LNG橇裝汽車加氣站工藝流程與設(shè)備選型

    LNG汽車具有經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保、方便、機動等優(yōu)勢，是天然氣汽車的發(fā)展方向，也是城市規(guī)模化發(fā)展天然氣汽車的理想途徑。測試數(shù)據(jù)顯示：公交車使用LNG燃料，尾氣綜合排放與燃油車輛相比可下降80％。據(jù)統(tǒng)計，城市大氣環(huán)境污染60％來自機動車的尾氣，發(fā)展LNG汽車、建設(shè)LNG汽車加氣站是治理機動車輛排放污染，改善大氣環(huán)境質(zhì)量的有效舉措。

    LNG橇裝汽車加氣站是將LNG低溫儲罐、加氣機、低溫泵、卸車增壓器、儲罐增壓器、管道、控制閥門等設(shè)備在制造廠集中固定安裝在一個橇塊上，具有高度集成、安裝簡便、機動靈活、安全可靠、操作方便等特點，主要用于LNG汽車加氣項目推廣和其他小規(guī)模客戶開發(fā)。LNG橇裝汽車加氣站的技術(shù)和建設(shè)在我國處于發(fā)展階段，本文以某公交站場的LNG橇裝汽車加氣站為例，對典型的LNG橇裝汽車加氣站的工藝流程與設(shè)備選型進(jìn)行分析。

    目前，國內(nèi)尚未發(fā)布專門針對LNG汽車加氣站的設(shè)計、施工和驗收規(guī)范。在長沙、貴陽等市的LNG汽車加氣站示范項目的設(shè)計中，采用控制自身安全性作為設(shè)計原則，在保證工藝和設(shè)備技術(shù)安全可靠的前提下，吸取國外設(shè)計理念，在征得消防等有關(guān)部門同意后，采用美國消防協(xié)會《液化天然氣 (LNG)車輛燃料系統(tǒng)規(guī)范》NFPA 57標(biāo)準(zhǔn)。目前，各地實際執(zhí)行NFPA 57標(biāo)準(zhǔn)有很大難度，需要政府主管部門大力支持口’。除《液化天然氣(LNG)車輛

燃料系統(tǒng)規(guī)范》NFPA 57外，其他需要遵循的主要標(biāo)

準(zhǔn)規(guī)范如下。

    ①《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》(2006年版)GB 50156--2002

    ②《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運》GB／T 20368--2006

  ③《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》(2000年版)GB50057--94

  ④《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016--2006

  ⑤《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》GB 50058--92

  ⑥  《化工企業(yè)靜電接地設(shè)計規(guī)范》HG／T20675·--——1990

  ①設(shè)計規(guī)模   

  a．某公交站場計劃一期投運LNG汽車數(shù)量為100輛，二期發(fā)展到200輛，根據(jù)其LNG汽擎隋況進(jìn)行LNG橇裝站設(shè)計。經(jīng)測算，每輛車天然氣耗量約為90 m³／d，則200輛LNG公交車每天需要加天然氣18 000 m’，因此該LNG橇裝汽車加氣站的設(shè)計規(guī)模確定為20 000 m³／d。

  b．LNG的儲存容積按下式計算：

   

式中V——儲存容積，m³

    t——儲存時間，d

    Qr——平均日用氣量，kg／d

p。——最高工作溫度下的液化天然氣密度，

    kg／m³

    0b——最高工作溫度下的儲罐允許充裝率

    根據(jù)氣源的情況，并綜合考慮加氣速度、LNG汽車數(shù)量、卸車時間等因素，確定儲存時間為1 d。經(jīng)計算，該站LNG儲存容積為43.68 m。。因此，取該站的儲存規(guī)模為50 m³，設(shè)置1臺容積為50 m³儲罐的LNG轉(zhuǎn)運橇。

  ②設(shè)計壓力

  根據(jù)LNG車輛發(fā)動機的工作壓力，確定LNG橇裝汽車加氣站的系統(tǒng)工作壓力為0.45～0.80

MPa，LNG儲罐的設(shè)計壓力為1.2 MPa。

  ③設(shè)計溫度

  因為工作介質(zhì)為飽和液體，根據(jù)壓力確定系統(tǒng)工作時的最低溫度為一146℃，系統(tǒng)的設(shè)計溫度為一196℃。

    LNG橇裝汽車加氣站與LNG固定式汽車加氣站工藝流程相同，分為卸車流程、升壓流程、加氣流程以及卸壓流程等4部分。

    把集裝箱或槽車內(nèi)的LNG卸至LNG橇裝汽車加氣站的儲罐內(nèi)，使LNG經(jīng)過泵從儲罐上進(jìn)液管進(jìn)入LNG儲罐。卸車有3種方式：增壓器卸車、泵卸車、增壓器和泵聯(lián)合卸車。

  ①增壓器卸車

  通過卸車增壓器將氣化后的氣態(tài)天然氣送人LNG槽車，增大槽車的氣相壓力，將槽車內(nèi)的LNG壓人LNG儲罐。此過程給槽車增壓，所以卸完車后需要給槽車降壓，每卸1輛車排出的氣體量約為180 m³。

    ②泵卸車

    將LNG槽車和LNG儲罐的氣相空間連通，通過LNG低溫泵將槽車內(nèi)的LNG卸入LNG儲罐。

  ③增壓器和泵聯(lián)合卸車  先將LNG槽車和LNG儲罐的氣相空間連通，然后斷開，在卸車的過程中通過增壓器增大槽車的氣相壓力，用泵將槽車內(nèi)的LNG卸入儲罐，卸完車后需要給槽車降壓。

    第①種卸車方式的優(yōu)點是節(jié)約電能，工藝流程簡單，缺點是產(chǎn)生較多的放空氣體，卸車時間較長；第②種卸車方式的優(yōu)點是不產(chǎn)生放空氣體，工藝流程簡單，缺點是耗電能；第③種卸車方式優(yōu)點是卸車時間較短，耗電量小于第②種，缺點是工藝流程較復(fù)雜。綜合各種因素，本項目采用第③種方式卸車。

    LNG的汽車發(fā)動機需要車載氣瓶內(nèi)液體壓力較高，一般為O.45～0.80 MPa，而運輸和儲存需要LNG液體壓力越低越好。所以在給汽車加氣之前須對儲罐中的LNG進(jìn)行升壓升溫。LNG橇裝汽車加氣站儲罐升壓的目的是得到一定壓力的飽和液體，在升壓的同時飽和溫度相應(yīng)升高。LNG橇裝汽車加氣站的升壓采用下進(jìn)氣方式，升壓方式有2種：一種是通過增壓器升壓，另．一種是通過增壓器與泵聯(lián)合使用進(jìn)行升壓。第一種方式優(yōu)點是不耗電能，缺點是升壓時間長，理論計算需要逾5 h。第二種方式優(yōu)點是升壓時間短，減少放空損失，缺點是需要電  耗。本項目采用第二種方式，并且加大增壓器的傳  熱面積，大大縮短升壓時間，一般需要逾1 h，從而確保加氣時間。

  2．3加氣流程

    LNG橇裝汽車加氣站儲罐中的飽和液體LNG通過泵加壓后經(jīng)過計量由加氣設(shè)備給汽車加氣。車載儲氣瓶為上進(jìn)液噴淋式，加進(jìn)去的LNG直接吸收車載氣瓶內(nèi)氣體的熱量，使瓶內(nèi)壓力降低，減少放空氣體，并提高了加氣速度。

    當(dāng)系統(tǒng)壓力大于設(shè)定值時，系統(tǒng)中的安全閥打開，釋放系統(tǒng)中的氣體，降低壓力，保證系統(tǒng)安全。

    通過對目前國內(nèi)外先進(jìn)工藝的LNG汽車加氣站的調(diào)查了解，正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)的放空與操作過程和流程設(shè)計有很大關(guān)系。操作和設(shè)計過程中盡量減少使用增壓器。操作過程中如果需要給儲罐增壓時，應(yīng)該在車輛加氣前2 h，根據(jù)儲罐LNG壓力情況進(jìn)行增壓，不宜在卸完車后立即增壓。

    本項目的主要工藝設(shè)備為LNG轉(zhuǎn)運橇。LNG轉(zhuǎn)運橇上布置l臺容積為50 m。的臥式低溫儲罐、2臺加氣機、l臺低溫泵、l臺卸車增壓器和1臺儲罐增壓器，其中低溫泵采用進(jìn)口設(shè)備。以上這些設(shè)備通過管道連接，在制造廠集中固定在一個橇塊上。

  ①LNG儲罐

  LNG儲罐按圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱方式分類，有以下

  a．真空粉末隔熱

  隔熱方式為夾層抽真空，填充粉末(珠光砂)，常用于小型LNG儲罐。真空粉末絕熱儲罐由于其生產(chǎn)技術(shù)與液氧、液氮等儲罐基本一樣，因而目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家的制造技術(shù)也很成熟，運行維護(hù)也相對方便、靈活，目前氣化站使用較多。

  b．正壓堆積隔熱

  采用絕熱材料，夾層通氮氣，絕熱層通常較厚，廣泛應(yīng)用于大中型LNG儲罐和儲槽。通常用于立式LNG子母式儲罐。

  c．高真空多層隔熱

  采用高真空多層纏繞隔熱，多用于槽車儲罐和LNG汽車加氣站儲罐。

  該站的LNG儲存量不大，保冷性能要求較高，因此選用高真空多層纏繞絕熱儲罐。根據(jù)LNG儲存量，并考慮到橇裝設(shè)備的運輸方便性，LNG轉(zhuǎn)運橇選用50 m。的臥式儲罐。LNG儲罐設(shè)液位計、差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器、壓力表各1只．以實現(xiàn)對儲罐內(nèi)LNG液位、溫度、壓力的現(xiàn)場指示及遠(yuǎn)程控制。罐體頂部設(shè)安全防爆裝置，下部設(shè)夾層抽接口及溫度測試口。根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力，并考慮經(jīng)濟(jì)性，確定儲罐內(nèi)罐的設(shè)計壓力為1.2 MPa．外罐設(shè)計壓力為一0．1 MPa。設(shè)計參數(shù)見表l。

表1 LNG儲罐技術(shù)參數(shù)

 

2LNG低溫泵⁰C

國內(nèi)LNG汽車加氣站的設(shè)備技術(shù)發(fā)展較晚，目前國內(nèi)已建成的LNG汽車加氣站投入使用的LNG低溫泵均采用國外進(jìn)口泵。LNG低溫泵的流量根據(jù)汽車加氣站的設(shè)計規(guī)模及加氣機的流量選定，本項目LNG低溫泵的設(shè)計流量為0～320 IVmin。對LNG低溫泵進(jìn)行選型，主要參數(shù)見表2。

    ③卸車增壓器

    卸車增壓器是完成卸車的設(shè)備之一，選用空溫式換熱器，增壓器借助于列管外的空氣給熱，使管內(nèi)LNG升高溫度并氣化。空溫式換熱器使用空氣作為熱源，節(jié)約能源，運行費用低。本項目選用處理量為200 m³／h的卸車增壓器1臺，其主要工藝參數(shù)見

表3。

    ④加氣機

     加氣機是給車載LNG氣瓶加氣和計量的設(shè)備，主要包括流量計和加氣裝置。流量計是計量設(shè)備，采用質(zhì)量流量計，具有溫度補償功能。加氣裝置是給車載LNG氣瓶加氣的快裝接頭，本項目選用流量為0.15 m³／min的加氣裝置，加氣機主要參數(shù)見表4。

  ⑤儲罐增壓器

  儲罐增壓器是完成儲罐升壓升溫的設(shè)備之一，

選用空溫式換熱器，其設(shè)計參數(shù)計算及設(shè)備選型與

卸車增壓器相同。

表2 LNG低溫泵技術(shù)參數(shù)

 

表3卸車增壓器主要工藝參數(shù)

 

表4加氣機主要參數(shù)

 

    各地可在LNG資源落實的情況下，通用LNG橇裝汽車加氣站的建設(shè)，快速推動LNG汽車的應(yīng)用，為改善城市空氣質(zhì)量，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)和建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作出積極貢獻(xiàn)。