Arbetsrapport SGC AO FORDONST ANKST ATION NATURGAs Paraekopping av 4 st Fue Makers Kapacitet O Nm 3 /h Per Carsson Göteborg Energi AB Februari 1995 SGC
SGch FORDONST ANKSTATION NATURGAS Paraekopping av 4 st Fue Makers kapacitet O Nm3/h Per Carsson Göteborg Energi AB Februari 1995
GÖTEBORG ENERGI AB (10) U Per Carson /vp 1995-02-14 Fordontanstankstation Naturgas ============================== Innehåsförteckning Sammanfattning Summary Sid 2 2. 1.2 1.3 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3 4 5 Inedning Bakgrund Måsättning Förutsättningar Teknisk Beskrivning Dimensionering Lågtryckssystem Kompressorer Rörsystem, Lager, Fyningspane, Högtryck E system Container Drifterfarenheter Ekonomi sutsatser och försag för framtiden 3 3 3 4 4 5 5 6 7 7 8 8 9 O
2 SAMMANFATTNING När Göteborgs Spårvägar AB införskaffade sin första naturgasdrivna buss för stadstrafik, fö det på Göteborg Energi AB:s ott att bygga upp en tankstation för denna buss. Tankstationen består av 4 st små hemmatankningbenheter av fabrikat "FueMaker" koppade paraet och som via ett kaskadtanksystem försörjer bussen med komprimerad naturgas, (CNG). Sammanagd kapacitet hos kompressorerna är 10 Nm 3 /h vid 200 bars everanstryck. stationen fyer sin uppgift vä, som är att tanka ett enstaka fordon, men större kapacitet vore önskvärt. stationen har nu varit i drift ca 000 timmar och har fyttas ti en ny pacering för fortsatt tjänst. SUMMAR Y When the pubic bus transport company "Göteborgs Spårvägar AB" converted one of their buses to be operated on campressed natura gas (CNG), Göteborg Energi AB started the instaation of a CNG fiing station. The station consists of 4 sma homefue units (FueMaker). They operate in parae and via a storage system these compressors suppy the bus with gas. The tota capacity of the station is imited to 10 Nm 3 /h at a pressure of 200 bar, but it fufis the duty of serving one vehice. The station has now been in operation during more than 000 hours and has been transferred to a new site for continued service.
3 INLEDNING 1.1 Bakgrund Göteborgs kommunstyrese besutade 1991 att 20 st naturgasdrivna bussar skue finnas i drift i Göteborg 1993. Göteborgs Spårvägar (GS) tog sig an probemet med anskaffning och drift av bussarna, medan Göteborg Energi AB (GE) åtog sig att få fram tihörande tankstationer. För att snabbt vinna erfarenheter av upphanding och drift av bussar och tankstationer började GS med att konvertera en buss av typ scania ti naturgasdrift samtidigt som GE åtog sig att så snabbt som möjigt få fram en kompressor och övrig tankningsutrustning ämpig för denna buss. 1.2 Måsättning Projektets syfte var att ta fram underag för design och upphanding av en tankstation samtidigt som en kompetensuppbyggnad skue ske både inom det tekniska och fiskaa området. Vidare skue drifterfarenheter från paraekoppade kompressorer samt kostnadserfarenheter ingå i projektet. Ett annat syfte var att stationen i framtiden skue kunna användas av fordonsägare som önskar en mindre tankstation, ämpig för ett fordon, under en begränsad tid. Detta för att underätta introduktionen av naturgasdrivna fordon (NGV) i Sverige.
4 1.3 Förutsättningar Vid introduktion av högtrycksteknik inom naturgasområdet finns fera hinder att övervinna. Brist på reevanta reger och erfarenhet av komprimerad naturgas (CNG) gör att introduktionen bir dyr och tar ång tid att genomföra. Göteborg Energi AB önskade ta fram en station som skue kunna användas även efter det att en större tankstation för 20 bussar tagits i bruk, för att åta intresserade fordonsägare och/eer gaseverantörer få snabb tigång ti en enke och fexibe tankanäggning. För att öka möjigheten ti ett yckat resutat togs kontakt med AGA Gas i Stockhom samtidigt som inköp och godkännande av kompressorerna samordnades med Vattenfa Energisystem AB. Kompressorerna som skue användas var av typ FueMaker vardera med en maxima kapacitet av 3 Nm 3 /h vid 200 bar. 2 TEKNISK BESKRIVNING Anäggningens "hjärta" är fyra FueMaker hemmatankningsenheter koppade paraet via ett högtrycksager ti en fördeningspane. Lager och kompressorer är pacerade i en havöppen 20' container, då kompressorerna ej får stå inomhus. Tankningstid bir 5 timmar med det tankningsbehov som bussen normat har. Det har visat sig att det inte är några probem att håa en buss i drift med denna anäggning. Systemets uppbyggnad framgår av fig.
5 2.1 Dimehsionering Basuppgiften är bränseförbrukningen hos fordonet. Vid en station avsedd enbart för ett eer några få fordon är även bränsetankens voym en parameter som behövs för dimensioneringen. Då tankning sker nattetid är tigängig tanktid ca 8 timmar. Då bussens bränsekapacitet är ca 140 Nm 3 och om tankning ska ske utan kaskadager bör kompressorkapaciteten såedes vara 140/8 = 18 Nm 3 /h. Används ett kaskadager viket ger ängre gångtider på kompressorerna kan kapaciteten hos dessa minska. Vid 24 timmars drift/dygn bir den nödvändiga kapaciteten 140/24 = 6 Nm 3 /h. 24 timmars drift ger dock ingen margina för service och underhå. Utgående från de fyra FueMakerkompressorerna och under antagande att tre är i drift samtidigt kan de producera 3x3=9 Nm 3 /h dvs drygt 140 Nm 3 på 16 timmar. Kompetteras kompressorerna med ett kaskadager på 120 Nm 3 kan tankningstiden reduceras ti 7 timmar. Eftersom bussen i praktiken ej är tom bir den verkiga tankningstiden något kortare. 2.2 Lågtryckssystem ( < 4 bar ) FueMaker kompressorn har.en stor nackde, nämigen att den tiåter max 140 mbar som inoppstryck på gasen. Detta för med sig att en abonnentcentra (AC) med reguator måste införas mean kompressorerna 09h 4 barsnätet. En standard AC användes, dock med utgående tryck 140 mbar. Då dimensionen är DN 25 utfördes rörsystem i koppar, viket nu i efterhand visat sig vara mindre ämpigt. Det hade varit bättre om rörsystemet byggts i stå pga mekaniska förutsättningar. Mätning sker direkt efter AC med temperaturkompensering, men utan tryckkompensering eftersom trycket igger stabit på 140 m bar. Gasen eds via avstängningsventier ti kompressorerna.
6 2.3 Kompressorer Tankningsenheten ink kompressorerna tiverkas av kanadensiska FueMaker i Toronto. Företaget är samägt av schweiziska kompressortiverkaren Suzer, amerikanska gasboaget Questar och kanadensiska gasboaget BC Gas. Suzer har stått för större deen av den tekniska utveckingen av tankningsenheterna. En enhet väger 48 kg och är mycket kompakt. Den består i huvudsak av en kompressor med styrenhet. Gasens inoppstryck får vara högst 140 mbar. Komprimeringen av gasen sker i fyra steg ti 200 bar (vid 20 c yttertemperatur). Genom avancerad användning av past och keramer samt ett noggrant tiverkningsförfarande har man fått fram en kompressor som är het smörjningsfri. Någon risk för oja i den komprimerade gasen finns såedes ej. Kapaciteten vid 50Hz 220 V är 2,5-3 Nm3/h. Någon yttre rördragning mean de oika kompressorstegen finns ej utan rören är ingjutna i cyindergodset. Läckagerisken är därmed eiminerad redan vid konstruktionsbordet. Kompressorn, som är uftkyd, drivs av en emotor på 1,8 kw. styrenheten stoppar automatiskt tankningen då rätt tryck uppnåtts. Detta tryck är beroende av omgivningstemperaturen. Vid +20 C är stängningstrycket 200 bar och vid exempevis -3o C 125 bar. Under tankning övervakar styrenheten föroppet. Är inoppstrycket för ågt stoppas kompressorn. Om den normaa tryckökningen utebir, eer markant ändras, kan det tyda på äckage och kompressorn stoppas. Övervakning sker även av motorns och kompressorns temperatur.
Anta drifttimmar oggas och enheten taar om när det är dags för översyn. 7 Kompressorn är granskad och godkänd av sprängämnesinspektionen. 2.4 Rörsystem, ager och fyningspane. Rörsystem, ager och fyningspane med tihörande komponenter är konstruerade och evererade av AGA-Gas AB. Rörsystemet är utfört i rostfritt stå SS 2352-24. Ventier och rördear är i rostfritt stå av fabrikat Swageock. Via fyningspaneen eds den komprimerade gasen från kompressorerna antingen direkt ti fordonet (ångsamtankning) eer ti kaskadtankarna (agret). Lagret består av 10 st typgodkända 50 iters metanfaskor. Totat rymmer agret ca 120 Nm3 av vika ca 50 är effektivt tigängiga. En pneumatisk avstängningsoch manövreringsventi är inbyggd i systemet där även en sangbrottsindikation finns. Fyningspaneens uppbyggnad framgår av fig 2. Fynadssangen är en veckad och mantad rostfri sang med en Sherex se 250 kopping mot fordonet. Denna kopping är ej avuftningsbar utan tryckutjämning sker via fyningspaneen. Nackdeen med detta system är att den i sangen stående gasvoymen töms ti atmosfär vid avuftning. Rörsystemets konstruktion är granskad och godkänd av sprängämnesinspektionen samt provtryckt av SA. 2.5 Esystemet En enke ecentra har instaerats där en 32 A 3-fasansutning finns, d v s det är mycket ätt att ansuta anäggningen även vid en provisorisk uppstäningspats. Förutom kompressorer och beysning är det endast sangbrottsindikatorn och ventistyrningen som förbrukar eström i anäggningen.
Beysningsarmaturer har i EX-skyddat utförande trots att containerutrymmena ej har kassats som EX-område. 8 2.6 Container Kompressorerna är av en typ som endast får användas utomhus. Eftersom det var önskvärt att pacera kompressorer och a övrig utrustning i ett gemensamt utrymme innebar det att a utrustning måste dimensioneras för -30 c. Det gemensamma utrymmet utgöres av en 20 fots container som försetts med ventiation enigt Svensk standard för att bi betraktad som en öppen konstruktion. I containern finns en skijevägg ti ett separat brandisoerat utrymme där kaskadtankarna pacerats. Ingen mekanisk ventiation eer uppvärmning har instaerats. 3 DRIFTERFARENHETER EFTER 000 H GÅNGTID. Kompressorerna ska in ti fabrik för översyn efter 000 timmars drift och de är förprogrammerade att stänga av sig efter denna drifttid. Detta är naturigtvis en stor nackde när det gäer industriappikationer. Ett annat probem som har upptäckts är att temperaturkompenseringen av tryckströmbrytaren bör vara av högre kvaitet än i det nuvarande utförandet. Vid ca o c är det stor spridning av de oika enheterna stopptryck. Detta betyder i sin tur att kompressorernas säkerhetssystem aktiveras då en kompressor ej karar av att fya tankarna fort nog. Se kap 2.3.
9 Vidare får man vara mycket uppmärksam på fukthaten i gasen. En FEM - edning har en viss diffusion och ängre sträckningar med "bindtarm" ti kompressorstationer bör utföras i stå. Torkare har fått sättas in på högtrycksdeen av systemet för att kornrna tirätta med fuktprobernet. Vid användning av biogas är det än viktigare att vara uppmärksam på detta probem. 4 EKONOMI Då anäggningen byggts som demonstration och försöksanäggning uppfyer den ej krav på kornrnersiaitet. Anäggningen är dessutom adees för iten för att bi intressant ur denna synvinke. Totakostnaden för tankstationen bir om man undantar markarbeten och gasedningsarbeten. KKR Kompressorer, 4 st 110 Högtrycksanäggning AGA 115 Begagnad container 65 Earbete ink servis 20 Projektering 25 Högtrycksfiter 15 TOTALT 350 ============================================= Markarbetena uppgick ti 400 000 kr. Denna kostnad är dock ej representativ utan schabonmässigt bör man kunna utgå från ca 50 000 kr viket ger en totakostnad för stationen på ca 400 000 kr.
O 5 SLUTSATSER OCH FÖRSLAG FÖR FRAMTIDEN stationen har uppfyt kravet att kara av att håa en buss igång med CNG. Tekniskt har den fungerat vä och den är tänkt att fortsätta vara i drift hos oika kunder. Dock är inte dessa hemmatankningsenheter ämpiga att paraekoppa, främst av styr- och regertekniska skä. Det är bättre att i framtiden satsa på ite större kom- pressorer med separat övervakning om iknande anäggningar ska byggas. Även kapacitetsmässigt bör stationen dimensioneras så att ångsamtankning kan ske utan stöd från kaskadager. En viktig sutsats man kan dra av anäggningen gäer kapacitetsbehovet hos kompressorerna. Vid ett större anta bussar räcker det med 10-15 Nm3jh kapacitet per buss. Denna sutsats bör utnyttjas vid dimensionering av nya tankstationer, vika annars ätt överdimensioneras.
- ~ E c --~"E L u ". ~~f o. "'d!;- ~;fz V> W 00~ III.S::f>W "~ > +''i] g...-~r:a... ~=<t ~ O.., <.E:,E~~ +> L III <t f 0 E~ a~.s ' ""'.g t.: c. E!:>. LO c ~U< o~ ~r j'-/['m6a> --., nkommcnfd.e cbonnentsk~p~ naturges ren 1 I~ r- - - -- -- - - - - - - - - --= -..::-.~c-.::.=-:-- c;,:_=c=:- - - -- - - - -- - - -. -. 102 106 r - - - - - - - - - - - - -r- - - - - - - - - - - PÅFY.LNINGSPANEL HÖGTRYCK 112 ITr ) 108 118 r - - 1 - - - - - - ---' 121 NÖD~! STOPP L - - - - - - - - - - - - L - - - - - - L - - - - J 114 -- - - - F\.ASKPAKET FÖR NATURGASSUFFERT BUSS E box Kompressorved Kompr-buss Driftsvo Kompr"-fosko Snatibtank LoiTTIIndkering J~~~~~~t1!v NITROGENF\.ASKA (200 BAR) FOR PNEUMA11SK AVSTÄNGNIN PN 10 bor DN 8. -- L.A&6..1~v,;_i.A.!!~~-~~ii~----- - - - - - - --- - - - - --- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - j Tryckkoss : PN 200. Mcxfiode frcn kompressorer ( 4 st Fue M eker): 18 Nm3/h. Tempercturomrcde: -30-+50 Cesius. Zonindening for ncturgcs: Zon C. Tryckprovning: 1.5X200 ber. Ej ficskpcket. her reden provtryckts. Rormcteric: SS-2353-24. dim 12X2. Armatur: PN 200 e~r högre. Typintyg 5939 for naturges eer cnnct godkännande. Fcskpcket med cvstangningsvent: Godkänt enigt normaa faskrutiner. FOSIANTI BENÅMNING R"N TYF ENERGIVERK GÖTEBORG NA TURGASFÖRSÖRJNING BUSS FYLLNINGSSTATION ANMÅRKNING ~G~ AGA Gas AB DATUI.i RITAD RJTN.-NR -- RE" Koppingar: Gängensutningar eer svageockkoppingar med typintyg 5939 for naturgc ~ROCESSFLÖDESSCHEMA 1991-05-27 DG 500006832-5