيل الفنية وخصائص محطات التزود بالوقود الفرعية التقليدية-.
تحليل تفصيلي للمحطات الفرعية التقليدية للتزود بالوقود بالغاز الطبيعي المضغوط-.
سنركز الآن تحديدًا على المحطات الفرعية التقليدية للتزود بالوقود بالغاز الطبيعي المضغوط-، ونستكشف بشكل متعمق مبادئها التشغيلية وميزاتها الرئيسية.
محطات فرعية للتزود بالوقود الهيدروليكي CNG
تعتمد التقنية المستخدمة في المحطات الفرعية التقليدية للتزود بالوقود بالغاز الطبيعي المضغوط-في المقام الأول على أنظمة التعزيز المعتمدة على ضواغط الغاز التقليدية-. عادةً ما يتم إنشاء هذه الأنواع من المحطات الفرعية-في مواقع لا توجد بها خطوط أنابيب للغاز الطبيعي في المنطقة المجاورة مباشرة. وكثيرًا ما يتم وضعها داخل المناطق الحضرية لتوفير خدمات مريحة للتزود بالوقود للمركبات، أو في المناطق الصناعية الريفية وغيرها من المناطق التي تفتقر إلى خطوط أنابيب الغاز، حيث تعمل كمصدر لإمدادات طاقة الغاز الطبيعي. وفي المحطة الأم، يتم ضغط الغاز الطبيعي وتخزينه. وبعد ذلك، يتم نقل الغاز الطبيعي المضغوط - المضغوط إلى 25 ميجا باسكال - إلى المحطة الفرعية - عبر مركبات النقل المتخصصة (المقطورات الأنبوبية). وتبدأ المحطة الفرعية- بعد ذلك في إعادة تزويد المركبات الفردية التي تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط بالوقود. بالنسبة للمحطات الفرعية الموجودة في المناطق الصناعية، تكون عملية التشغيل كما يلي: يتم تعزيز الغاز الطبيعي ذو الضغط المنخفض أو المتوسط - بواسطة الضواغط إلى نطاق ضغط يتراوح بين 20-25 ميجا باسكال. يتم بعد ذلك ضغطها في أسطوانات أو حزم أنابيب فولاذية متخصصة، والتي يتم تركيبها على وحدات مقطورات انزلاقية-مجهزة بآليات القطر. تنقل هذه المركبات الغاز الطبيعي إلى المحطة الفرعية-، حيث تتصل بنظام تفريغ الغاز-ومعدات تنظيم ضغط الغاز الطبيعي المضغوط-لتسهيل نقل الغاز. بعد المرور عبر-انزلاق تقليل الضغط لخفض الضغط العالي-للغاز الطبيعي إلى النطاق المحدد للمستخدم-الذي يتراوح بين 0.2–0.4 ميجا باسكال، يدخل الغاز إلى شبكة خطوط أنابيب التوزيع ويصبح متاحًا لاستهلاك المستخدم.
يظهر الرسم التخطيطي المعماري لمحطة ابنة الغاز الطبيعي المضغوط التقليدية أدناه:
الهندسة المعمارية وعملية محطة ابنة الغاز الطبيعي المضغوط التقليدية
يعمل تدفق العملية لمحطة تابعة تقليدية تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط على النحو التالي: عندما تصل مقطورة تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط إلى المحطة، فإنها تتصل بعمود تفريغ الغاز عبر خرطوم تفريغ عالي الضغط-. يتم استخدام خطين متميزين هنا: الأول هو خط "الإمداد المباشر"، الذي يزيد من الضغط الكامن داخل أسطوانات المقطورة لتزويد المركبات بالوقود مباشرة. يستخدم هذا الخط -بنوك أسطوانات تخزين الغاز بالموقع-التي تشتمل على بنوك الضغط المنخفض- والمتوسطة- والعالية--لتجديد خزان وقود السيارة حتى ضغط يصل إلى 20 ميجا باسكال. عندما ينخفض الضغط داخل مجموعات أسطوانات التخزين إلى أقل من 20 ميجا باسكال، يتم تنشيط الخط الثاني-أو "الضغط"-؛ يبدأ الضاغط في العمل، حيث يقوم بسحب الغاز الطبيعي من أسطوانات المقطورة لاستعادة الضغط في مخازن التخزين إلى 20 ميجا باسكال.
تشتمل المعدات الرئيسية في محطة تقليدية تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط على وحدة ضاغط الغاز المنزلق- ونظام تعزيزها، ومجموعات أسطوانات تخزين الغاز (بسعة إجمالية قدرها 8 متر مكعب)، وموزعات الغاز (التي تستخدم تقنية إعادة التزود بالوقود "ثلاثة-خطوط")، وعمود تفريغ الغاز، بالإضافة إلى أنظمة السلامة والأمن ومعدات توزيع الطاقة (مثل محولات المحطات الفرعية المدمجة).
بعد ذلك، سوف نقوم بفحص الخصائص التقنية والهندسة المعمارية للمحطة الفرعية الهيدروليكية CNG. يتم عادةً إنشاء المحطات الفرعية الهيدروليكية في مواقع-غالبًا ما تكون داخل المناطق الحضرية-حيث لا تتوفر بنية تحتية موجودة لخطوط أنابيب الغاز الطبيعي بالقرب من محطة التزود بالوقود، مما يمكنها من توفير خدمات التزود بالوقود للمركبات. يستخدم هذا النوع من المحطات نظام تعزيز هيدروليكي ليحل محل نظام التعزيز المعتمد على ضاغط الغاز التقليدي-. ويتميز بدرجة عالية من تكامل النظام، وقدرة قوية على التزود بالوقود، وسهولة التركيب، وتكاليف التشغيل المنخفضة. يظهر مخططها المعماري أدناه:
الهندسة المعمارية وعملية محطة ابنة الغاز الطبيعي المضغوط الهيدروليكية
يكون تدفق العملية لمحطة فرعية هيدروليكية تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط كما يلي: عند وصول مقطورة الغاز الطبيعي المضغوط إلى المحطة، يتم استخدام وصلات توصيل سريعة-لربط خرطوم إمداد مائع الضغط العالي-، وخرطوم إرجاع مائع الضغط العالي-، وحزمة غاز التحكم، وخرطوم مخرج الغاز الطبيعي المضغوط -عالي الضغط بوحدة انزلاق المحطة الفرعية الهيدروليكية. بمجرد أن يصبح النظام جاهزًا، تبدأ المضخة الهيدروليكية ذات الضغط العالي- في العمل. يقوم نظام التحكم الأوتوماتيكي PLC بفتح صمام دخول السائل وصمام مخرج الغاز لأسطوانة التخزين الأولى بينما يقوم في نفس الوقت بإغلاق صمام إرجاع السائل الخاص بها. يؤدي ذلك إلى حقن-وسيط سائل عالي الضغط-على وجه التحديد،-زيت هيدروليكي منخفض التطاير-في أسطوانة التخزين للحفاظ على ضغط الغاز داخل أوعية تخزين شاحنة الأسطوانة بين 20 و22 ميجا باسكال. يتدفق الغاز الطبيعي المضغوط من مخرج الغاز الخاص بأسطوانة التخزين، من خلال خرطوم الغاز الطبيعي المضغوط -عالي الضغط، وإلى الخزان العازل الموجود على مزلج المحطة الفرعية الهيدروليكية-. ثم يتم نقله عبر أنابيب الضغط العالي-إلى موزع الغاز الطبيعي المضغوط لتزويد المركبات التي تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط-بالوقود. عندما يتم تفريغ ما يقرب من 95% من الغاز الطبيعي، يصدر نظام التحكم الآلي أمرًا لإغلاق صمامات مدخل السائل ومخرج الغاز لأسطوانة التخزين المحددة هذه، بينما يفتح في نفس الوقت صمام إرجاع السائل الخاص به. وهذا يسمح للوسط السائل عالي الضغط-الموجود داخل الأسطوانة بالتدفق مرة أخرى إلى خزان التخزين الموجود على المنزلق، مدفوعًا بالقوى المشتركة لضغط الغاز المتبقي والجاذبية. بعد ذلك، يتم فتح صمامات دخول السائل ومخرج الغاز لأسطوانة التخزين الثانية، ويبدأ السائل ذو الضغط العالي في ملئها. تستمر هذه العملية حتى تعود أغلبية الوسط السائل من أسطوانة التخزين الأولى إلى خزان التخزين. طوال هذه العملية، يضمن نظام التحكم ببرنامج PLC أن أسطوانات التخزين الثمانية تعمل في دوران تسلسلي، بينما تقوم المحركات الهوائية بفتح وإغلاق صمامات الدخول والخروج لكل أسطوانة بدقة كما يمليها برنامج التحكم PLC. بمجرد انتهاء الشاحنة الأسطوانية من تفريغ الغاز، يحتاج الموظفون فقط إلى تبديل قارنة التوصيل السريع-إلى الشاحنة الأسطوانية التالية-وهي عملية نقل تستغرق حوالي 3 إلى 5 دقائق-لضمان التشغيل دون انقطاع لمحطة التزود بالوقود.
تتضمن مكونات المعدات الرئيسية للمحطة الفرعية للتزود بالوقود الهيدروليكي-مجموعة انزلاقية المحطة الفرعية الهيدروليكية- (التي تشتمل على هيكل الانزلاق، ونظام التعزيز، وما إلى ذلك)، وخزانة التحكم، ومعدات إمداد الهواء بالأجهزة، وموزع الغاز الطبيعي المضغوط (باستخدام تقنية التزود بالوقود أحادي الخط-)، ونظام السلامة والأمن، ومعدات تحويل وتوزيع الطاقة (مثل المحولات من النوع الصندوقي-). في القسم التالي، سوف نتعمق أكثر في منهجية اختيار المعدات لمحطات التزود بالوقود الفرعية - العاملة بالغاز الطبيعي المضغوط.
حاليًا، تخدم محطات التزود بالوقود للمركبات العاملة بالغاز الطبيعي المضغوط في المقام الأول الحافلات وسيارات الأجرة البلدية. ونتيجة لذلك، فإن آفاق السوق وقدرات إمدادات الغاز مقيدة بلوائح التخطيط الحضري، مما يؤدي إلى بعض القيود المتأصلة. على الرغم من أن المحطات الفرعية التقليدية والمحطات الفرعية الهيدروليكية تقدم في النهاية نفس المنتج-مما يؤدي إلى إيرادات متطابقة-فإن الاختلافات في معدات المعالجة الخاصة بها تؤدي إلى اختلافات في التكاليف الهندسية الأولية ونفقات التشغيل.
اختيار المعدات لمحطات الغاز الطبيعي المضغوط
ويشكل هذا مرحلة حاسمة في تحديد حل سليم تقنيا وقابل للتطبيق اقتصاديا. فهو لا يؤثر فقط على التحكم في تكاليف المشروع ولكنه ضروري أيضًا لتقليل النفقات التشغيلية. على مدى دورة حياة المشروع بأكملها، تكون التكاليف الإجمالية عبارة عن مركب من التكلفة الهندسية الأولية والتكاليف التشغيلية المتكبدة خلال فترة الخدمة. ولذلك، عند تقييم ومقارنة التصميمات الهندسية البديلة، يجب ألا يركز المرء فقط على التكاليف الهندسية المتكبدة أثناء مرحلة البناء، ولكن يجب أيضًا أن يأخذ في الاعتبار الكامل-نفقات التشغيل طويلة المدى أثناء مرحلة الخدمة.
يعتبر التحليل الشامل بمثابة الأساس لاختيار المعدات؛ هدفها هو تخصيص واستخدام الموارد ورأس المال بكفاءة لتحقيق أقصى قدر من عوائد الاستثمار. أثناء عملية الاختيار، يمكن استخدام منهجيات مختلفة لمقارنة الفوائد مقابل التكاليف، بدءًا من المقارنات الشاملة إلى المقارنات الجزئية. وبغض النظر عن الطريقة المحددة المعتمدة، فمن الضروري الالتزام بمبدأ الاتساق في معايير الحساب لكل من الفوائد والتكاليف، وبالتالي ضمان إمكانية المقارنة بين الحلول المختلفة المقترحة.
تشمل الطرق الشائعة الاستخدام للاختيار المقارن طريقة مقارنة الفوائد، وطريقة مقارنة التكلفة، وطريقة الحد الأدنى للسعر. ومن بين هذه الأمور، يعد *معدل العائد الداخلي على الاستثمار المتزايد*-تقنية محددة ضمن طريقة مقارنة المزايا-مفيدة بشكل خاص. من خلال حساب معدل العائد الداخلي المالي (IRR) على الاستثمار المتزايد بين الحلول البديلة ومقارنته بمعدل مرجعي محدد مسبقًا، توفر هذه الطريقة انعكاسًا واضحًا وبديهيًا لفوارق الأداء الاقتصادي بين الخيارات المختلفة. في بيئة اقتصاد السوق، حيث يكون تعظيم الربح هو الطبيعة المتأصلة لرأس المال، تثبت هذه الطريقة أنها ذات أهمية قصوى أثناء التقييم المقارن لمقترحات المشاريع.
نظرة عامة على المعدات الأساسية لمحطات الابنة التقليدية
في بناء المحطات التابعة للغاز الطبيعي المضغوط، تلعب المحطات التابعة التقليدية دورًا لا غنى عنه، ويتم تحديده إلى حد كبير من خلال مجموعة محددة من المعدات الرئيسية. هذه المكونات الأساسية ليست حاسمة فقط للتحكم في تكاليف المشروع ولكنها تؤثر أيضًا بشكل مباشر على تحسين النفقات التشغيلية. وبالتالي، عند تقييم مقترحات التصميم البديلة ومقارنتها، يصبح التقييم الشامل لهذه المعدات خطوة محورية في تحديد حل سليم تقنيًا وعقلاني اقتصاديًا.
نظرة عامة على المعدات الأساسية للمحطات الهيدروليكية
في بناء المحطات التابعة للغاز الطبيعي المضغوط، تلعب المحطات الفرعية الهيدروليكية دورًا محوريًا، وتتميز بمجموعتها الفريدة من المعدات المتخصصة. هذه المكونات الأساسية ليست ضرورية للتحكم في تكاليف الاستثمار في المشروع فحسب، بل لها أيضًا تأثير مباشر على تعزيز الكفاءة التشغيلية. أثناء عملية تقييم المقترحات البديلة ومقارنتها،-يشكل التحليل المتعمق لهذه المعدات خطوة حاسمة في تحديد الحل الفني والاقتصادي الأمثل.
