LNG加气站储罐调压问题及优化设计

LNG加气站储罐调压问题及优化设计
发布时间：2022-07-26T03:58:29.087Z 来源：《新型城镇化》2022年15期作者：樊安林
[导读] LNG加气站采用密闭式工艺流程，根据站内功能设计可划分为四个基本流程：卸车流程、加注流程、调压流程、卸压流程，每一流程又有多种状态。

卸车流程即为将运输槽车内的LNG通过槽车与储罐间的压差或通过LNG泵将其卸入到站内固定储罐进行储存；加注流程即为将储存的LNG经过LNG潜液泵加注到LNG车载气瓶内供汽车使用。

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摘要：液化天然气，是将气田产出的天然气净化处理后经过多种手段降温液化而得到的，LNG被公认为地球上最清洁的化石能源。

我国随着“双碳”政策的不断升入，我国对能源结构进一步调整，天然气虽不是最终的替代能源，但为实现“双碳”目标，绝对是不可确实缺少的过渡及调峰型能源。

目前我国LNG加气站快速发展，在加气站以往成熟工艺的使用中，也体现出了一些问题，本文通过实际案例对LNG 加气站内的储罐调压工艺问题展开讨论，总结出储罐调压压的优化设计。

关键词：LNG加气站；储罐调压；优化设计；
1 LNG加气站调压流程介绍
LNG加气站采用密闭式工艺流程，根据站内功能设计可划分为四个基本流程：卸车流程、加注流程、调压流程、卸压流程，每一流程又有多种状态。

卸车流程即为将运输槽车内的LNG通过槽车与储罐间的压差或通过LNG泵将其卸入到站内固定储罐进行储存；加注流程即为将储存的LNG经过LNG潜液泵加注到LNG车载气瓶内供汽车使用。

在LNG加注前通常需要对储罐内的LNG进行调压，即调压流程。

储罐中的LNG储存温度约为-130~-162℃，液体处于沸腾状态，属于饱和液体（液体和蒸气处于动态平衡的状态）；此状态下液体的饱和温度和饱和压力为一一对应，当液体的饱和温度升高，其饱和压力也会随之升高。

LNG调压实则是调整LNG的饱和压力，在早期的LNG 加气站工艺流程中通常设计是按调饱和温度和饱和压力设计，原因是在站内提高LNG的饱和温度使得加注到车载气瓶内的LNG压力能达到汽车天然气发动机的运行压力（0.6~0.8MPa）。

随着LNG汽车的发展，现目前的LNG车载气瓶都带自增压功能，无需在站内储存时提高LNG的饱和温度，所以我们不用考虑直接调节站内LNG的饱和温度。

为保证LNG加注速度以及加注量，故需要LNG的加注压力在保证安全的前提下足够高，由于LNG潜液泵的正常工作需要提供足够的静压头，所以任然需要在站内设置调压功能，对储罐压力进行调节，以满足使用要求。

储罐增压的原理是将储罐中的LNG引入增压气化器内通过翅片管与空气进行换热气化为气态，再通过储罐顶部的气相管道进入储罐气相空间内，达到给储罐增压的目的。

2 储罐调压工艺流程设计举例
LNG储罐增压的典型流程主要有两种：一是自增压流程，二是泵增压流程。

自增压流程是利用储罐液位与增压气化器的高差，储罐内的LNG依靠液柱静压力流入到增压气化器内，气化后返回储罐顶部气相空间达到增压的目的，优点是没有能耗，缺点是增压速度较慢（详见：图1）。

泵增压流程是利用LNG潜液泵将LNG抽入增压气化器内气化后返回储罐顶部气相空间内，优点是增压速度较快，缺点是需要启动LNG潜液泵有能耗，并且LNG升温较快BOG产生量较大（详见：图2）。

以上典型调压流程的特点：当LNG通过增压气化器气化的BOG 进入储罐顶部可以调压，也可以选择通过底部充装口进入储罐底部液相，此时可以直接调节LNG的饱和温度。

图2 泵调压流程
3 运行中存在的问题
我公司长期从事LNG加气站的建设，以冠英服务区(进出川方向)两个LNG加气站为例，站内工艺流程设计均按以上典型的调压流程进行设计，其中出川方向的加气站增压出现偶尔能增压，通常情况下无法实现增压的问题；而进川方向能顺利增压。

从上述储罐调压流程可以看出，增压气化器出口管道设计和储罐充装管道进行联通共用，也就是说增压气相是通过储罐顶部充装返回储罐的。

此设计虽然充分利用了管道功能，减少了管道数量，但在实际运行中却会出现问题。

4问题分析
经过现场勘察，发现出川方向加气站采用立罐，连接充装口管线设计较长，该充装管线在翻越围堰时采用倒“U”型结构，并在泵撬内与储罐连接的管道形成“U”型结构，因该管路同时承担卸液和加液机预冷回流的作用，故平常工作是均有LNG液体，所以U形结构的底部存有液体，管道内气化后的BOG会聚集于管道顶部形成气堵。

当储罐开启增压功能时，增压气化器出口气相也需要通过该管路返回储罐，此时形成了增压气化器出口背压较大，进口端的LNG无法顺畅的进入增压气化器内，故无法实现增压。

即：增压器入口压力：P+ρgh≤增压器的出口压力：P+R；
5 解决方案
我公司经过对站内增压不畅问题的分析后，提出了整改方案，将增压器出口回气管路进行改造，不在共用充装管路，单独引入储罐的另一气相口。

经过工艺管路改造后，问题得到了有效解决，储罐可以随时正常调压。

6 优化设计
经案例分析，对于LNG加注站常规的调压流程及管路设计的建议：
1)对于原设计的理念进行调整，目前LNG加注站内储存的LNG和加入车辆的LNG，原则上无需调整饱和温度，站内储存和汽车储存均希望LNG饱和温度越低约好，这样储存的时间就会越长，BOG量就会越低。

所以在设计时应取消掉调饱和温度的概念。

2)其次，LNG加注时是通过潜液泵对车辆加气，LNG加注站常用的LNG潜液泵的扬程均为250M，而车辆气瓶加注的要求的加注压力在1.2~1.6MPa，若要达到该加注压力，就必须提高泵进口端的压力，故只能给储罐进行调压，调压时的储罐压力并非饱和压力，此时的LNG 为过冷液体，有利于预防泵的气蚀。

在储罐调压流程的设计时，考虑更为简洁实用，当没有特殊要求采用泵进行储罐增压时，不建议采用泵进行增压，泵增压虽然更快速，但会耗能，也会加速LNG液温的升高增加BOG的产生。

所以尽量采用更为实用的自增压流程。

3)在采用自增压流程时，为避免液封，气堵问题影响储罐的增压，增压回气设计单独管路返回储罐气相，不与充装管路共用。

4)增压气化器能否正常增压，还应考虑增压器的位置高度，LNG能顺畅进入增压器主要依靠的是连通器的原理，所以增压器位置设计应保证低于储罐排液口高度，增压器的结构应采用卧式结构。

5)LNG加注站管道布置的基本原则为“能近则近、能少弯则少弯、避免出现U形管路”，LNG的管路越长、弯头越多冷能损失越大；U形管路是LNG加注站内液封气堵的主要因素，应尽量避免。

7 结束语
LNG加气站技术不断发展，运用经验也逐渐丰富，对于LNG加气站内调压流程及其他工艺流程应进一步优化研究，并应与实践运行中存在的问题相结合，以增强LNG加气站工艺运行的实用性和经济性。

参考文献：
[1] 吴佩英. LNG汽车加气站设计的探讨[J]. 煤气与热力 2006.9 ：7-9
[2] 李晓倩蒿云鲍蒙. LNG加气站工艺设计方案[J]. 煤炭与化工 2018 4 ：144-146。