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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 [1～6] ，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① 《汽车加油加气站设计与施工规范》(2006 年版)GB 50156—2002② 《液化天然气(LNG)生产、储存和装运》GB/T 20368—2006③ 《建筑物防雷设计规范》(2000 年版)GB 50057—94④ 《建筑设计防火规范》GB 50016—2006⑤ 《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB 50058—2⑥ 《化工企业静电接地设计规范》HG/T 20675—19901.2 技术参数① 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/db. LNG 的储存容积按下式计算：式中 V——储存容积，m 3t——储存时间，dQr——平均日用气量，kg/dρ Y——最高工作温度下的液化天然气密度，kg/m 3 θ 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② 设计压力根据 LNG 车辆发动机的工作压力，确定 LNG 橇装汽车加气站的系统工作压力为 0.45～0.80MPa，LNG 储罐的设计压力为 1.2MPa③ 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① 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 180m3②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。

③ 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①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②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③种卸车方式优点是卸车时间较短，耗电量小于第②种，缺点是工艺流程较复杂综合各种因素，本项目采用第③种方式卸车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 0.45～0.80MPa，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 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① 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，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/m 3 50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/℃ -19～50内罐的材质 0Cr18Ni9外罐的材质 16MnR内罐设计压力/MPa 1.2外罐设计压力/MPa -0.1内罐工作压力/MPa 0.45～0.80外罐工作压力/MPa -0.1蒸发率/% ≤0.2② 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 低温泵的设计流量为0～320L/min对 LNG 低温泵进行选型，主要参数见表 2③ 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 3④ 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 4⑤ 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/(L·min -1) 0～320设计扬程/m 220最大扬程/m 255转速范围/(r·min -1) 1500～6000所需进口净正压头/m 0.7～3.0表 3 卸车增压器主要工艺参数单台处理量/(m 3·h-1) 200进口温度/℃ ≥-162出口温度/℃ ＞-146最高工作压力/MPa 0.8设计压力/MPa 1.6设计温度/℃ -196表 4 加气机主要参数最小喷嘴压力/MPa 0.41流量/(m 3·min-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。