LNG撬装汽车加气站工艺流程与设备选型

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［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—2002

② 《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》GB/T 20368—2006

③ 《建筑物防雷设计规范》（2000年版)GB 50057—94

④ 《建筑设计防火规范》GB 50016-2006

⑤ 《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB 50058—2

⑥ 《化工企业静电接地设计规范》HG/T 20675—1990

1.2 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/d。

b. LNG的储存容积按下式计算：

式中V—-储存容积，m3

t——储存时间，d

Q r——平均日用气量,kg/d

ρY-—最高工作温度下的液化天然气密度，kg/m3

θb—-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1.2MPa。

③ 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180m3。

②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