CNG与LNG混合建站的方案研究

ＣＮＧ与ＬＮＧ混合建站的方案研究蔡安宁，孙　可（重庆耐德工业股份有限公司 重庆，４０１１２１）摘　要：基于引射器技术和撬装技术，提出了中小规模天然气综合利用的方案。

方案利用设备共享和设备撬装，最大限度满足低成本建设、高投资回报的ＣＮＧ和ＬＮＧ混合站需求。

混合站的建成将实现调峰、向工业用户提供优质气源、配送ＣＮＧ和ＬＮＧ等多种用途，还可产生巨大的经济效益和社会效益。

关键词：ＣＮＧ；ＬＮＧ；混合站；方案研究Abstract: Based on ejector technology and dragging techniques, a medium or mini scale natural gas comprehensive utilization program is put forward. The scheme complied with the demand of low construction cost and high investment revenue for CNG/LNG compound service station with equipment share and equipment dragging. Mixed station will be built to achieve peak, to provide high-quality industrial gas, LNG and CNG delivery and other uses, and can also generate great economic and social benefits.Key words: CNG ; LNG ; Compound service station ; Layout中图分类号：ＴＫ１７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－９２２７（２００９）０１－００９６－０３０ 前　言众所周知，燃油汽车尾气已成为城市大气的主要污染源，从环境保护和发展替代能源的战略考虑，我国从８０年代起开始积极推动清洁能源汽车的技术研究和产业发展，取得了丰硕的成果。

目前，天然气汽车、电动汽车、燃料电池汽车等都已进入试用、推广及规模应用等阶段。

就天然气汽车而言，目前压缩天然气（ＣＮＧ）汽车已在全国广泛使用，不少城市在政府的政策支持下，公交车和出租车已全部改用ＣＮＧ作为燃料，为降低城市大气污染做出了重大贡献。

但由于ＣＮＧ是气态，在有限的车载容器中存储量有限，以出租车为例，一般每台车一次加气量不超过１２ｍ３，运行距离不超过２００ｋｍ，导致ＣＮＧ汽车加气需求频繁，对城市加气站的建设数量要求较多，限制了ＣＮＧ汽车的进一步发展。

近几年，随着液化天然气（ＬＮＧ）技术的发展，从海外进口ＬＮＧ和国内ＬＮＧ工厂的建设，使得ＬＮＧ产品得到有效供应。

ＬＮＧ与ＣＮＧ相比有以下几点优势：（１）ＬＮＧ比ＣＮＧ的压缩比高３倍多，即同样容积的容器中，使用ＬＮＧ的汽车比使用ＣＮＧ的汽车在运距上高３倍多；（２）ＬＮＧ为低温低压，不像ＣＮＧ处于高压状态，危险性相对较小；（３）ＬＮＧ比ＣＮＧ更加纯净，所以研究ＬＮＧ汽车也成为满足市场需求和环保要求的必然选择，并且目前已经取得了长足的发展，在长沙、贵阳、乌鲁木齐和北京，使用ＬＮＧ作为燃料的公交车已形成一定规模。

１ 天然气加注站的类型无论是ＣＮＧ汽车还是ＬＮＧ汽车都需要天然气加注站，目前使用的主要有以下形式。

１．１　ＣＮＧ母站该类加气站使用长输高压管道燃气或城市中压管道燃气作为气源，按照ＣＮＧ产品标准要求进行脱硫、脱水后，通过ＣＮＧ压缩机压缩至２０ＭＰａ，并通过ＣＮＧ加气柱向ＣＮＧ瓶组拖车充气，并由ＣＮＧ瓶组拖车配送到ＣＮＧ子站、偏远城镇管网、工业用户等处作为天然气气源，常规ＣＮＧ瓶组一次配送量为４０００Ｎｍ３左右。

１．２　ＣＮＧ标准站该类加气站一般使用城市中压管道气作为气源，工艺及设备配置基本与ＣＮＧ母站相同，只是处理规模相对较小，是通过ＣＮＧ加气机向天然气汽车进行加气。

１．３　ＣＮＧ子站该类加气站一般建于没有管道燃气的边远城镇，使用ＣＮＧ瓶组车配送的ＣＮＧ作为气源，ＣＮＧ瓶组车到达子站后，通过卸气柱、ＣＮＧ压缩机和ＣＮＧ加气机向ＣＮＧ汽车进行加注。

１．４　Ｌ－ＣＮＧ加气站该类加气站使用ＬＮＧ作为气源，通过低温高压泵将ＬＮＧ增压至２０ＭＰａ，通过汽化器气化后，由ＣＮＧ加气机向ＣＮＧ汽车进行加注。

１．５　ＬＮＧ加注站该类加气站使用ＬＮＧ作为气源，由低温泵适当增压，通过ＬＮＧ加注机直接向ＬＮＧ汽车进行加注。

收稿日期：２００８－１０－０９作者简介：蔡安宁（１９７０－），男，宁夏石嘴山人，硕士生，工程师，研究方向：制冷技术及关键设备、油气回收及轻烃分离技术设备、应急保障装备、油气储运技术装备等。

ＣＮＧ与ＬＮＧ混合建站的方案研究 蔡安宁，等９６《自动化与仪器仪表》２００９年第１期（总第１４１期）９７在中国各大城市及周边地区，ＣＮＧ母站、ＣＮＧ标准站和ＣＮＧ子站已普遍使用，据不完全统计，已建站和规划新建站数量合计超过５０００座，但是由于气源和站内设备调峰能力有限，ＣＮＧ标准站普遍存在的问题是在高峰期时缺少充足的气源为汽车加气，而导致来加气的汽车长时间排队，影响了城市交通和营运车辆的经济效益，为此不少城市限制了私人车辆油改气的数量，进而限制了清洁能源汽车的使用范围。

２ 关于建设ＣＮＧ和ＬＮＧ混合站的方案研究在对加气站运行特点和国内外ＬＮＧ技术的调研后，提出了利用设备共享和设备撬装，建设ＣＮＧ和ＬＮＧ混合站的方案，即在同一站内，利用ＬＮＧ便于储存的特点，在加气站加气低峰期时，将管道天然气进行液化存储，不仅可以作为高峰期运行时的调峰气源，还可以作为优质气源向工业用户、偏远城镇的燃气管网、加气子站等进行配送，从而扩大天然气的使用范围，不仅可以提高天然气用户的经济效益，对环保也将起到积极的社会效益。

ＣＮＧ和ＬＮＧ混合站的工艺原理图如图１所示。

图１　工艺原理２．１　工作原理说明一般情况下，管道燃气通过ＣＮＧ预处理、ＣＮＧ压缩机、ＣＮＧ加气机等主要工艺设备直接向ＣＮＧ汽车进行加气。

当管道燃气使用有富裕时，如ＣＮＧ低峰运行期间，可将部分管道燃气引进ＬＮＧ预处理装置，达到ＬＮＧ生产气质要求时，利用空闲的ＣＮＧ压缩机进行增压，通过ＬＮＧ预冷撬和ＬＮＧ液化撬将天然气进行液化，并储存在ＬＮＧ储罐撬内，根据需要，可通过Ｌ－ＣＮＧ撬将ＬＮＧ转化为ＣＮＧ后，由ＣＮＧ加气机进行加注，也可以通过ＬＮＧ加注机直接向ＬＮＧ汽车或ＬＮＧ槽车进行加注，ＬＮＧ槽车可将ＬＮＧ配送到需要的地方。

２．２　主要工艺设备简介（１）ＣＮＧ预处理设备ＣＮＧ预处理设备包括脱硫设备和脱水设备，预处理深度达到含硫量低于每标方１５ｍｇ、常压水露点低于－５５℃，该类设备为目前ＣＮＧ加气站的标准配置。

（２）ＬＮＧ预处理设备由于ＬＮＧ为深冷液化，对气质中的含硫量、含碳量和含水量的要求比ＣＮＧ要严格，故新设ＬＮＧ预处理装置，预处理深度达到含硫量低于２０ｐｐｍ、二氧化碳含量低于５０ｐｐｍ、常压水露点低于－１００℃。

目前此类脱硫脱碳的工艺主要为胺液吸收法，不容易实现整体撬装，但随着技术和工艺的发展，实现整体撬装还是有可能的。

（３）ＣＮＧ压缩机ＣＮＧ压缩机为成熟产品，一般加气站根据加气规模配置多台，出口压力设计为２５ＭＰａ，本方案利用空闲时的ＣＮＧ压缩机对经过ＬＮＧ预处理后的天然气进行增压，经稳压至２０ＭＰａ后进入ＬＮＧ预冷撬。

（４）ＬＮＧ预冷撬本方案液化部分工艺原理为将高压天然气经过膨胀制冷进行液化，为补充冷量，新设ＬＮＧ预冷撬，通过冷量回收和制冷机将天然气温度降至－７０℃。

（５）ＬＮＧ液化撬ＬＮＧ液化撬将２０ＭＰａ、－７０℃的天然气经过膨胀制冷，使得天然气在０．４ＭＰａ、－１４２℃的条件下进行液化。

该撬内使用的膨胀制冷部件为国外的专利技术——引射器，在进行节流膨胀的同时，可将未液化的部分低压气自吸回引射器进行膨胀，制冷效率较高，ＬＮＧ液化撬的设计生产规模一般为１～５×１０４Ｎｍ３／ｄ。

（６）ＬＮＧ储罐撬从ＬＮＧ液化撬中产生的ＬＮＧ送入ＬＮＧ储罐撬，根据上游供给量、下游消耗量以及场地大小等实际情况可灵活选择ＬＮＧ储罐撬的规格。

（７）Ｌ－ＣＮＧ撬Ｌ－ＣＮＧ撬由低温高压泵和汽化器组成，可将ＬＮＧ增压气化成ＣＮＧ，并通过ＣＮＧ加气机对车辆进行加气。

（８）自动控制系统本方案需要配置高性能的自动控制系统，主要实现生产过程中各工艺设备参数的精确监控、出于安全考虑的连锁保护以及生产切换和启停的连锁控制等功能，如果条件具备，还可将生产自动化与管理信息化结合起来，实现销售管理、远程诊断、物流管理、成本管理、绩效管理等功能。

２．３　该方案的特点（１）在同一站内可实现ＣＮＧ和ＬＮＧ的生产和加注，提高气源的利用率，解决调峰问题；（２）工艺流程简单，操作维护方便，并且该工艺及配备设备方便用户根据实际情况灵活选择启动与停止ＬＮＧ的生产过程；（３）关键设备压缩机可作为ＣＮＧ和ＬＮＧ生产工艺中的９８共用设备，提高了压缩机的利用效率；（４）所有设备均为成熟产品，有应用业绩，并且绝大部分可实现撬装化，对设备的占地、安装、调试和搬迁极为有利；（５）ＬＮＧ运行成本较低，能耗不高于单方０．５度电；（６）ＬＮＧ液化装置部分投资较低，以日液化２万方规模测算，总投资不高于２０００万人民币，一般４年内可收回投资；（７）Ｌ－ＣＮＧ撬根据需要还可进行冷量综合利用，提高能源利用效率。

３ 结　语该方案采用成熟的工艺和设备，流程简单，系统可靠性和安全性较高，不仅适用于ＣＮＧ标准站的小规模调峰，更适用于ＣＮＧ母站的较大规模调峰和ＬＮＧ制备与配送。

随着国际石油价格的不断攀升，使用天然气替代汽柴油作为燃料的需求将快速增长，该方案有利于气源的合理利用，解决调峰问题，并且生产的ＬＮＧ可进行长距离配送，在扩大天然气应用地域、实现节能减排的同时，还可为业主带来丰厚的经济效益。

参考文献１王　莉．浅谈我国ＣＮＧ加气站和ＣＮＧ汽车的发展［Ｊ］．石油规划设计，２００３，０５：４～５乔国发，张孔明，李多金，李玉星．撬装式ＬＮＧ／ＣＮＧ汽车加气站［Ｊ］．天然气工业，２００５，０３：１４８～１５０张孔明，冯叔初，李玉星，乔国发．ＬＮＧ在汽车代用燃料中的优势［Ｊ］．油气储运，２００４，０２：４６～４８陈叔平，谢高峰，李秋英，昌　锟．ＬＮＧ、Ｌ－ＣＮＧ、ＣＮＧ加气站的比较［Ｊ］．煤气与热力，２００７，０７：２７～３０２３４中的存储数据与ＦＬＡＳＨ地址对应关系及ＦＬＡＳＨ中存储的抄表信息同时正确，才能查找到正确的抄表数据。

查询数据流程如图２所示。

图２　查询数据流程当要进行数据查询时，先根据请求数据的时间查找ＳＲＡＭ记录的存储数据及ＦＬＡＳＨ地址对应表，判断数组元素中记录的数据发生时间与请求时间是否一致，再根据数据元素中相应的时间点记录的ＦＬＡＳＨ存储地址，从ＦＬＡＳＨ存储器中读取记录数据的相关信息，判断ＦＬＡＳＨ存储的数据时间是否与请求数据一致，如一致再从ＦＬＡＳＨ存储器中读出相应数据。