LNG撬装汽车加气站工艺流程与设备选型杨众喜.doc

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1、LNG撬装汽车加气站工艺流程与设备选型 新疆广汇能源 杨众喜 LNG汽车具有经济、安全、环保、方便、机动等优势16，是天然气汽车的发展方向，也是城市规模化发展天然气汽车的理想途径。测试数据显示：公交车使用LNG燃料，尾气综合排放与燃油车辆相比可下降80%。据统计，城市大气环境污染60%来自机动车的尾气，发展LNG汽车、建设LNG汽车加气站是治理机动车辆排放污染，改善大气环境质量的有效举措。LNG橇装汽车加气站是将LNG低温储罐、加气机、低温泵、卸车增压器、储罐增压器、管道、控制阀门等设备在制造厂集中固定安装在一个橇块上，具有高度集成、安装简便、机动灵活、安全可靠、操作方便等特点，主要用于LNG

2、汽车加气项目推广和其他小规模客户开发。LNG橇装汽车加气站的技术和建设在我国处于发展阶段，本文以某公交站场的LNG橇装汽车加气站为例，对典型的LNG橇装汽车加气站的工艺流程与设备选型进行分析。1 技术规范与技术参数1.1 技术规范 目前，国内尚未发布专门针对LNG汽车加气站的设计、施工和验收规范。在长沙、贵阳等市的LNG汽车加气站示范项目的设计中，采用控制自身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，采用美国消防协会液化天然气(LNG)车辆燃料系统规范NFPA 57标准。目前，各地实际执行NFPA 57标准有很大难度，需要政府主管部

3、门大力支持7。除液化天然气(LNG)车辆燃料系统规范NFPA 57外，其他需要遵循的主要标准规范如下。 汽车加油加气站设计与施工规范(2006年版)GB 501562002 液化天然气(LNG)生产、储存和装运GB/T 203682006 建筑物防雷设计规范(2000年版)GB 5005794 建筑设计防火规范GB 500162006 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB 500582 化工企业静电接地设计规范HG/T 2067519901.2 技术参数 设计规模a. 某公交站场计划一期投运LNG汽车数量为100辆，二期发展到200辆，根据其LNG汽车情况进行LNG橇装站设计。经测算，每辆车

4、天然气耗量约为90m3/d，则200辆LNG公交车每天需要加天然气18000m3，因此该LNG橇装汽车加气站的设计规模确定为20000m3/d。b. LNG的储存容积按下式计算：式中V储存容积，m3 t储存时间，d Qr平均日用气量，kg/d Y最高工作温度下的液化天然气密度，kg/m3 b最高工作温度下的储罐允许充装率 根据气源的情况，并综合考虑加气速度、LNG汽车数量、卸车时间等因素，确定储存时间为1d。经计算，该站LNG储存容积为43.68m3。因此，取该站的储存规模为50m3，设置1台容积为50m3储罐的LNG转运橇。 设计压力根据LNG车辆发动机的工作压力，确定LNG橇装汽车加气站的

5、系统工作压力为0.450.80MPa，LNG储罐的设计压力为1.2MPa。 设计温度因为工作介质为饱和液体，根据压力确定系统工作时的最低温度为-146，系统的设计温度为-196。2 工艺流程 LNG橇装汽车加气站与LNG固定式汽车加气站工艺流程相同，分为卸车流程、升压流程、加气流程以及卸压流程等4部分。2.1 卸车流程 把集装箱或槽车内的LNG卸至LNG橇装汽车加气站的储罐内，使LNG经过泵从储罐上进液管进入LNG储罐。卸车有3种方式：增压器卸车、泵卸车、增压器和泵联合卸车。 增压器卸车通过卸车增压器将气化后的气态天然气送入LNG槽车，增大槽车的气相压力，将槽车内的LNG压入LNG储罐。此过程

6、给槽车增压，所以卸完车后需要给槽车降压，每卸1辆车排出的气体量约为180m3。 泵卸车 将LNG槽车和LNG储罐的气相空间连通，通过LNG低温泵将槽车内的LNG卸入LNG储罐。 增压器和泵联合卸车 先将LNG槽车和LNG储罐的气相空间连通，然后断开，在卸车的过程中通过增压器增大槽车的气相压力，用泵将槽车内的LNG卸入储罐，卸完车后需要给槽车降压。 第种卸车方式的优点是节约电能，工艺流程简单，缺点是产生较多的放空气体，卸车时间较长；第种卸车方式的优点是不产生放空气体，工艺流程简单，缺点是耗电能；第种卸车方式优点是卸车时间较短，耗电量小于第种，缺点是工艺流程较复杂。综合各种因素，本项目采用第种方式

7、卸车。2.2 升压流程 LNG的汽车发动机需要车载气瓶内液体压力较高，一般为0.450.80MPa，而运输和储存需要LNG液体压力越低越好。所以在给汽车加气之前须对储罐中的LNG进行升压升温。LNG橇装汽车加气站储罐升压的目的是得到一定压力的饱和液体，在升压的同时饱和温度相应升高。LNG橇装汽车加气站的升压采用下进气方式，升压方式有2种：一种是通过增压器升压，另一种是通过增压器与泵联合使用进行升压。第一种方式优点是不耗电能，缺点是升压时间长，理论计算需要逾5h。第二种方式优点是升压时间短，减少放空损失，缺点是需要电耗。本项目采用第二种方式，并且加大增压器的传热面积，大大缩短升压时间，一般需要逾

8、1 h，从而确保加气时间。2.3 加气流程 LNG橇装汽车加气站储罐中的饱和液体LNG通过泵加压后经过计量由加气枪给汽车加气。车载储气瓶为上进液喷淋式，加进去的LNG直接吸收车载气瓶内气体的热量，使瓶内压力降低，减少放空气体，并提高了加气速度。2.4 卸压流程 当系统压力大于设定值时，系统中的安全阀打开，释放系统中的气体，降低压力，保证系统安全。 通过对目前国内外先进工艺的LNG汽车加气站的调查了解，正常工作状态下，系统的放空与操作过程和流程设计有很大关系。操作和设计过程中尽量减少使用增压器。操作过程中如果需要给储罐增压时，应该在车辆加气前2h，根据储罐LNG压力情况进行增压，不宜在卸完车后立

9、即增压。3 主要设备选型 本项目的主要工艺设备为LNG转运橇。LNG转运橇上布置1台容积为50 in3的卧式低温储罐、2台加气机、1台低温泵、1台卸车增压器和1台储罐增压器，其中低温泵采用进口设备。以上这些设备通过管道连接，在制造厂集中固定在一个橇块上。 LNG储罐 LNG储罐按围护结构的隔热方式分类，有以下3种。a. 真空粉末隔热隔热方式为夹层抽真空，填充粉末(珠光砂)，常用于小型LNG储罐。真空粉末绝热储罐由于其生产技术与液氧、液氮等储罐基本一样，因而目前国内生产厂家的制造技术也很成熟，运行维护也相对方便、灵活，目前气化站使用较多。b. 正压堆积隔热采用绝热材料，夹层通氮气，绝热层通常较厚

10、，广泛应用于大中型LNG储罐和储槽。通常用于立式LNG子母式储罐。c. 高真空多层隔热采用高真空多层缠绕隔热，多用于槽车储罐和LNG汽车加气站储罐。该站的LNG储存量不大，保冷性能要求较高，因此选用高真空多层缠绕绝热储罐。根据LNG储存量，并考虑到橇装设备的运输方便性，LNG转运橇选用50m3的卧式储罐。LNG储罐设液位计、差压变送器、压力变送器、温度变送器、压力表各1只，以实现对储罐内LNG液位、温度、压力的现场指示及远程控制。罐体顶部设安全防爆装置，下部设夹层抽接口及温度测试口。根据系统的工作压力，并考虑经济性，确定储罐内罐的设计压力为1.2MPa，外罐设计压力为-0.1MPa。设计参数见

11、表1。 表1 LNG储罐技术参数型式卧式圆筒形、高真空多层缠绕绝热储罐有效容积/m350充装率/%90内罐的工作温度/-146外罐的工作温度环境温度内罐的设计温度/-196外罐的设计温度/-1950内罐的材质0Cr18Ni9外罐的材质16MnR内罐设计压力/MPa1.2外罐设计压力/MPa-0.1内罐工作压力/MPa0.450.80外罐工作压力/MPa-0.1蒸发率/%0.2 LNG低温泵 国内LNG汽车加气站的设备技术发展较晚，目前国内已建成的LNG汽车加气站投入使用的LNG低温泵均采用国外进I：I泵。LNG低温泵的流量根据汽车加气站的设计规模及加气机的流量选定，本项目LNG低温泵的设计流量

12、为0320L/min。对LNG低温泵进行选型，主要参数见表2。 卸车增压器卸车增压器是完成卸车的设备之一，选用空温式换热器，增压器借助于列管外的空气给热，使管内LNG升高温度并气化。空温式换热器使用空气作为热源，节约能源，运行费用低。本项目选用处理量为200m3/h的卸车增压器1台，其主要工艺参数见表3。 加气机 加气机是给车载LNG气瓶加气和计量的设备，主要包括流量计和加气枪。流量计是计量设备，采用质量流量计，具有温度补偿功能。加气枪是给车载LNG气瓶加气的快装接头，本项目选用流量为0.15m3/min的加气枪，加气机主要参数见表4。 储罐增压器储罐增压器是完成储罐升压升温的设备之一，选用空温式换热器，其设计参数计算及设备选型与卸车增压器相同。 表2 LNG低温泵技术参数工作温度/-146设计温度/-196设计流量/(Lmin-1)0320设计扬程/m220最大扬程/m255转速范围/(rmin-1)15006000所需进口净正压头/m0.73.0 表3 卸车增压器主要工艺参数单台处理量/(m3h-1)200进口温度/-162出口温度/-146最高工作压力/MPa0.8设计压力/MPa1.6设计温度/-196 表4 加气机主要参数最小喷嘴压力/MPa0.41流量/(m3min-1)0.15喉管配置单管计量计量精度/%0.5工作温度/-146设计温度/-196