LNG/L—CNG加氣站的工藝設(shè)計(jì)

成都華潤(rùn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)有限公司 61000

摘要：近年來(lái)我國(guó)開(kāi)始使用天然氣作為出租車(chē)、公交車(chē)等公共交通工具的能源補(bǔ)充，所以各地都開(kāi)始大規(guī)模的興建LNG/L-CNG加氣站，以保證汽車(chē)的燃料的補(bǔ)充。但是目前我國(guó)的天然氣加氣站發(fā)展還不完善，很多地區(qū)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(chē)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(yè)務(wù)時(shí)還存在一定的問(wèn)題。所以有必要對(duì)目前加油加氣站的升級(jí)與改造進(jìn)行研究。本文主要研究LNG/L-CNG加氣站的工藝設(shè)計(jì)和系統(tǒng)建設(shè)，為興建加氣站或者升級(jí)加油站提供一定的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：LNG/L-CNG加氣站；工藝流程；管道設(shè)計(jì)

前言

隨著能源危機(jī)的加重和環(huán)境保護(hù)要求的日益增加，我國(guó)開(kāi)始利用天然氣作為部分汽車(chē)的動(dòng)力資源，油氣混合動(dòng)力已經(jīng)成為目前我國(guó)大多數(shù)公共交通系統(tǒng)車(chē)輛的動(dòng)力類(lèi)型。從目前的情況來(lái)看，天然氣的使用情況較好，大大降低了我國(guó)化石能源的使用；而且天然氣與汽油相比，有良好的環(huán)保效果。此外，天然氣有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)；所以其在我國(guó)的交通運(yùn)輸業(yè)的應(yīng)用前景非常廣闊。

一、LNG/L-CNG加氣站簡(jiǎn)介

LNG是液化天然氣的英文縮寫(xiě)，CNG是壓縮天然氣的英文縮寫(xiě)。液化天然氣是指經(jīng)過(guò)處理后以液態(tài)保存的天然氣。CNG是指天然氣經(jīng)過(guò)加壓并以氣態(tài)存儲(chǔ)在容器當(dāng)中。目前，從我國(guó)汽車(chē)天然氣的利用情況來(lái)看，天然氣加氣站主要分為四種類(lèi)型：撬裝式加氣站、標(biāo)準(zhǔn)式加氣站、L-CNG加氣站和混合式加氣站。天然氣在我國(guó)的使用范圍越來(lái)越廣泛，很多地區(qū)興建的加氣站都是混合類(lèi)型的加氣站。本文所討論的也正是這一類(lèi)型的LNG/L-CNG加氣站[1]。

二、儲(chǔ)罐選擇

儲(chǔ)罐的選擇需要考慮加氣站的實(shí)際情況，在選擇儲(chǔ)罐規(guī)模是一般會(huì)考慮到用氣量、存儲(chǔ)時(shí)間、溫度、以及充裝率等等幾個(gè)因素。

LNG儲(chǔ)量按下式計(jì)算：

式中：V：總儲(chǔ)存容積（m3）；

n：儲(chǔ)存天數(shù)（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(chǔ)罐允許充裝率，θb=95%。

再有，因?yàn)閮?chǔ)罐的實(shí)際存儲(chǔ)能力會(huì)與理論計(jì)算存在一定的差距，所以在儲(chǔ)罐容量選擇時(shí)可以適當(dāng)?shù)姆糯髢?chǔ)罐的容積 [2]。

三、管道設(shè)計(jì)

（一）LNG/L-CNG低溫管道系統(tǒng)選型

管道系統(tǒng)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(shí)際的管內(nèi)壓強(qiáng)。所以在進(jìn)行低溫管道系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮到不同環(huán)節(jié)的管壁厚度使用。其中對(duì)于管壁厚度起到影響的因素有設(shè)計(jì)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(shù)等等。這些因素都將影響到實(shí)際的管壁使用厚度。其他方面對(duì)于接口數(shù)、焊接數(shù)、具體的管道系統(tǒng)選型都需要按照具體的情況來(lái)設(shè)計(jì)。其中管道盡量減少?gòu)澢乇艽蠼嵌鹊墓拯c(diǎn)即可[3]。

（二）LNG/L-CNG低溫管道系統(tǒng)選材

從選材來(lái)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?yàn)橄到y(tǒng)本身溫度較低，低溫對(duì)于管材的影響較大。綜合上述因素，結(jié)合工程實(shí)踐，LNG/L-CNG低溫管道材質(zhì)通常采用奧氏體不銹鋼管（06Cr19Ni10），性能標(biāo)準(zhǔn)符合-GB/T 14976-2002，加氣站內(nèi)各管道使用應(yīng)符合《流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管》。此外，與管道相對(duì)應(yīng)的管件（閥門(mén)）在設(shè)計(jì)時(shí)也需要仔細(xì)的考慮，為保證系統(tǒng)內(nèi)的低溫狀態(tài)，所有的閥門(mén)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(chǎn)生熱量流失或者傳導(dǎo)熱量時(shí)，有必要在系統(tǒng)上游或者下游設(shè)置隔熱裝置。在具體材料和廠家選擇上，對(duì)于一些非重要閥門(mén)可以選擇國(guó)產(chǎn)商品，但是在重要的部位上就有必要仔細(xì)的調(diào)查和考量，通過(guò)詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，優(yōu)先選擇進(jìn)口的閥門(mén)等管件設(shè)備。最后，對(duì)于法蘭、接頭、螺栓等諸多管件的使用同樣需要在具體的設(shè)計(jì)計(jì)算中進(jìn)行選擇[4]。

四、工藝流程

LNG/L-CNG加氣站的設(shè)計(jì)中工藝上的主要流程包括6個(gè)環(huán)節(jié)：

（一）卸車(chē)流程

卸車(chē)流程是將槽車(chē)內(nèi)的天然氣輸送到儲(chǔ)氣罐中。這一流程一般是利用增壓器與潛液泵來(lái)完成，但是有些情況下也會(huì)單一使用增壓器而不使用潛液泵。其方式是在槽車(chē)進(jìn)入加氣站后對(duì)于槽車(chē)進(jìn)行加壓，使其與儲(chǔ)罐之間形成一定的壓力差，然后聯(lián)通管道后，壓力差就會(huì)使LNG自動(dòng)進(jìn)入到儲(chǔ)罐當(dāng)中。

（二）加液流程

加液流程是主要是針對(duì)于LNG銷(xiāo)售的過(guò)程，主要使用的設(shè)備是加壓設(shè)備和計(jì)量設(shè)備。加壓使LNG通過(guò)管道進(jìn)入加氣設(shè)備，然后通過(guò)計(jì)量設(shè)備進(jìn)入到汽車(chē)當(dāng)中。加液流程中加液壓力需要在1.6MPa以下，計(jì)量設(shè)備主要是通過(guò)計(jì)量所輸出的液體計(jì)算消費(fèi)。

（三）調(diào)壓流程

調(diào)壓流程是針對(duì)于一些沒(méi)有增壓能力的汽車(chē)的加氣需求。目前我國(guó)的有很多的汽車(chē)車(chē)載氣瓶沒(méi)有增加器，而汽車(chē)能夠安全使用的是調(diào)壓后的飽和性液體，也就是說(shuō)如果汽車(chē)沒(méi)有增壓設(shè)備，而加氣站又沒(méi)有必要的調(diào)壓程序的話，汽車(chē)是無(wú)法使用的。所以需要一定的調(diào)壓流程以應(yīng)對(duì)這樣的情況，在加注時(shí)輸送的是飽和的液體。目前我國(guó)的加氣站設(shè)備都有自動(dòng)調(diào)壓的功能。

（四）泄壓流程

泄壓流程是為應(yīng)對(duì)儲(chǔ)氣罐壓力過(guò)高的情況的。儲(chǔ)氣罐壓力過(guò)高是一個(gè)嚴(yán)重的安全問(wèn)題，一旦超過(guò)儲(chǔ)氣罐所能承受的壓力極限就會(huì)出現(xiàn)泄露，這已經(jīng)是最好的情況。一旦遇到明火或者電流就會(huì)造成爆炸等情況。所以在建站時(shí)必須要考慮到這一情況，在設(shè)計(jì)時(shí)就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的泄壓流程，以應(yīng)對(duì)這樣的情況，避免發(fā)生危險(xiǎn)。泄壓流程是釋放罐內(nèi)的氣體，即使是在低溫罐中的也會(huì)有一定的汽化比例這是不可避免的，在長(zhǎng)期的累積下，就會(huì)產(chǎn)生罐內(nèi)的壓力。

（五）CNG加氣流程

CNG是針對(duì)于出租汽車(chē)的加氣功能，在這其中需要對(duì)其進(jìn)一步的加壓，其中儲(chǔ)氣罐中的氣體先進(jìn)入柱塞泵然后進(jìn)入高壓氣化器，最后通過(guò)加氣設(shè)備進(jìn)入出租車(chē)當(dāng)中。因?yàn)槌鲎廛?chē)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(chǔ)罐槽車(chē)中產(chǎn)生的氣態(tài)天然氣，這是一種不可避免的情況，而且這些蒸汽是無(wú)法進(jìn)行使用的，為減少浪費(fèi)情況，在設(shè)計(jì)中加入回收的流程。先是將蒸汽導(dǎo)出，然后升溫，再重新對(duì)這些蒸汽進(jìn)行處理，變成液態(tài)或者加壓產(chǎn)品重新進(jìn)行使用。

總結(jié)

天然氣是一種清潔能源，不但可以緩解目前能源緊張的問(wèn)題，還會(huì)降低汽車(chē)尾氣對(duì)于環(huán)境的影響，關(guān)系著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施。隨著天然氣在交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，我國(guó)目前的加氣站數(shù)量已經(jīng)不能完全滿足需求。因此，我們需要加大對(duì)加氣站設(shè)計(jì)的研究，通過(guò)相關(guān)研究和實(shí)踐來(lái)提高我國(guó)加氣站的建設(shè)能力和技術(shù)水平。經(jīng)過(guò)本課題的分析可以發(fā)現(xiàn)LNG/L-CNG加氣站的主要工藝流程是根據(jù)實(shí)際的服務(wù)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(shè)中，這兩部分是不容忽視的。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]李超.CNG加氣站工藝系統(tǒng)與設(shè)備優(yōu)化研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2012.

[3]舒浩紋，劉蘇，吳曉南，等.CNG加氣站工藝流程優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shù)、安全及經(jīng)濟(jì)性分析[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.