LNG/L—CNG加氣站的工藝設計

成都華潤燃氣設計有限公司 61000

摘要：近年來我國開始使用天然氣作為出租車、公交車等公共交通工具的能源補充，所以各地都開始大規模的興建LNG/L-CNG加氣站，以保證汽車的燃料的補充。但是目前我國的天然氣加氣站發展還不完善，很多地區的天然氣加氣站都是加油站兼職的，雖然這樣的形式減少了汽車加氣加油的程序，也避免了重新興建加氣站的麻煩，但是加油站在增加加氣業務時還存在一定的問題。所以有必要對目前加油加氣站的升級與改造進行研究。本文主要研究LNG/L-CNG加氣站的工藝設計和系統建設，為興建加氣站或者升級加油站提供一定的借鑒和參考。

關鍵詞：LNG/L-CNG加氣站；工藝流程；管道設計

前言

隨著能源危機的加重和環境保護要求的日益增加，我國開始利用天然氣作為部分汽車的動力資源，油氣混合動力已經成為目前我國大多數公共交通系統車輛的動力類型。從目前的情況來看，天然氣的使用情況較好，大大降低了我國化石能源的使用；而且天然氣與汽油相比，有良好的環保效果。此外，天然氣有一定的價格優勢；所以其在我國的交通運輸業的應用前景非常廣闊。

一、LNG/L-CNG加氣站簡介

LNG是液化天然氣的英文縮寫，CNG是壓縮天然氣的英文縮寫。液化天然氣是指經過處理后以液態保存的天然氣。CNG是指天然氣經過加壓并以氣態存儲在容器當中。目前，從我國汽車天然氣的利用情況來看，天然氣加氣站主要分為四種類型：撬裝式加氣站、標準式加氣站、L-CNG加氣站和混合式加氣站。天然氣在我國的使用范圍越來越廣泛，很多地區興建的加氣站都是混合類型的加氣站。本文所討論的也正是這一類型的LNG/L-CNG加氣站[1]。

二、儲罐選擇

儲罐的選擇需要考慮加氣站的實際情況，在選擇儲罐規模是一般會考慮到用氣量、存儲時間、溫度、以及充裝率等等幾個因素。

LNG儲量按下式計算：

式中：V：總儲存容積（m3）；

n：儲存天數（d）；

Gr：平均日用氣量（60000Nm3×0.7047Kg/Nm3）；

ρy：液化天然氣密度（432.0kg/m3）；

θb：最高工作溫度下的儲罐允許充裝率，θb=95%。

再有，因為儲罐的實際存儲能力會與理論計算存在一定的差距，所以在儲罐容量選擇時可以適當的放大儲罐的容積 [2]。

三、管道設計

（一）LNG/L-CNG低溫管道系統選型

管道系統選型上需要考慮很多的因素，特別是在高壓天然氣的管道使用是更需要考慮實際的管內壓強。所以在進行低溫管道系統的選型設計時首先要考慮到不同環節的管壁厚度使用。其中對于管壁厚度起到影響的因素有設計壓力、管外徑、特定溫度下的材料承受壓力值、焊接部分的接頭系數等等。這些因素都將影響到實際的管壁使用厚度。其他方面對于接口數、焊接數、具體的管道系統選型都需要按照具體的情況來設計。其中管道盡量減少彎曲，回避大角度的拐點即可[3]。

（二）LNG/L-CNG低溫管道系統選材

從選材來看，管材的使用首先要考慮的是低溫情況下材料的壓力承受能力。因為系統本身溫度較低，低溫對于管材的影響較大。綜合上述因素，結合工程實踐，LNG/L-CNG低溫管道材質通常采用奧氏體不銹鋼管（06Cr19Ni10），性能標準符合-GB/T 14976-2002，加氣站內各管道使用應符合《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》。此外，與管道相對應的管件（閥門）在設計時也需要仔細的考慮，為保證系統內的低溫狀態，所有的閥門需要有的良好隔熱能力。在一些重要的管道附件部分，容易產生熱量流失或者傳導熱量時，有必要在系統上游或者下游設置隔熱裝置。在具體材料和廠家選擇上，對于一些非重要閥門可以選擇國產商品，但是在重要的部位上就有必要仔細的調查和考量，通過詳細的設計計算，優先選擇進口的閥門等管件設備。最后，對于法蘭、接頭、螺栓等諸多管件的使用同樣需要在具體的設計計算中進行選擇[4]。

四、工藝流程

LNG/L-CNG加氣站的設計中工藝上的主要流程包括6個環節：

（一）卸車流程

卸車流程是將槽車內的天然氣輸送到儲氣罐中。這一流程一般是利用增壓器與潛液泵來完成，但是有些情況下也會單一使用增壓器而不使用潛液泵。其方式是在槽車進入加氣站后對于槽車進行加壓，使其與儲罐之間形成一定的壓力差，然后聯通管道后，壓力差就會使LNG自動進入到儲罐當中。

（二）加液流程

加液流程是主要是針對于LNG銷售的過程，主要使用的設備是加壓設備和計量設備。加壓使LNG通過管道進入加氣設備，然后通過計量設備進入到汽車當中。加液流程中加液壓力需要在1.6MPa以下，計量設備主要是通過計量所輸出的液體計算消費。

（三）調壓流程

調壓流程是針對于一些沒有增壓能力的汽車的加氣需求。目前我國的有很多的汽車車載氣瓶沒有增加器，而汽車能夠安全使用的是調壓后的飽和性液體，也就是說如果汽車沒有增壓設備，而加氣站又沒有必要的調壓程序的話，汽車是無法使用的。所以需要一定的調壓流程以應對這樣的情況，在加注時輸送的是飽和的液體。目前我國的加氣站設備都有自動調壓的功能。

（四）泄壓流程

泄壓流程是為應對儲氣罐壓力過高的情況的。儲氣罐壓力過高是一個嚴重的安全問題，一旦超過儲氣罐所能承受的壓力極限就會出現泄露，這已經是最好的情況。一旦遇到明火或者電流就會造成爆炸等情況。所以在建站時必須要考慮到這一情況，在設計時就需要設計相應的泄壓流程，以應對這樣的情況，避免發生危險。泄壓流程是釋放罐內的氣體，即使是在低溫罐中的也會有一定的汽化比例這是不可避免的，在長期的累積下，就會產生罐內的壓力。

（五）CNG加氣流程

CNG是針對于出租汽車的加氣功能，在這其中需要對其進一步的加壓，其中儲氣罐中的氣體先進入柱塞泵然后進入高壓氣化器，最后通過加氣設備進入出租車當中。因為出租車本身不能直接使用LNG，只能選擇使用CNG，因此加氣站需要有這一功能。

（六）BOG回收流程

BOG是指在儲罐槽車中產生的氣態天然氣，這是一種不可避免的情況，而且這些蒸汽是無法進行使用的，為減少浪費情況，在設計中加入回收的流程。先是將蒸汽導出，然后升溫，再重新對這些蒸汽進行處理，變成液態或者加壓產品重新進行使用。

總結

天然氣是一種清潔能源，不但可以緩解目前能源緊張的問題，還會降低汽車尾氣對于環境的影響，關系著我國的經濟的發展和可持續發展戰略的實施。隨著天然氣在交通運輸系統中的廣泛應用，我國目前的加氣站數量已經不能完全滿足需求。因此，我們需要加大對加氣站設計的研究，通過相關研究和實踐來提高我國加氣站的建設能力和技術水平。經過本課題的分析可以發現LNG/L-CNG加氣站的主要工藝流程是根據實際的服務需要確定的，而管線的選材和選型主要是受到低溫和高壓影響，所以在今后的研究和建設中，這兩部分是不容忽視的。

參考文獻：

[1]文昱舜.LNG/L-CNG加氣站的工藝及管道系統設計[J].廣州化工，2013，16（03）：177-179.

[2]李超.CNG加氣站工藝系統與設備優化研究[D].重慶：重慶大學，2012.

[3]舒浩紋，劉蘇，吳曉南，等.CNG加氣站工藝流程優化設計探討[J].天然氣與石油，2012，05（03）：42-104.

[4]宋振興.LNG加氣站工藝技術、安全及經濟性分析[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2010.