橇裝式LNG加氣站設(shè)計(jì)探討

陳 楊

橇裝式LNG加氣站設(shè)計(jì)探討

陳 楊

（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400016）

對(duì)橇裝式LNG加氣站的工藝流程、成橇設(shè)計(jì)進(jìn)行了論證分析，給出了總體成橇方式和規(guī)模；根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范和可能的實(shí)際狀況，對(duì)橇裝站的安全和消防做了典型論述，為相關(guān)科學(xué)及工程設(shè)計(jì)工作人員提供一定的參考。

橇裝式；LNG加氣站；設(shè)計(jì)；安全；消防

天然氣作為清潔能源，以其對(duì)環(huán)境幾乎零污染的優(yōu)勢逐漸取代石油。尤其近幾年，國家相關(guān)優(yōu)惠政策的出臺(tái)更促進(jìn)了天然氣的廣泛應(yīng)用，各地天然氣汽車加氣站建設(shè)也進(jìn)入繁盛時(shí)期。液化天然氣(Liquefied Natural Gas，簡稱LNG)，以其無色、無味、無毒、無腐蝕性，且易儲(chǔ)存等特性，被公認(rèn)為一種環(huán)保、先進(jìn)的新能源。橇裝式液化天然氣（LNG）加氣站以其儲(chǔ)存效率高、占地少、投資低、無大型動(dòng)力設(shè)備、噪音小、并且不依賴天然氣管網(wǎng)等優(yōu)勢，具有良好的推廣前景。海南?？?、杭州、深圳等城市相繼建成LNG橇裝式加氣站并且投入使用。然而，液化天然氣（LNG）屬于易燃易爆物，稍有疏忽就會(huì)可能出現(xiàn)重大安全事故，因此橇裝式LNG加氣站的工藝設(shè)計(jì)、成橇方案，安全消防方案都需要綜合考慮，除了要滿足現(xiàn)行規(guī)范和政策法規(guī)，還要滿足實(shí)際工程項(xiàng)目的需要，確保加氣站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 工藝流程[1-4]

LNG加氣站的工藝流程主要有卸車流程、調(diào)壓流程、加氣流程和卸壓流程。

1.1 卸車流程[11]

將槽車上的LNG通過進(jìn)液管卸入LNG站內(nèi)儲(chǔ)罐，一般從上進(jìn)液管進(jìn)氣，卸車方式有：增壓器卸車、泵卸車以及兩者聯(lián)合卸車。

增壓器卸車的方式是：LNG首先通過LNG槽車增壓口進(jìn)入增壓氣化器，氣化后返回LNG槽車，使得LNG槽車中的氣相壓力增大。卸車前將LNG儲(chǔ)罐的壓力降至0.4 MPa后，在LNG槽車與LNG儲(chǔ)罐間壓力差的作用下，LNG液體通過LNG槽車的卸液口充入到LNG儲(chǔ)罐。

泵卸車的方式是：依靠潛液泵的動(dòng)力將LNG從槽車轉(zhuǎn)移到LNG儲(chǔ)罐中。即LNG液體通過LNG槽車卸液口進(jìn)入潛液泵，潛液泵將LNG增壓后充入到LNG儲(chǔ)罐。將LNG槽車氣相口與儲(chǔ)罐的氣相管連通, LNG儲(chǔ)罐中的BOG氣體通過氣相管流入到LNG槽車中，使得LNG槽車和LNG儲(chǔ)罐中的氣相壓力相平衡，從而解決了LNG槽車因液體減少造成的氣相壓力降低及LNG儲(chǔ)罐因液體增多造成的氣相壓力升高的問題。應(yīng)此整個(gè)卸車過程中不需要對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行泄壓,可以直接進(jìn)行卸車操作。

增壓器卸車和泵卸車的方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者的優(yōu)點(diǎn)是操作流程簡單、管道連接簡單、無能耗，缺點(diǎn)是自動(dòng)化程度低、需要放散較多氣體、卸車過程中LNG儲(chǔ)罐隨著罐內(nèi)液體不斷增多需要不斷泄壓，以保持NG槽車和LNG儲(chǔ)罐間足夠的壓力差；后者的優(yōu)點(diǎn)是卸車速度快、時(shí)間短、不消耗LNG液體、自動(dòng)化程度高、卸車過程中無需對(duì)LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行泄壓，缺點(diǎn)是需要消耗大量電能，需要防止?jié)撘罕卯a(chǎn)生氣蝕。

一般是兩種卸車方式聯(lián)合使用，首先將LNG槽車與LNG儲(chǔ)罐的氣相空間連通，然后利用LNG潛液泵將LNG充入LNG儲(chǔ)罐，同時(shí)增壓氣化器也為槽車增壓，使得卸車過程能夠更加快速高效，卸車完畢后需要對(duì)槽車進(jìn)行泄壓。

1.2 調(diào)壓流程

LNG儲(chǔ)罐的運(yùn)行參數(shù)為0.6 MPa、-145 ℃。為保證管道具有良好的調(diào)節(jié)作用，一般將管道工作壓力設(shè)定為0.5 MPa。在壓差作用下，LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG不斷流至低溫泵增壓為車輛加注，儲(chǔ)罐壓力逐漸降低。當(dāng)降到一定程度時(shí)壓力平衡，儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG便不能排出，流程斷流。如需繼續(xù)工作，必須對(duì)LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行增壓，維持其間的壓力差，使得流程連續(xù)運(yùn)行。

儲(chǔ)罐調(diào)壓流程是在LNG汽車加氣前調(diào)節(jié)LNG儲(chǔ)罐內(nèi)飽和蒸氣壓的操作，該操作流程和卸車流程相似，有自增壓調(diào)壓流程和潛液泵調(diào)壓流程兩種。一般采用兩種調(diào)壓方式聯(lián)合使用的方式。

1.3 加氣流程

儲(chǔ)罐內(nèi)LNG經(jīng)調(diào)壓增壓通過保溫管道輸送到LNG加氣機(jī)，經(jīng)計(jì)量后注入汽車LNG儲(chǔ)氣瓶。加氣前首先對(duì)加氣機(jī)進(jìn)行預(yù)冷，當(dāng)預(yù)冷溫度達(dá)到設(shè)定要求后，LNG經(jīng)過保溫管路進(jìn)入LNG加氣機(jī)，最后進(jìn)入LNG汽車儲(chǔ)氣瓶完成加氣。

1.4 卸壓流程

LNG加氣站在操作過程中不可能完全絕熱，系統(tǒng)溫度由于外界環(huán)境的影響而升高，從而壓力增大，導(dǎo)致儲(chǔ)罐壓力不斷增加。通過BOG系統(tǒng)或者打開儲(chǔ)罐安全閥，釋放系統(tǒng)壓力，確保罐內(nèi)安全。

2 系統(tǒng)的橇裝化

2.1 總體設(shè)計(jì)[5]

LNG橇裝式加氣站的橇塊可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)，橇體主要設(shè)備包括：LNG儲(chǔ)罐、LNG加氣機(jī)、泵池及低溫泵、增壓氣化器、保冷管路、儀表風(fēng)系統(tǒng)以及自控系統(tǒng)等相關(guān)配套設(shè)施。

LNG加氣站的橇裝化除了滿足工程項(xiàng)目需要，還必須依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范。目前國內(nèi)尚無針對(duì)LNG加氣站橇裝化的規(guī)范出版，現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范[6][7]規(guī)定儲(chǔ)罐在60 m3及以下規(guī)模的為三級(jí)加氣站，并且可以不設(shè)消防給水系統(tǒng)，限定了可移動(dòng)式LNG加氣站的規(guī)模。因此適用于橇裝式LNG加氣站的儲(chǔ)罐總?cè)萘炕騿喂奕萘繛?0 m3及以下。橇裝站所有設(shè)備裝置在一個(gè)橇上，有條件可以分成儲(chǔ)存橇，電氣自控橇和加氣橇三個(gè)橇體。

2.2 安全及消防

2.2.1 危險(xiǎn)因素分析

LNG屬于易燃易爆液體，為甲類火災(zāi)危險(xiǎn)品，密度小、擴(kuò)散性強(qiáng)，若安全措施不當(dāng)，容易發(fā)生事故，LNG橇裝站的危險(xiǎn)因素主要表現(xiàn)在：

（1）LNG充裝過程中，由于進(jìn)入同一管路和設(shè)備的密度和成分的差異會(huì)產(chǎn)生閃蒸汽，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部壓力劇增，可能造成設(shè)備的泄漏和破壞；

（2）LNG泄漏后，降低材料性能，對(duì)附近人員造成低溫灼傷或窒息；

（3）LNG泄漏擴(kuò)展性強(qiáng)，與空氣混合后形成爆炸危險(xiǎn)源，極易發(fā)生火災(zāi)，且危害較大。

2.2.2 安全措施[8-9]

（1）項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)階段：合理選擇站址，充分調(diào)查項(xiàng)目現(xiàn)場城市道路、生態(tài)環(huán)境狀況、依據(jù)規(guī)范和項(xiàng)目所在地城市規(guī)劃、燃?xì)庖?guī)劃實(shí)際情況，嚴(yán)格控制安全距離和位置。

（2）LNG儲(chǔ)罐的安全設(shè)計(jì)，要能夠保證儲(chǔ)罐本身以及其相連接的設(shè)備長期穩(wěn)定的在低壓環(huán)境下正常運(yùn)行。罐體的內(nèi)外層均設(shè)置絕熱層，當(dāng)儲(chǔ)罐外部著火時(shí)，絕熱層性能不應(yīng)明顯降低，LNG儲(chǔ)罐的安全附件包括緊急切斷裝置、安全閥、溫度計(jì)、壓力表、液位計(jì)、阻火器、滅火器和導(dǎo)靜電裝置。內(nèi)罐設(shè)置兩個(gè)并聯(lián)且可互為切換的全啟式安全閥，安裝在卸壓管路上，當(dāng)內(nèi)罐內(nèi)壓力超過1.2 MPa時(shí)，安全閥打開，儲(chǔ)罐卸壓；當(dāng)內(nèi)罐內(nèi)壓力低于1.2 MPa時(shí)，安全閥自動(dòng)關(guān)閉。外罐設(shè)有防爆裝置，當(dāng)內(nèi)罐或夾層管路由于意外產(chǎn)生泄漏造成真空夾層內(nèi)壓力升高時(shí)，防爆裝置自動(dòng)卸壓。

（3）LNG橇裝式加氣站的管路應(yīng)盡可能選擇真空絕熱管，采用奧氏體不銹鋼管材，采用耐低溫的LNG專用管件。同時(shí)管道和管件的設(shè)計(jì)壓力較固定式加氣站提高一個(gè)公稱壓力等級(jí)。

（4）卸氣加氣過程必須嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行操作，采用密閉方式，卸車時(shí)液相管線加裝止回閥和安全切斷閥，并對(duì)管線設(shè)置放空吹掃口，卸氣加氣之前必須將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熄火才可進(jìn)行作業(yè)。

2.2.3 消防設(shè)計(jì)[8，10]

根據(jù)《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（GB50156-2012）以及《液化天然氣（LNG）汽車加氣站技術(shù)規(guī)范》（NB/T1001-2011），每臺(tái)加氣機(jī)配置2只4 kg干粉滅火器，LNG儲(chǔ)罐配置2臺(tái)35 kg手推式干粉滅火器，LNG泵配置2具4 kg手提式干粉滅火器。

以上規(guī)范還規(guī)定了三級(jí)LNG加氣站可不設(shè)消防給水系統(tǒng)，即不設(shè)消防水池，橇裝站的消防用水可從市政給水管進(jìn)入，按20 L/s的用水量，在站外設(shè)2個(gè)消火栓，4支多功能水槍。同時(shí)在橇裝站設(shè)置1臺(tái)PF4型水輪式移動(dòng)高倍數(shù)泡沫發(fā)生器，作為消防備用設(shè)施，其能在不同的火災(zāi)現(xiàn)場靈活移動(dòng)，迅速投入使用。

3 結(jié)束語

橇裝式LNG加氣站的應(yīng)用推廣極大減少了燃料的燃燒帶來的環(huán)境和生態(tài)污染，符合我國天然氣發(fā)展政策。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量的要求日益提高，對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)，對(duì)清潔新能源的需求也必將增加，未來LNG汽車市場前景巨大；在保證安全設(shè)計(jì)的前提下，橇裝式LNG加氣站以其諸多突出優(yōu)勢，勢必會(huì)成為LNG汽車加氣站的重要選擇。

［1］王霞, 沈路寧. LNG 汽車加氣站工藝流程[J]. 煤氣與熱力, 2011,31（4）:8-10.

［2］張麗敏,陳福祥. LNG加氣機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀[J].煤氣與熱力, 2008, 28（7）: 27-29.

［3］陳祥福,LNG汽車加氣站設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題[J].煤氣與熱力,2009,29（7）: 07-09.

［4］馬勝利. LNG橇裝汽車加氣站工藝流程與設(shè)備選型[J].煤氣與熱力,2010, 30（8）:03-06.

［5］陳叔平,任永平,鄔品芳,等. 橇裝式LNG汽車加氣站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].低溫技術(shù),2009,38（1）:20-23.

［6］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.汽車加油加氣站設(shè)計(jì)施工規(guī)范:GB 50156-2012（2014年版）[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2012:60-61.

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[10] 周春. LNG汽車加氣站的消防設(shè)計(jì)方案[J]. 煤氣與熱力, 2010, 30（1）: 39-41.

[11] 許可, 鄭坤, 施迪文. 集裝箱碼頭LNG加氣站技術(shù)及裝卸設(shè)備油改氣的應(yīng)用[J]. 港口科技, 2015（3）: 9-14.

Research on Design of Skid-mountedLNG Filling Station

（CCTEG Chongqing Engineering Co., Ltd., Chongqing 400016, China）

The technological process of skid-mounted LNG filling station was analyzed as well as its sleigh design, total skid way and scale were determined; according to current norms and the possible actual situation, security and fire control of skid-mounted LNG filling station were discussed, which could provide a certain reference for related science and engineering design personnel.

skid mounted；LNG filling station；design； security；fire control

2016-11-10

陳楊（1985-），男，工程師，重慶人，2007年畢業(yè)于中國民航大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，研究方向：從事天然氣相關(guān)設(shè)計(jì)研究工作。

TE 89

A

1004-0935（2017）01-0085-03