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1、LNG 汽车加气站设计的探讨【摘要】本文介绍了 LNG 汽车加气站建站方式以及站址的选择，详细阐明了 LNG 加气站的工艺流程，对设计中若干问题进行了探讨。 【关键词】LNG 加气站 工艺流程 设计 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 建站方式的选择 LNG 汽车加气站(以下简称加气站)的设计首先应根据建站场地的实际情况, 选择合适的建站方式。目前加气站的建站方式主要有 2 种: 站房式、橇装式。表 1 为某地建设的 LNG 站房式和橇装式建站费用的比较。 1、站房式加气站 这种建站方式占地面积大, 土地费用高, 设备与基础相连, 施工周期长, 加气站的土建施工、设备安

2、装费用高。若城镇处于 LNG 应用的初期, LNG 汽车的数量少, LNG 消耗量小, 则成本回收周期长, 这种建站方式适合已经有一定量 LNG 汽车或政府资金支持的城镇。 2、橇装式加气站 这种建站方式占地面积小, 土地费用低, 设备绝大多数集成在一个或多个橇块上, 施工周期短, 加气站的土建施工、设备安装费用少, 建站整体造价低,易于成本回收。这种建站方式适合 LNG 加气站建设初期。 二、站址选择 目前, LNG 加气示范站的服务对象为城市公交车, 发展对象为城市区间车及出租车。加气站布点是否合理直接影响到 LNG 汽车的推广。若加气站的服务对象为公交车, 选址在公交车的停车场附近比较合

3、适, 便于晚间集中加气。若服务对象为城市区间车, 可考虑在高速公路沿线的加油站处合建。若服务对象为出租车, 则要充分考虑出租车加气的便利性, 合理布点, 建议尽量与现有的加油站合建。目前, 国内还未出台针对 LNG 气化站、加气站的设计、施工和验收规范, 在 LNG 气化站设计中, 行业普遍认可的是参照 LPG 相关规范。其理论依据是基于 LNG 和 LPG 的特性参数。LNG 的主要成分为 CH4, LPG 的主要成分为 C3H8、C4H10。如表二所示 表二 CH4、C3H8、C4H10 的特性参数 由此可见, 同样条件下, LPG 要比 LNG 危险性大。规范中参照执行的 LPG 处于常

4、温、压力储存状态, 因此 LNG 与 LPG 比较, 在理论上是较为安全的。实践证明, 在 LNG 气化站中参照执行 LPG 规范是安全可靠的 。而在 LNG 加气站设计中, 若与 LNG 气化站一样, 参照 LPG 的相关规范, 这在寸土寸金的市区建设 LNG 加气站没有占地上的优势, 加气站设计采用了控制自身的安全性作为设计原则, 在保证工艺和设备技术安全可靠的前提下, 吸取国外的设计理念, 在征得消防等有关部门同意后, 采用美国消防协会.汽车用液化天然气( LNG)供气系统标准.NFPA 57 - 1999 标准: 50 m3 储罐围堰与建、构筑物的安全间距为 7. 6m, 50 m3

5、储罐与站区围墙及卸车接头的安全间距分别为 5. 0m 和 0. 46 m 。根据上述的安全间距, 一座日加气 50 100 辆公交车的 LNG 加气站占地面积为 800 1 000 m2,依据实际地形而异。长沙和乌鲁木齐的两座 LNG 加气站占地均约 900 m2。储罐与站外的安全间距还是参照 LPG 的规范执行, 这便于消防审查。 三、LNG 加气站的工艺流程 LNG 加气站的工艺分 4 个部分: 卸车流程、调压流程、加气流程、卸压流程。如图一所示 图一 LNG 加气站工艺流程示意图 1、卸车流程 LNG 的卸车工艺是将集装箱或槽车内的 LNG 转移至 LNG 储罐内的操作, LNG 的卸车

6、流程主要有两种方式可供选择: 潜液泵卸车方式、自增压卸车方式 。潜液泵卸车方式该方式是通过系统中的潜液泵将 LNG 从槽车转移到 LNG 储罐中,LNG 卸车的工艺流程见图 1。潜液泵卸车方式是 LNG 液体经 LNG 槽车卸液口进入潜液泵, 潜液泵将 LNG 增压后充入 LNG 储罐。LNG 槽车气相口与储罐的气相管连通, LNG 储罐中的 BOG 气体通过气相管充入 LNG 槽车, 一方面解决 LNG 槽车因液体减少造成的气相压力降低, 另一方面解决 LNG 储罐因液体增多造成的气相压力升高, 整个卸车过程不需要对储罐泄压, 可以直接进行卸车操作。该方式的优点是速度快, 时间短, 自动化程

7、度高, 无需对站内储罐泄压, 不消耗 LNG 液体;缺点是工艺流程复杂,管道连接繁琐,需要消耗电能。 图二 潜液泵卸车工艺流程 自增压卸车方式 见图三, LNG 液体通过 LNG 槽车增压口进入增压气化器, 气化后返回 LNG 槽车,提高 LNG 槽车的气相压力。将 LNG 储罐的压力降至 0. 4MPa后, LNG 液体经过 LNG 槽车的卸液口充入到 LNG 储罐。自增压卸车的动力源是 LNG 槽车与 LNG 储罐之间的压力差, 由于 LNG 槽车的设计压力为 0. 8MPa, 储罐的气相操作压力不能低于 0. 4MPa, 故最大压力差仅有 0. 4MPa。随着 LNG 槽车内液体的减少,

8、 要不断对 LNG 槽车气相空间进行增压, 如果卸车时储罐气相空间压力较高, 还需要对储罐进行泄压, 以增大 LNG 槽车与 LNG 储罐之间的压力差。给 LNG 槽车增压需要消耗一定量的 LNG 液体。自增压卸车方式与潜液泵卸车方式相比, 优点是流程简单, 管道连接简单, 无能耗; 缺点是自动化程度低, 放散气体多, 随着 LNG 储罐内液体不断增多需要不断泄压, 保持足够压力差。 图三 自增压卸车工艺流程 在站房式的 LNG 加气站中两种方式可以任选其一, 也可以同时采用, 一般由于空间足够建议同时选择两种方式。对于橇装式 LNG 加气站, 由于空间的限制、电力系统的配置限制, 建议选择自

9、增压卸车方式, 可以简化管道, 降低成本, 节省空间, 便于设备整体成橇。 2、调压流程 由于汽车上车载瓶中的液体必须是饱和液体,为此在给汽车加气之前须对储罐中的 LNG 进行升压升温, 使之成为饱和液体方可给汽车加气。升压方式: 通过储罐压力调节器升压、通过泵低速循环进行升压、通过储罐压力调节器与泵低速循环联合使用进行升压。建议 LNG 加气站应采取调饱和器和 LNG 泵联合调饱和的方式，可以大大缩短 LNG 的调饱和时间，避免加气车辆的长时间等待。 3、加气流程 储罐中的饱和液体 LNG 通过泵加压后由加气枪给汽车加气, 最高加气压力可达到 1. 6MPa。在给车载瓶加气前应先给车载瓶卸压

10、, 通过回气口回收车载瓶中余气。目前, 该部分气体进行放空处理。建议在以后的加气站中, 增设车载瓶到储罐气相的回流管, 同时设置计量装置, 便于对车载瓶中余气进行回收和计量。 4、卸压流程 在给储罐升压过程中, 储罐中的液体同时在不断地蒸发, 这部分气化了的气体如不及时排出, 储罐压力会越来越大。当储罐压力大于设定值时, 相关阀门打开, 释放储罐中的气体, 降低压力, 保证储罐安全。目前, 该部分气体进行放空处理。建议在以后的加气站中, 该部分气体通过调压后送入附近燃气管网。 四、主要设备 1、LNG 储罐 LNG 加气站采用的低温压力储罐为真空粉末绝热储罐。储罐分为内罐和外罐两层，内罐材质为

11、 0Cr18Ni9，外罐材质为 16MnR。内外罐之间采用真空粉末绝热，真空隔热层厚度为 250 mm。储罐的日蒸发率小于0 25%，充装系数为 0 9。储罐上装有高、低液位报警设施，内罐压力高报警设施，超压自动排放罐顶气体的自力式降压调节阀以及安全阀等，以保证储罐的安全。在储罐进、出口的 LNG 管道上设有紧急切断阀，当有紧急情况发生时，可迅速关闭阀门，以保证系统安全。 2、LNG 泵 输送 LNG 这类低温的易燃介质，不仅要求输送泵能承受低温，而且对其气密性能和电气方面的安全性能要求很高。随着对泵结构、材料等方面的研究有了很大的进展，一种安装在密封容器内的潜液式电动泵在LNG 系统中得到了

12、广泛的应用。其主要特点是将泵与电动机整体安装在一个密封的金属容器内，不需要轴封，也不存在轴封的泄漏问题。 3、LNG 加气机 LNG 加气机是依据直接测量流体介质质量的原理，利用先进的传感和微电脑测控技术，具有高精度、多功能的新型 LNG 加液计量装置，主要用于计量充入 LNG 车载瓶的液量。同时，加气机应用微测控技术对计量过程进行自动控制，显示屏直接显示被测液体的流量、单价、金额及加液量累计值，可远程通信，实现计算机中央管理。 4、调饱和器和卸车增压器 LNG 加气站采用的调饱和器和卸车增压器均为空温式换热器，LNG 通过吸收环境热量达到气化升温的目的，能耗很低。为了提高气化速率和换热效率，

13、调饱和器和卸车增压器的主体通常采用耐低温的铝合金纵向翅片管，且拥有很大的换热面积。其影响因素主要为流量、工作压力、工作周期、大气温度、相对湿度、风力、日照等。 结论 LNG 汽车是继 CNG 汽车和 LPG 汽车之后于近年才开始发展起来的一种新型环保天然气汽车。由于 LNG 燃料密度大, 储气瓶自身轻、占用空间小, 汽车一次充气能行驶 300 800 km。同时, 又能像油品一样运输,不仅具有 CNG 和 LPG 的优点, 而且克服了它们的不足,因此具有更强的实用性。目前已经公认, LNG 汽车具有经济、安全、环保、适用、方便、机动等优势, 是天然气汽车的发展方向, 同时也是城市规模化发展天然气汽车的理想途径。 【参考文献】 1液化天然气（LNG）汽车加气站技术规范 NB/T1001-2011. 2吴佩英，周春.LNG 汽车加气站的橇装化J.煤气与热力，2008，28(7)：B13-B15.