LNG加氣站工藝設(shè)計(jì)探討

【摘 要】通過對(duì)LNG加氣站工藝流程的對(duì)比，工藝設(shè)備的選型分析以及對(duì)工藝管道的保冷方式的論述，并結(jié)合杭州地區(qū)已建的某LNG加氣站（下文簡稱“杭州LNG加氣站”）相關(guān)工藝設(shè)計(jì)，對(duì)國內(nèi)LNG加氣站的工藝設(shè)計(jì)現(xiàn)狀進(jìn)行探討分析，為LNG加氣站工藝設(shè)計(jì)提出合理化方案。

【關(guān)鍵詞】LNG；加氣站；工藝設(shè)計(jì)；設(shè)備選型

一、引言

LNG 即液化天然氣，是由天然氣在常壓下深冷至-162℃，由氣態(tài)相變?yōu)橐簯B(tài)的產(chǎn)物。LNG相比天然氣的優(yōu)點(diǎn)主要為冷凝成液態(tài)后雜質(zhì)少，體積變小，約為氣態(tài)的1/600，大大的方便了儲(chǔ)存和運(yùn)輸。液化天然氣是一種安全、高效的綠色能源。發(fā)展液化天然氣可以改變我國能源結(jié)構(gòu)，降低GDP的能耗指標(biāo)，提高能源利用效率，減輕城市大氣污染等多種好處。

LNG汽車加氣站即為LNG汽車充裝燃料的場所。相比CNG汽車，LNG汽車既有CNG的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)，又具有燃料箱體積小，單次加氣行駛里程長的優(yōu)點(diǎn)，正因如此，LNG燃料越來越受到大巴車、公交車、大貨車等車輛用戶的青睞。隨著各地政府部門對(duì)LNG汽車及加氣站的越來越重視，及《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB50156-2012的實(shí)施，LNG加氣站的建設(shè)有了國家政府的支持及規(guī)范的依據(jù)。LNG汽車及LNG加氣站也在全國范圍內(nèi)迅速發(fā)展起來。本文結(jié)合杭州LNG加氣站，對(duì)LNG加氣站的工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行探討分析。

二、工藝流程設(shè)計(jì)

LNG加氣站的工藝流程主要包括：卸車流程，加液流程，增壓流程，泄壓流程等。

（1）卸車流程：

從LNG液化廠用低溫運(yùn)輸槽車將LNG運(yùn)至汽車加氣站，通過加氣站卸車接口、真空管道、潛液泵、卸車增壓器、閥門等將LNG灌注到加氣站的低溫儲(chǔ)罐中。

LNG加氣站的卸車流程主要有3種，采用增壓器卸車、采用潛液泵卸車、兩種方式聯(lián)合卸車等。

增壓器卸車：通過卸車增壓器將氣化后的氣態(tài)天然氣送入LNG槽車，增大槽車的氣相壓力，將槽車內(nèi)的LNG壓入LNG儲(chǔ)罐。此過程給槽車增壓，所以卸完車后需要給槽車降壓，需排出大量氣體。

潛液泵卸車：將LNG槽車和LNG儲(chǔ)罐的氣相空間相連通，通過低溫泵將槽車內(nèi)的LNG卸入LNG儲(chǔ)罐。

聯(lián)合卸車：先將LNG槽車和LNG儲(chǔ)罐的氣相空間相連通，然后斷開，在卸車的過程中通過增壓器適當(dāng)增大槽車的氣相壓力，用低溫泵卸車。

杭州LNG加氣站采用聯(lián)合卸車設(shè)計(jì)，可加快卸車速度。必要時(shí)也可單獨(dú)采用增壓器卸車或者潛液泵卸車?？梢栽贚NG加氣站初次使用時(shí)卸車或者為了保護(hù)泵減少泵的使用頻率時(shí)使用儲(chǔ)罐增壓器卸車方式，卸車時(shí)可同時(shí)進(jìn)行加氣，能實(shí)現(xiàn)加氣量累計(jì)計(jì)量功能。

本站設(shè)置有BOG回收系統(tǒng)，因此增壓器卸車需要排出的大量氣體可以回收至中壓管網(wǎng)不會(huì)造成浪費(fèi)，且聯(lián)合卸車可以縮短卸車時(shí)間，提高效率，對(duì)本站而言聯(lián)合卸車是最好的選擇。

卸車時(shí)給汽車加氣流程：當(dāng)卸車時(shí)系統(tǒng)接收到加氣機(jī)上的加氣信號(hào)后會(huì)立即關(guān)閉卸車氣動(dòng)閥，打開加氣機(jī)加氣氣動(dòng)閥用泵從槽車抽出的液體直接供入加液流量計(jì)、加氣槍、汽車鋼瓶，同時(shí)開始加氣計(jì)量。加氣完畢后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟卸車氣動(dòng)閥，關(guān)閉加氣氣動(dòng)閥，加氣計(jì)量停止。泵從槽車抽出的液體繼續(xù)進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐。整個(gè)過程全部由系統(tǒng)自動(dòng)控制完成，中途不會(huì)停泵，加液計(jì)量分別由電控系統(tǒng)在計(jì)量顯示。

（2）汽車加液流程：

采用LNG潛液泵將LNG儲(chǔ)罐內(nèi)液體輸送至加液機(jī)給汽車車瓶充氣。

杭州LNG加氣站給車輛加氣時(shí)，先將加注管路通過專用的LNG加液槍與汽車上的LNG瓶進(jìn)液接口相連接，待加氣系統(tǒng)預(yù)冷完畢后將LNG輸送到車用LNG鋼瓶中，通過加氣面板來控制泵運(yùn)轉(zhuǎn)輸送的流量，同時(shí)用LNG流量計(jì)計(jì)量出輸送的液體，在控制面板上顯示質(zhì)量（或標(biāo)方數(shù)）和價(jià)格。另加氣機(jī)預(yù)留回氣槍計(jì)量接口，若有需要可將加氣回氣做回收，經(jīng)回氣管道進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐。

（3）泄壓流程：LNG儲(chǔ)罐內(nèi)氣相壓力高于安全閥設(shè)定壓力，安全閥自動(dòng)泄壓。此時(shí)也可手動(dòng)打開放散閥放空卸壓。放空的氣體需經(jīng)過EAG加熱器加熱后，方可經(jīng)放散管排出。

（4）BOG回收流程：

LNG貯罐內(nèi)的氣相壓力高于一定壓力后，打開緊急切斷閥，氣體通過BOG加熱后，經(jīng)過調(diào)壓計(jì)量后進(jìn)入市政中壓管網(wǎng)。

三、工藝設(shè)備選型

加氣站的工藝設(shè)計(jì)除工藝流程外，設(shè)備的選擇也至關(guān)重要。杭州LNG加氣站設(shè)備選擇以國內(nèi)設(shè)備為主，部分關(guān)鍵設(shè)備采用進(jìn)口件。

（1）低溫儲(chǔ)罐：本站LNG儲(chǔ)罐采用60立方臥式儲(chǔ)罐，相對(duì)立式儲(chǔ)罐而言，臥式儲(chǔ)罐占地面積較大，但是高度低，不易引起注意，不會(huì)對(duì)周圍不了解LNG加氣站的群眾造成心理恐慌。該站儲(chǔ)罐絕熱方式采用高真空多層纏繞方式。相對(duì)比真空粉末絕熱方式，該種絕熱形式儲(chǔ)罐較為經(jīng)濟(jì)，而絕熱效果與真空粉末儲(chǔ)罐區(qū)別較小。另外儲(chǔ)罐的根部閥要求選擇進(jìn)口優(yōu)質(zhì)閥門，以保證儲(chǔ)罐的使用安全和工藝可靠性。

（2）潛液泵撬：本站僅采用1臺(tái)潛液泵，采用成撬設(shè)備，潛液泵采用美國ACD泵，技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)越。泵最大排量為340L/min，滿足本站運(yùn)行需求。另外撬內(nèi)集成200Nm3/h卸車增壓器及100Nm3/h的EAG加熱器各1臺(tái)。成撬布置可減少設(shè)備占地面積，節(jié)約土地資源。

（3）LNG加液機(jī)：本站采用的是國產(chǎn)的單槍加液機(jī)，其計(jì)量采用進(jìn)口質(zhì)量流量計(jì)，保證計(jì)量精度，并在加注及回氣管道均設(shè)置流量計(jì)。加液機(jī)顯示屏具有顯示計(jì)量結(jié)果和售氣量功能，即加氣量、金額、單價(jià)等，這些數(shù)據(jù)可以通過通訊接口傳送給控制系統(tǒng)的上位機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集和管理。加液機(jī)最大加液流量范圍為1-160L/min，共設(shè)置2套。

（4）BOG加熱器：本站設(shè)置有BOG回收系統(tǒng)，設(shè)計(jì)采用200Nm3/h的BOG加熱器1臺(tái)，要求進(jìn)口溫度為-192℃，出口溫度為常溫。將回收的低溫BOG氣體加熱至常溫后送至中壓管網(wǎng)回收。

四、管材選用

在管材選用上，非保冷管道采用滿足國家規(guī)范GB/T14976要求的不銹鋼無縫鋼管。

保冷管道可采用外包保冷材料和真空保冷管道兩種不同保冷方式的管道。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中保冷材料保冷方式的管道后期維護(hù)方便，但是需做好防水措施，一旦被水浸泡容易失去保冷效果，另外為了達(dá)到保冷效果，一般保冷層都較厚，整體外觀效果較差，且占地較大。

真空保冷管道與保冷材料相對(duì)應(yīng)，該保冷方式施工后整體美觀，占地小，不容易被損壞，但是真空保冷有一個(gè)有效期，過了有效期需要重新抽真空進(jìn)行維護(hù)，后期維護(hù)較為不便。杭州LNG加氣站在充分考慮以上兩種保冷方式的優(yōu)缺點(diǎn)，采用以真空管道為主，局部采用現(xiàn)場發(fā)泡保冷材料保冷的方式。

在低溫管道的設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足工藝要求的情況下，LNG低溫管道盡量做到簡化、方便維修，盡可能地縮短管道長度，減少BOG產(chǎn)生量。在管道布置的設(shè)計(jì)應(yīng)有利于消除管道冷熱應(yīng)力，防止管道熱脹冷縮造成管道位移變形損壞管道，造成不必要的事故。

五、結(jié)論

隨著LNG加氣站在全國各地的大量建設(shè)，LNG加氣站的工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)也在不斷改進(jìn)和完善。LNG加氣站的工藝流程有不同的方式可供選擇，LNG工藝設(shè)備的選擇也具有多種樣式、不同廠家的產(chǎn)品。

具體工藝流程及設(shè)備各有優(yōu)缺點(diǎn)，在LNG加氣站的具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)建站的地點(diǎn)不同，建設(shè)方的需求不同及建設(shè)方能夠承受的經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，選擇最優(yōu)的流程和合適的設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

1、《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB50156-2012（2014年版）；

2、《液化天然氣（LNG）汽車加氣站技術(shù)規(guī)范》NB/T1001-2011；