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1、LNG撬装汽车加气站工艺流程与设备选型 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
2、、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)
3、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。 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
4、; 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&#
5、160; 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LN
6、G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0.450.80MPa，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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、0; 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
12、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
13、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/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
14、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
15、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
16、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)0320设计扬程/m220最大扬程/m255转速范围/(r·min-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/(m3·h-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/(m3·min-1)0.15喉管配置单管计量计量精度/%±
17、0.5工作温度/-146设计温度/-196LNG汽车加气站工艺与设备 一、工艺流程 美国休斯敦LNG加气站的工艺流程：规模为日加气量120辆车。站内有42m3的深冷储罐2座，储存温度为-176.4。低温离心泵将储罐内LNG经加气机加到车辆上。泵工作压力为0.28 0.62 MPa，排量为114 L/min。加气机使用一部38.1 min质量流量计，用于计量由储罐至加气车辆的气量，另一部12.7 mm质量漉量计计量从汽车返回储罐的气态天然气量。 LNG加气站工艺流程 卸车流程：由LNG低温泵将LNG槽车内 LNC卸至LNG储罐。 加气流程：储罐内LNG由LNG低温泵抽出，通过加气机向汽车加气。
18、压漉程：卸车完毕后，用LNG低温泵从储罐内抽出部分LNG通过LNG气化调压后进入储罐，当储罐压力达到设定压力时停止气化。 LNG加气站的主要技术指标：加气能力（气态）：1.2×1042.4×104m/d；可加气LNG汽车（公交车）台数：50100辆/d；加气时间：510 min/辆；加气机加气压力：1.2 MPa；加气机计量精度：±1.0%。 加气站能实现从槽车卸液，低温储罐上下进液；储罐有液位保护系统、防泄漏系统和自动调压系统；加气机能实现计量加气和定量加气功能；自动控制系统对泵可进行三挡变频调速，以实现低速循环、加气及储罐上进液功能。 二、加气站设备 LNG加
19、气站设备主要包括LNG槽车、LNC储罐、调压气化器、LNG低温泵、加气机及LNG车载系统。LNG槽车目前单台最大容积为37m3，槽车设计压力0.8 MPa，运行压力0.3 MPa。LNC储罐由内、外壳组成，采用真空粉末绝热技术，目前可做到200m3，大多为100m3以下。调压气化器是空温式气化器。LNG车载瓶目前国内可生产3种规格，45L，300 L和410 L，分别用于轿车、中型车和公交车。 LNG储罐内层材质为不锈钢，外层为碳钢，而车载瓶内外层均为不锈钢。三、 LNG汽车特点 因同容积LNG储罐装载天然气是CNG的2.5倍，国外大型LNG货车一次加气可连续行驶l0001300 km，非常适合长距离运输。LNG加气站占地少，一座加气150辆/d的加气站占地仅几百平方米。由于LNG是液态，便于运输，建LNG汽车加气站不受天然气管网的制约。LNG汽车具有经济、安全、环保、机动等优势，是天然气汽车的又一发展方向。LNC汽车技术在我国正处于起步阶段，关键技术有待研发，相关标准规范有待制定。为推广和发展LNG汽车奠定基础。