CNG/LNG 儲氣調(diào)峰加氣站工藝流程及裝置選擇

劉玉曉

(河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司,河南 鄭州450044)

1 前言

伴隨著河南經(jīng)濟的跨越式發(fā)展,機動車數(shù)量突飛猛進,據(jù)統(tǒng)計,2010年,全省機動車保有量突破1646萬輛,以后還將以每年新增100萬輛規(guī)模遞增,而省會鄭州汽車保有量已經(jīng)達到210萬輛,超過武漢和西安。河南又地處中原,是北上南下、東引西進的必經(jīng)之地,一方面是經(jīng)濟社會發(fā)展刺激機動車保有量持續(xù)增長,另一方面是汽車尾氣帶來的空氣污染越來越嚴(yán)重。河南城鎮(zhèn)大氣污染源主要是鍋爐煤煙和汽車尾氣,汽車尾氣對城鎮(zhèn)空氣污染貢獻值逐年升高,鄭州市水平超過60%。要想從根本上治理汽車尾氣污染,必須全面發(fā)展天然氣清潔汽車。通過大型車輛使用LNG燃料,可使城市區(qū)域的大氣環(huán)境得到明顯的改善。

2 工程概況

濟源中裕壓縮氣有限公司濟源西環(huán)路CNG/LNG儲氣調(diào)峰加氣站位于濟源市西環(huán)路東側(cè),本工程為濟源中裕壓縮氣有限公司西環(huán)路CNG/LNG儲氣調(diào)峰加氣站工程。主要工程內(nèi)容：(1)新建60立方米LNG儲罐2臺(一用一備),用于LNG加氣站內(nèi)的儲氣需要;(2)新建LNG加氣機2臺,用于重型卡車的加氣需要;(3)新建4.5立方米CNG高壓儲氣井4口及1000Nm3/h排量的CNG標(biāo)準(zhǔn)站壓縮機3臺;(4)新建CNG加氣機4臺,用于對社會車輛供氣。

3 工藝流程及裝置的選擇

本站為LNG加氣站與CNG加氣站合建站,站內(nèi)同時具備給汽車充裝LNG和CNG的功能。

3.1 LNG加液部分工藝流程及裝置

3.1.1 LNG系統(tǒng)

(1)設(shè)計規(guī)模。

本項目LNG加氣站服務(wù)對象主要為修武縣的運營載貨汽車,重載卡車每次加液可以達到1m3LNG,本項目LNG設(shè)計儲氣規(guī)模為60m3,加氣站按每日補充1次LNG計算,則每天每座站可以服務(wù)60輛重型卡車,日耗氣量為3.0×104Nm3,因此本項目LNG部分設(shè)計規(guī)模確定為3.0×104Nm3/d。

(2)設(shè)計壓力和溫度。

通過查看LNG車輛發(fā)動機的工作壓力,我們確定LNG加氣站系統(tǒng)工作壓力在0.4～0.8Mpa之間,LNG儲藏罐的設(shè)計壓力是1.44MPa。系統(tǒng)采用液態(tài)氮氣進行預(yù)冷和置換,液態(tài)氮氣的溫度是－196℃,系統(tǒng)設(shè)計溫度確定為－196℃。

3.1.2 工藝流程

LNG加氣站工藝流程分為卸車、升壓、加液以及卸壓等四個工序。

(1)卸車工序。

要把槽車內(nèi)的LNG轉(zhuǎn)移到LNG加氣站的儲藏罐內(nèi),使LNG經(jīng)過泵從儲藏罐通過液管進入到LNG儲藏罐。卸車通常有三種方式：泵卸車、增壓器卸車、增壓器和泵聯(lián)合卸車。泵卸車方式的優(yōu)點是不用產(chǎn)生放空氣體,工藝流程簡單,缺點是電耗較高;增壓器卸車方式的優(yōu)點是工藝流程簡單,電耗較少,但缺點是產(chǎn)生大量的放空氣體,且卸車時間較長;增壓器和泵聯(lián)合卸車方式優(yōu)點是卸車時間比較短,電耗小于泵卸車,但缺點是工藝流程較復(fù)雜。通過現(xiàn)場調(diào)查,考慮到各方面影響因素,本工程決定采用增壓器和泵聯(lián)合卸車方式進行卸車。

(2)升壓工序。

LNG的汽車發(fā)動機通常需要車載氣瓶內(nèi)飽和液體壓力稍高,一般處于0.4～0.8MPa,但是儲存和運輸需要LNG飽和液體壓力確越低越好。LNG加氣站的升壓方式一種是通過增壓器與泵聯(lián)合使用進行升壓,另一種是通過增壓器進行升壓。通過綜合考慮這兩種方式的優(yōu)缺點,本工程決定采用增壓器與泵聯(lián)合使用進行升壓,并且加大增壓器的傳熱面積。

(3)加氣工序。

LNG加氣站儲氣罐中的LNG通過泵加壓后,用加液機通過計量加給LNG汽車進行使用。車載儲氣瓶往往為上進液噴淋式,加進去的LNG直接吸收車載氣瓶內(nèi)氣體的熱量,使瓶內(nèi)壓力降低,不僅減少了放空氣體,而且提高了加氣的速度。

(4)卸壓工序。

經(jīng)過對國內(nèi)外目前比較先進的LNG加氣站工藝進行詳細調(diào)查,在正常工作狀態(tài)下,系統(tǒng)的放空與操作和流程設(shè)計往往有很大關(guān)聯(lián)性。設(shè)計和使用過程中應(yīng)盡可能減少使用增壓器,如果確實需要給儲氣罐進行增壓的時候,應(yīng)該在車輛加氣前兩個小時左右,不適合在卸完車后馬上進行增壓。

3.1.3 裝置布置

本工程為了滿足LNG加液的需求,設(shè)置的工藝設(shè)備主要有：低溫儲罐、LNG泵撬、卸車(儲罐)增壓器等,均布置在站內(nèi)LNG儲罐區(qū)內(nèi);LNG加液機布置在加氣區(qū)。

3.1.4 設(shè)備選型

本項目工藝設(shè)備主要有：60m3低溫儲罐2臺(一用一備)、LNG泵撬1臺、卸車(儲罐)增壓器1臺、EAG加熱器1臺、布置在儲罐區(qū)內(nèi),2臺加液機布置在加氣區(qū)。

(1)LNG儲罐。

LNG儲罐對保冷性能要求比較高,因此本工程決定選用立式真空粉末隔熱儲罐。根據(jù)系統(tǒng)的要求,確定儲罐內(nèi)筒/外筒的設(shè)計壓力分別為1.44/－0.1Mpa。

(2)LNG泵撬。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),目前國內(nèi)已經(jīng)建成的LNG加氣站低溫泵大多都是使用國外進口泵。LNG低溫泵的流量往往根據(jù)加氣站的設(shè)計規(guī)模及加液機的流量進行確定,本工程LNG低溫泵的設(shè)計流量在0～320L/min之間。

根據(jù)LNG泵的性能曲線對LNG低溫泵進行選型,其主要參數(shù)如下：介質(zhì)：LNG;最低工作溫度：－162℃;設(shè)計溫度：－196℃;設(shè)計流量：0－320L/min;設(shè)計揚程：220m;最大揚程：250m;進口靜壓頭：≥0.7m;電機功率：11k W;轉(zhuǎn)速：1500－6000rpm;電源：3相,380V,50Hz。

(3)增壓器。

增壓器是完成加液系統(tǒng)升壓、升溫工序中的必備設(shè)備中的一種,增壓器選用空溫式加熱器,借助列管外的空氣給熱,使管內(nèi)LNG升高溫度來實現(xiàn)。通過計算,本設(shè)計選用處理量為200Nm3/h的增壓器1臺。其主要工藝參數(shù)如下：進口介質(zhì)：LNG;出口介質(zhì)：NG/LNG;最高工作壓力：1.2MPa;設(shè)計壓力：1.6MPa;設(shè)計溫度：－196℃;進口溫度：高于或等于－162℃;出口溫度：＞－137℃。

(4)加液機。

加液機是給重卡上的LNG氣瓶加氣和計量的設(shè)備,主要包括加氣槍和流量計兩大部件。加氣槍是對車載LNG氣瓶加液的快速接頭;流量計是計量設(shè)備,采用質(zhì)量流量計,具有溫度補償功能。所選LNG加液機的主要參數(shù)如下：計量準(zhǔn)確度：±1.0%;額定工作壓力：1.6MPa;范圍流量：6－180L/min;環(huán)境溫度：－30－55℃;管 路 溫 度：－196－55℃;工 作 電 源：220VAC5A;加氣軟管：DN25低溫不銹鋼波紋軟管4m;氣相回收軟管：DN15低溫不銹鋼波紋軟管4m;加氣槍頭：DN25LNG專用加液槍;氣相管接頭：DN15LNG專用快速接頭。

(5)EAG加熱器。

EAG加熱器是對超壓放散的低溫氣體進行加熱,并考慮到對后面管材的影響,使其溫度大于－15℃。通過相關(guān)計算,本設(shè)計選用處理量為120Nm3/h的加熱器1臺。其主要參數(shù)如下：設(shè)計壓力：1.6MPa;設(shè)計溫度：－196℃;最高工作壓力：1.2MPa;進口溫度：高于或等于－162℃;出口溫度：環(huán)境溫度。

3.2 CNG加氣部分工藝流程及裝置

3.2.1 CNG系統(tǒng)

本工程的CNG加氣系統(tǒng)設(shè)置的主要目的是為了滿足出租車、公交車及其他社會車輛的CNG加氣需要。CNG加氣系統(tǒng)主要包括NG進站調(diào)壓工藝系統(tǒng)、NG增壓儲存工藝系統(tǒng)、CNG汽車加氣系統(tǒng)。本站CNG系統(tǒng)與LNG系統(tǒng)均為獨立系統(tǒng)。

(1)設(shè)計規(guī)模。

本項目CNG加氣部分設(shè)計規(guī)模為20000Nm3/d。設(shè)置4臺CNG雙槍加氣機。每天可為1000輛CNG汽車加氣。

(2)設(shè)計壓力。

NG管道：天然氣管道進站閥門與天然氣增壓壓縮機之間的管道為常溫管道,設(shè)計壓力1.6MPa,最高工作壓力1.6MPa,工作壓力1.2MPa;CNG管道：設(shè)計壓力27.5MPa,最高工作壓力25MPa;氣動緊急切斷閥壓縮空氣管道設(shè)計壓力1.6MPa,工作壓力0.7MPa。

4 結(jié)束語

CNG/LNG加氣站項目是一項環(huán)保型、能源型、基礎(chǔ)設(shè)施型的建設(shè)工程,同時,CNG/LNG加氣站又是一種特殊的工業(yè)領(lǐng)域,專業(yè)性較強、安全要求很高。所以我們工程技術(shù)人員在合理選擇工藝方案時,要嚴(yán)格貫徹國家能源政策,立足高起點、高標(biāo)準(zhǔn),積極采用新工藝、新技術(shù)、新材料、新設(shè)備。既要取得良好的環(huán)境效益、社會效益,也要取得較好的經(jīng)濟效益。