LNG 加氣站工藝技術、安全及經濟性分析

王伶俐

成都深冷科技有限公司 四川省成都市 611730

1 LNG 加氣站的工藝特點與安全經濟性

1.1 LNG 加氣站技術特點與經濟性

1.1.1 技術特點

（1）LNG 的體積只有同等質量天然氣的1/625，可以用汽車、輪船、火車等很方便地運送到需要的地方使用。

（2）LNG 儲存效率高，占地少，投資節省，10mLNG 的儲存量就相當于1 萬戶居民1 天日常生活所用天然氣的量。

（3）LNG 作為優質的車用燃料，與其他燃油類燃料產品相比，它具有烷烴含量高、抗爆性能好、發動機使用壽命長等諸多重要優點。與柴油車相比，天然氣汽車可以減少93%的灰分、99%的二氧化硫、80%的二氧化氮、94%的一氧化碳和25%的二氧化碳。天然氣汽車特別是LNG 汽車的燃燒尾氣只有水和二氧化碳，幾乎沒有污染物，是一種比汽油、柴油和液化石油氣等更潔凈的能源。

（4）LNG 的汽化潛熱高，汽化過程中的冷量可進行回收和再利用，例如用于冷庫生產速凍食品、制冷、制冰等。

（5）由于LNG 汽化后密度很低，即使泄漏到空氣也會立即飛散，不會直接引起氣體爆炸。

1.1.2 經濟性

LNG 加氣站初期投資較大，主要是土地投資和設備投資。土地投資根據地理位置的不同差異很大。設備投資即設備采購、設備安裝、場站建設等所需資金。LNG 加氣站的設備有LNG 儲罐、LNG 升壓泵（一般使用低溫潛液泵）、LNG 加氣機、工藝管道系統、儀表自控系統、可燃報警系統、消防設施等。當然，LNG 加氣站的設計費、監檢費、施工費等一次性投入的場站建設資金也屬于設備投資的一部分。此外，LNG 加氣站建成后的運營費、人工費、設備日常維護和設備檢修費等，也屬于LNG 加氣站運營的正常開支。

LNG 加氣站的盈利優勢主要來自于LNG與柴油（汽油）的價格差異，差異越大對汽車用戶的吸引力越大。

1.2 LNG 加氣站工藝流程

LNG 加氣站的工藝流程分四個步驟：卸車流程、加氣流程、卸壓流程、增壓流程。

（1）卸車流程：把集裝箱或汽車槽車內的LNG 轉移至LNG 加氣站的儲罐內。卸車方式有三種：增壓卸車、泵卸車、增壓和泵聯合卸車。

（2）加氣流程：把加氣站LNG 儲罐內的LNG 通過升壓泵充裝到車載儲氣瓶內。加氣站選用升壓泵一般能增壓1.0MPa 左右，當車載儲氣瓶內壓力較低時，LNG 通過車載儲氣瓶內的上進液噴淋管進入儲氣瓶內，并直接吸收儲氣瓶內氣體的熱量，降低儲氣瓶內壓力，提高加氣速度。當車載儲氣瓶壓力較高時，先連接回氣槍，儲氣瓶內高壓氣體通過回氣管進入LNG 儲罐，使儲氣瓶內壓力降低，從而使加氣順利進行。現在的LNG加氣機一般都有加滿自停功能，當車載儲氣瓶內加滿時，LNG 加氣機發送信號連鎖停止LNG 升壓泵，結束充裝。

（3）卸壓流程：由于LNG 儲罐、管線和環境的熱交換，儲罐中的LNG 在不斷的蒸發和氣化，隨著氣化的LNG 越來越多，儲罐內壓力會越來越大。當壓力超過設定值時，相關閥門打開，釋放儲罐中的氣體，降低壓力以保證儲罐安全。

（4）增壓流程：在加氣過程中，隨著LNG 的不斷流出，LNG 儲罐內液位不斷下降，氣相空間不斷變大，罐內壓力不斷降低，可能導致加氣壓力不足，甚至LNG 儲罐內形成負壓對儲罐造成損壞，所以必須在適當的時候對儲罐進行增壓，以滿足汽車加氣的需要。

圖1 LNG加氣站主要設備及加氣流程運行畫面

1.3 LNG 加氣站應用現狀與展望

中國目前是一個工業化、城鎮化快速推進的新興發展中國家。隨著國家工業化、城鎮化的不斷向前推進，大氣污染已越來越嚴重。眾所周知的近年來頻繁出現的霧霾天氣就是大氣被嚴重污染的直接例證。國家更是早在“十一五”規劃綱要中就提出了“節能減排”的約束性指標，并制定了一系列的政策措施。以柴油、汽油為燃料的汽車，其排放的尾氣污染物就是造成大氣污染的一個不可小視的因素。

由于我國天然氣儲量十分豐富，天然氣儲量約為3.5 萬億立方米，煤層氣儲量與天然氣儲量基本相當，頁巖氣可采資源超過25萬億立方米，加上焦爐煤氣等工業廢氣制LNG，和較大的LNG 進口量，為我國LNG汽車的發展提供了充足的燃料。

技術方面，國內LNG 發動機技術日趨成熟，國內已成功研發出一系列LNG 發動機，LNG 整車性能不斷提高。國內LNG 汽車生產廠商如宇通客車、金龍客車、成都客車等眾多廠商生產的LNG 公交車已批量生產。LNG 重型卡車也有中國重汽、陜西重汽、東風特商、一汽等單位在批量生產并投入商業化運營。配套產業方面，目前我國已在多地建設有天然氣液化工廠，并形成了完善的內陸LNG 生產、儲存、運輸系統。經濟方面，LNG 汽車的使用成本較柴油/汽油汽車低不少，對廣大車主特別是長途運輸車車主、工程車車主有著巨大的吸引力。以中國重汽的豪瀚N7G 半掛牽引車為例，其LNG 燃料車的氣耗約為28 公斤/百公里，而起柴油燃料車的油耗約為37 升/百公里，以成稿日的LNG 和柴油的零售單價7.4 元/公斤和8.2元/升計算，每公里的使用成本LNG 燃料車比柴油燃料車少約1 元，折算下來使用LNG燃料車能節約約1/3 的成本。市場方面，國內LNG 汽車的保有量迅速攀升，截止2020年底，LNG 汽車保有量已達74 萬量，年均增幅約29.9%。

綜上所述，在我國，LNG 汽車及LNG加氣站的發展仍然擁有一片廣闊的的市場前景。

2 LNG 加氣站技術、安全性分析

2.1 LNG 技術優勢

（1）LNG 能量密度大，汽車續航里程更長。同樣容積的LNG 汽車鋼瓶裝載的天然氣是CNG 儲氣瓶的3.5 倍。500L 的LNG 鋼瓶加氣一次可在市區連續行駛約400km，在高速公路連續行駛約700km，非常適合長途運輸車輛和工程車輛使用。

（2）LNG 加注時間短。一輛LNG 重型卡車的加注時間約5 分鐘，與CNG 相比，充滿同樣容量的氣瓶，LNG 充裝要節約一半甚至更多的時間。

（3）由于是液態儲存，LNG 便于經濟可靠地遠距離運輸。在陸上可用20～50 立方（相當于1.2 萬～3 萬立方的天然氣）的汽車槽車運輸LNG，也可根據需要用集裝箱裝載LNG，用火車、船舶運輸，故LNG 加氣站的建設不受天然氣管網的限制。

（4）LNG 安全性高。LNG 加氣站上，LNG 儲存壓力小于等于1.2MPa，相較于CNG 加氣站上20MPa 的儲存壓力，其使用安全性好得多。LNG 儲罐內罐使用S30408不銹鋼焊接制造，不存在被LNG 介質腐蝕損壞情況。

2.2 LNG 加氣站的危險性

LNG 加氣站的危險性主要來自于物料本身、裝置、人為操作不當、自然或環境影響等幾個方面。

2.2.1 物料的危險性

LNG 由其物理特性帶來危害主要有：蒸汽窒息、低溫灼傷、泄漏燃爆、低溫爆炸危害等。

2.2.2 裝置的危險性

LNG 加氣站上裝置的危險性主要有LNG儲罐的介質翻滾危害、液位超限危害、壓力超限危害、真空破壞危害，LNG 低溫泵氣蝕危害，工藝管道壓力超限危害、工藝管道振動危害等。

2.2.3 人為操作不當的危險性

人為操作不當的危險性有：卸車時，液位儀表失靈或人為誤讀導致的儲罐超裝；卸車或加氣結束后，未卸下軟管或加氣槍車輛就啟動行駛導致的液體泄漏；處理泄漏事故時，未切斷泄漏源導致的事故范圍擴大；發生泄漏時未及時切斷電源或火源，導致的火災或爆炸事故等。

2.2.4 自然或工作環境影響的危險性

自然或工作環境影響的危險性包括：雷電、地震、風雨雪等自然災害引起的設備及建筑的破壞等，還有因LNG 加氣站上頻繁進出的車輛、打火機、手機電磁火花、碰撞摩擦火花、靜電等火源引起的火災爆炸等。

2.3 LNG 加氣站的安全性措施

鑒于LNG 加氣站上導致危險發生的各種因素，需要從設計、制造、安裝及使用幾方面共同著手：

2.3.1 設計安全

按標準規范執行建（構）筑物之間的安全間距，設置合理的圍堰深度（常規項目的設備建議考慮為：LNG 泵橇基礎低于卸車時槽車停車位，高差大于等于0.3m），選擇可靠的材質（奧氏體不銹鋼06Cr19Ni10），LNG 儲罐設置液相緊急切斷閥及合理的卸壓系統，設置合理的低溫補償及管路支撐，選用可靠的連接方式，正確配置拉斷閥，設置全范圍覆蓋的可燃氣體泄漏檢測探頭，設計完備完善的消防安全系統，整站可靠的防雷及防靜電接地系統等，可以從源頭上消除安全隱患。

2.3.2 制造、安裝安全

設備的制造質量、工程的安裝質量，也是保證LNG 加氣站安全運行的基本前提之一。

2.3.3 使用安全

規范的操作規程、完備的應急預案、足夠的安全意識、必要的防護措施、一定的應急處理能力，都是保證加氣站安全運行的必備條件。

3 LNG 加氣站技術經濟性分析

3.1 LNG 加氣站經濟性分析

3.1.1 初期投入成本

初期投入成本大致包括兩個組成部分，一部分主要是LNG 加氣站內的固定設備以及建筑設施的初期投入。LNG 加氣站的設備主要有LNG 儲罐、LNG 潛液泵、LNG 加氣機等，這些設備技術已非常成熟，成套設備已全部實現國產化。LNG 儲罐生產的國內代表廠商有中集圣達因、北京天海、荊門宏圖等。LNG 加注行業初期主要依靠進口的核心設備低溫潛液泵也已實現國產化，ACD、低溫之心等進口品牌在LNG 加氣站行業的市場份額已逐步被杭州新亞低溫科技有限公司、浙江湖州三井低溫設備有限公司、淄博博山綠源燃氣設備有限公司等一批國內生產廠家蠶食，這些國產LNG 低溫潛液泵的性能已得到國內用戶的普遍認可。目前LNG 加氣站成套設備根據軟硬件配置不同，一般一座三級LNG 加氣站設備費用在130～180 萬左右。

初期投入成本的另一部分則是加氣站土地的費用。土地費用一般是土地使用權轉讓費用，也或者是長期租賃土地費用，不同地方根據政策的不同費用要求也不同。近幾年國內 LNG 加氣站設備橇裝化進程非常迅速，成套技術完全成熟，國內各地建設的 LNG加氣站 90%以上為橇裝站，并已形成系列化，大大節約了占地面積，一座三級LNG 加氣站占地面積僅約5 畝。目前國內成都華氣厚普機電設備公司、成都深冷科技有限公司、張家港富瑞特種裝備股份有限公司、安瑞科能源裝備集成有限公司、煙臺杰瑞石油服務集團股份有限公司等均能提供成熟的 LNG 橇裝成套加注設備。

3.1.2 運營期間成本

（1）原料成本。

原料成本是指LNG 進價成本，鑒于一般LNG 運輸是由供氣方提供并收取費用，行業內將LNG 的運輸成本也計入其進價成本中。同時由于LNG 的出廠價格隨市場變化波動較大，為了測算的可比性，可按每年的平均價格測算。

（2）損耗費。

損耗費是指LNG 在運輸、轉移、銷售過程所發生的蒸發損耗和滲漏損耗，一般設計時按每天最大加氣量的0.2%考慮。具體損耗量與LNG 的運輸裝卸方式以及LNG 日銷售量有很大的關系。其中主要損耗為卸車后LNG 槽車內剩余低溫氣體及少量液體，采用增壓卸車或增壓和泵聯合卸車時，一般剩余氣體100 多公斤，具體受卸車操作人員和工藝設備的影響有所差異。另一個損耗是運營過程中的BOG 排放，因LNG 儲罐、低溫管道和外界環境有著不可避免的熱交換，LNG系統內會不斷產生BOG。但若加氣站有一定的加氣量保證，產生的BOG 就會正常消化掉，一般加氣站每天有20～30 輛重型卡車加氣時，就可考慮為無BOG 排放。

（3）外購燃料和動力費。

外購燃料和動力費指加氣站經營過程，設備運轉及人員辦公直接消耗的燃料、電和水等。

（4）折舊費及凈殘值。

折舊費是以固定資產原值為基數，扣減凈殘值后，按直線折舊法折舊，LNG 固定資產折舊年限為15 年，固定資產凈殘值抽5%計取。

（5）設備維修保養費。

設備維修保養費以折舊費為基數，按基數的3%估算。

（6）人工成本。

人工成本包括企業員工的工資及福利費，該項成本按所在地已有加氣站的工資水平和設計定員考慮。

（7）辦公管理費用。

辦公費用包括維持加氣站運營所需的網絡費、電話費、辦公用品費、培訓費等各項費用。該項費用根據加氣站規模不同具體考慮。

（8）稅費。

經營加氣站，主要稅費有天然氣增值稅13%、企業所得稅25%、城市維護建設稅、教育附加稅、印花稅等。

3.1.3 加氣站的盈利

影響LNG 汽車市場興衰最重要、最直接的因素就是油氣價差，同熱值LNG 與柴油的價格差越大，LNG 汽車的優勢就越大。因LNG 銷售利潤隨季節變化較大，一般夏季利潤偏低，冬季利潤較高，現階段行業內加氣站LNG 的年均利潤約0.3 元/升。一個加氣站以每天售完一個54 立方LNG儲罐儲存量（約20 噸）計算，每月毛利約0.3×20×10×30=180000（18 萬）元。具體的銷售量需根據當地的市場情況確定。

4 結語

響應我國節能減排發展戰略，必須根據各地實際情況大力發展清潔節能資源。發展LNG 汽車產業，基礎在于加大建設LNG 加氣站建設力度，逐步實現汽油車向液化天然氣車的過渡。這就必然要求各企業加氣站必須把握好運用相關的生產工藝技術，從使用安全性以及使用經濟性的兩個角度出發，加快推進節能減排產業的協調發展，最終完成實現國家節能低碳減排戰略目標。