成都城市燃气应急供气的探索_曹晖

成都城市燃气应急供气的探索曹晖1，钱江2，彭洲炜2，张宇轩2(1．同济大学，上海200092;2．成都城市燃气有限责任公司，四川成都610041)摘要：结合成都城市燃气的应急供气方案，介绍采用LNG 车载供应的方式对重点客户进行应急保障的工艺流程和设备配置，通过实践进行了验证，效果良好。

关键词：应急供气;液化天然气;带车灌装中图分类号：TU996文献标识码：B 文章编号：1000－4416（2013）12－0B06－05作者简介：曹晖（1974－），男，上海人，工程师，硕士，主要从事燃气输配设备的市场研究和产品开发工作。

1项目背景随着西部大开发的不断推进，成都举办大型的国际会议、论坛和展览的频率不断增加，燃气供应的可靠性需求也在悄然变化。

成都市委市政府向成都城市燃气有限责任公司（以下简称成都燃气）郑重交办了2012年9月底开幕的西博会重点单位燃气应急保障。

成都燃气作为组织者，联合成都城市燃气设计研究院有限公司（以下简称成燃设计院），选择了长期从事燃气输配设备成套制造的上海飞奥燃气设备有限公司（以下简称上海飞奥）进行合作，成立课题组，共同研究开发成都市燃气应急供应的方案和配套设备。

经过研究，初步确定把50m 3/h 的流量作为应急方案供气流量，把4h 作为应急供气的时间。

考虑运行的负荷安全系数，最终形成了小时额定流量为50m 3/h ，供气时间为6 8h 的设计需求。

在供气压力方面，考虑该应急装置应能够根据要求输出中压0．2MPa 或低压3kPa 天然气，考虑下游存在早期的PE 管道，要求出口温度不低于5ħ，并能够实现与下游管道的快速连接。

在燃气行业内，非管输供气是各燃气公司都曾接触过的课题，国内应用较多的是压缩天然气（CNG ）的应急供气，例如北京奥运会的天然气应急保障就采用这种模式［1］。

对成都市来讲，虽然成都有提供压缩天然气的天然气加气母站，但是这种方式在运输上存在无法克服的矛盾，运输设备的集装箱货车在成都市区很多狭窄道路上无法通行，且设备处于高压运行状态，多数重点客户也无法提供应急供气需要临时占用的安全场所，有些客户听到20MPa 的储气压力就不同意在其场地内使用。

除了CNG 外，另一种就是液化天然气（LNG ）方式。

相比CNG ，LNG 在非管输运行中有着独特的优势。

除了运行压力低（最高运行压力为0．8MPa ），最重要的一点是储存比高，相同体积时，LNG 储存天然气的量是CNG 的3倍左右。

国内也有一些单位实施过LNG 应急供气，其主要方式是两种，一种是类似国外的燃气公司的做法，采用LNG 槽车进行运输，槽车的体积一般为20 51m 3，但对成都市这种方式显然也会碰到与CNG 一样的道路运输问题。

同时每次运输的LNG 量远多于需求量，造成的浪费也不言而喻。

另一种是采用小型的低温杜瓦瓶来供应［2］，例如常见的180L 容积第33卷第12期2013年12月煤气与热力GAS ＆HEAT Vol．33No．12Dec．2013的杜瓦瓶。

从成都市应急实际供气量的要求来看，无疑是选择后者。

这种方式的问题主要是需要对杜瓦瓶进行搬运和连接管路的拆装。

目前多数LNG加气站无法直接给杜瓦瓶进行充装，而180L杜瓦瓶空瓶质量为122kg，充装后质量为185kg，两个人徒手很难移动，搬运必须依靠升降设备，但在小型厢式车内很难使用吊装设施，搬运杜瓦瓶也很麻烦。

同时装有低温LNG的杜瓦瓶搬运也存在风险，以前曾多次发生在装卸操作中把杜瓦瓶摔裂的事故，对安全生产也造成影响。

一旦杜瓦瓶破裂，除了排空稀释处理也没有更好的解决办法。

因此，课题组需解决杜瓦瓶LNG充装和供气的问题，尽量不要搬运储气容器，而是直接进行带车充瓶。

成都市暂无LNG大型储配站，目前获取LNG 的方式是市内已经建成的3个LNG加气站，气源通过槽车由外地运输而来。

通过课题组调研，确定了成都市3个LNG加气站在用设备加液枪的接口型号和制造厂家，并选择最适合本LNG应急供气项目的配套设备。

2设备研发2．1工艺流程上海飞奥LNG产品部对杜瓦瓶的利用进行过长期深入的研究，对国内常用的流程［3］进行了创新，创新的工艺流程申请了国家专利［4－5］。

该工艺专利实现了LNG正常供液，无需人员频繁地手动增压，降低了人员的现场工作量。

同时确保产生的BOG能够顺利排向下游。

根据成都燃气的具体要求，上海飞奥在专利LNG供气方案的基础上进行修改，设计了应急供气橇车的工艺流程，见图1。

设备分别安装在两辆车上。

一辆为LNG储存车（成都燃气租赁，有危险品运输证），安装有4个并联的LNG杜瓦瓶。

另一辆为LNG气化调压车（五十铃应急抢修车），安装有空温式气化器、电加热器和调压设备。

两车之间采用保冷不锈钢管加不锈钢波纹管进行连接。

气化调压车上的出口通过加长的不锈钢波纹管和快装接头与下游用户连接，提供压力稳定的流量不小于50m3/h的天然气。

具体流程如下：储存车上4个杜瓦瓶固定在车上，不做搬运移动，液相和气相汇管上分别装有车用快装接头，液相为加液口，气相为回气口，通过连接加气站上的加液枪和回气枪，可以实现在加气站内带车充瓶。

图1成都燃气LNG应急供气橇车工艺流程www．watergasheat．com曹晖，等:成都城市燃气应急供气的探索第33卷第12期主流程：LNG液体（图中红色线）自杜瓦瓶通过不锈钢波纹管、低温长轴截止阀进入液相汇管，液相汇管上装有带冷凝弯的压力表和低温安全阀，其中安全阀并联装有手动放散的低温短轴截止阀。

通过对液相管道上的调节阀1进行设定，出口压力低于p1时开启，对外输出低温LNG液体，进入空温式气化器气化。

出口（电加热器后）天然气管道（图中蓝色线）上设置温度计，当天然气温度低于5ħ时，切换至旁通的水浴式电加热器补热，确保天然气温度在5ħ以上。

空温式气化器前设置低温紧急切断电磁阀，可与天然气温度进行低温连锁，如低于5ħ时间超过5min，电磁阀自动切断。

电加热器前后均设置并联的安全阀和手动放空阀，避免加热时产生超压。

天然气依次进入两级调压器，一级调压器出口设定中压0．2MPa，二级调压器出口设定低压3 kPa，可根据需求切换阀门选择出口压力。

同时二级调压旁通路上的手动调节阀可根据下游要求调节，快速改变中压输出值。

每级调压器均自带内装紧急切断阀，压力超出设定值能自动切断，配置压力表和测试阀有利于观察和调试。

设备出口设置微流量安全阀（呼吸阀），解决密闭空间气体长时间受热压力升高问题，避免紧急切断阀的频繁动作，提高设备可靠性。

辅助流程：杜瓦瓶中的BOG气体（图中绿色线）通过不锈钢波纹管、低温长轴截止阀进入气相汇管，气相汇管上也装有带冷凝弯的压力表和低温安全阀。

气相管道上串联调节阀2和单向阀，入口压力低于p2时处于关闭状态，设定p1＜p2。

当杜瓦瓶中的气相压力上升，通过液体传递，液相调节阀1出口压力上升至p1时关闭，停止LNG供液。

由于BOG增加，气相压力会继续上升，气相调节阀2入口压力上升至p2时，调节阀2打开，将BOG气体泄至液相管道中。

卸压后，气相调节阀2入口压力低于p2，调节阀2关闭。

如果下游用气，液相压力会降低，当液相调节阀1出口压力低于p1时，调节阀1开启，恢复LNG供液。

气相上的单向阀主要防止液相倒流至气相管道中。

放散流程：系统设备故障超压时，少量的低温超压LNG液体或气体通过低温安全阀或手动放散阀进入不锈钢EAG管道（图中湖蓝色线）。

因量小未设置专用的EAG加热器，通过不锈钢管道被环境空气加热至密度低于空气后，与后端天然气管道（图中蓝色线）上的安全放散集中汇总，经过阻火器进入放散管高点放散（4m以上，车辆行驶时放散管收起），未就地放散，确保放散现场安全。

流程的主要创新点在于杜瓦瓶中LNG产生的低温BOG气体，通过调节阀控制，最终进入液相管道中，也能被空温式气化器加热后利用，未做常规的放空处理，减少了能源的浪费和温室气体对环境的破坏。

同时取消了BOG加热器，减少了设备的占地面积，降低了成橇的管路复杂度。

该流程也确保了气相保持一定的压力值，为LNG供液提供驱动力，保证系统可靠供气，减少了手动增压的频率。

2．2技术难点①快速响应问题和日常储存问题。

为了应急时能够快速响应，必须储存一定量的LNG，但日常储存LNG会产生BOG气体排放，对环境产生影响。

②尺寸限制。

受城市道路所限，成都燃气用于应急供应车辆的尺寸固定，一期成都燃气提供的应急抢修车车厢尺寸为：长ˑ宽ˑ高：长2．72mˑ宽1．84mˑ高1．76m，可利用的空间非常小。

为提高设备适应环境的能力，必须在冬季也能够正常投运，除常用空温式气化器外，必须考虑强制换热，对设计中的空间利用提出更大的挑战。

③车载运输要求。

必须有效解决减振和防松问题，并且能够实现在成都LNG加液站进行顺利充装，不需要拆卸和搬运杜瓦瓶。

与加液枪的连接和充灌杜瓦瓶在设计中需要重点考虑。

④供电方式要求。

设备本身为应急保障而设，必须提高设备的适应性和安全性。

现场无电源的情况下应保障设备的运行安全。

2．3解决方案①成燃设计院对应设计了下游接收的接口，由成都燃气对设备停放的清江调压站进行改造，将BOG气体自供气口排至下游中压管网。

②采用三维设计技术，反复优化布置方式，使设备满足车厢尺寸要求。

上海飞奥按成都燃气要求设计了三维图，课题组审核通过后再进行制造，完全满足了实际的要求。

③采用设备整体防振的方式，底盘支撑处加装防振垫，非常有效。

螺栓的防松从使用来看，加装弹簧垫片已能解决该问题。

④考虑采用双路供电的模式，一路由车上电瓶提供电源，保证控制系统的正常运行，另一路由供第33卷第12期煤气与热力www．watergasheat．com气现场提供常规供电。

即使现场供电出现故障，也能够保证控制系统不间断运行。

产品标准执行上海飞奥企业标准Q /FcA 1051《ＲLY 系列液化天然气应急供气橇》，符合GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》，参考欧洲标准EN 1473《液化天然气设备与安装陆上装置》和美国标准NFPA －59A 《液化天然气生产、储存和装卸标准》。

3设备投运车载移动气化调压橇见图2，LNG 低温瓶组储存橇见图3。

在LNG 加气站对LNG 瓶组储存车进行了LNG 带瓶充灌，见图4。

图2车载移动气化调压橇图3LNG 低温瓶组储存橇图4加气站向瓶组储存橇灌装LNG该设备在成都燃气清江站进行停放（见图5），日常产生的少量BOG 自动排放至下游燃气中压管道，经过试运完全符合LNG 储存的设计要求。

现场无BOG 放空。

图5低温瓶组储存橇停放在清江站LNG 应急供气设备就位后，考虑到运载LNG 的车辆为危化品运输车，行驶路线和行驶车速都有所限制，成都燃气组织人员和运输车辆，实地测试设备从车辆停放点至各应急供气单位的运输时间。