LNG/L-CNG加气站的工艺设计

LNG/L-CNG加气站的工艺设计

冯建华

冯建华

成都华润燃气设计有限公司61000

摘要：近年来我国开始使用天然气作为出租车、公交车等公共交通工具的能源补充，所以各地都开始大规模的兴建LNG/L-CNG加气站，以保证汽车的燃料的补充。但是目前我国的天然气加气站发展还不完善，很多地区的天然气加气站都是加油站兼职的，虽然这样的形式减少了汽车加气加油的程序，也避免了重新兴建加气站的麻烦，但是加油站在增加加气业务时还存在一定的问题。所以有必要对目前加油加气站的升级与改造进行研究。本文主要研究LNG/L-CNG加气站的工艺设计和系统建设，为兴建加气站或者升级加油站提供一定的借鉴和参考。

关键词：LNG/L-CNG加气站；工艺流程；管道设计

前言

随着能源危机的加重和环境保护要求的日益增加，我国开始利用天然气作为部分汽车的动力资源，油气混合动力已经成为目前我国大多数公共交通系统车辆的动力类型。从目前的情况来看，天然气的使用情况较好，大大降低了我国化石能源的使用；而且天然气与汽油相比，有良好的环保效果。此外，天然气有一定的价格优势；所以其在我国的交通运输业的应用前景非常广阔。

一、LNG/L-CNG加气站简介

LNG是液化天然气的英文缩写，CNG是压缩天然气的英文缩写。液化天然气是指经过处理后以液态保存的天然气。CNG是指天然气经过加压并以气态存储在容器当中。目前，从我国汽车天然气的利用情况来看，天然气加气站主要分为四种类型：撬装式加气站、标准式加气站、L-CNG加气站和混合式加气站。天然气在我国的使用范围越来越广泛，很多地区兴建的加气站都是混合类型的加气站。本文所讨论的也正是这一类型的LNG/L-CNG加气站[1]。

二、储罐选择

储罐的选择需要考虑加气站的实际情况，在选择储罐规模是一般会考虑到用气量、存储时间、温度、以及充装率等等几个因素。

LNG储量按下式计算：

再有，因为储罐的实际存储能力会与理论计算存在一定的差距，所以在储罐容量选择时可以适当的放大储罐的容积[2]。

三、管道设计

（一）LNG/L-CNG低温管道系统选型

管道系统选型上需要考虑很多的因素，特别是在高压天然气的管道使用是更需要考虑实际的管内压强。所以在进行低温管道系统的选型设计时首先要考虑到不同环节的管壁厚度使用。其中对于管壁厚度起到影响的因素有设计压力、管外径、特定温度下的材料承受压力值、焊接部分的接头系数等等。这些因素都将影响到实际的管壁使用厚度。其他方面对于接口数、焊接数、具体的管道系统选型都需要按照具体的情况来设计。其中管道尽量减少弯曲，回避大角度的拐点即可[3]。

（二）LNG/L-CNG低温管道系统选材

从选材来看，管材的使用首先要考虑的是低温情况下材料的压力承受能力。因为系统本身温度较低，低温对于管材的影响较大。综合上述因素，结合工程实践，LNG/L-CNG低温管道材质通常采用奥氏体不锈钢管（06Cr19Ni10），性能标准符合-GB/T14976-2002，加气站内各管道使用应符合《流体输送用不锈钢无缝钢管》。此外，与管道相对应的管件（阀门）在设计时也需要仔细的考虑，为保证系统内的低温状态，所有的阀门需要有的良好隔热能力。在一些重要的管道附件部分，容易产生热量流失或者传导热量时，有必要在系统上游或者下游设置隔热装置。在具体材料和厂家选择上，对于一些非重要阀门可以选择国产商品，但是在重要的部位上就有必要仔细的调查和考量，通过详细的设计计算，优先选择进口的阀门等管件设备。最后，对于法兰、接头、螺栓等诸多管件的使用同样需要在具体的设计计算中进行选择[4]。

四、工艺流程

LNG/L-CNG加气站的设计中工艺上的主要流程包括6个环节：

（一）卸车流程

卸车流程是将槽车内的天然气输送到储气罐中。这一流程一般是利用增压器与潜液泵来完成，但是有些情况下也会单一使用增压器而不使用潜液泵。其方式是在槽车进入加气站后对于槽车进行加压，使其与储罐之间形成一定的压力差，然后联通管道后，压力差就会使LNG自动进入到储罐当中。

（二）加液流程

加液流程是主要是针对于LNG销售的过程，主要使用的设备是加压设备和计量设备。加压使LNG通过管道进入加气设备，然后通过计量设备进入到汽车当中。加液流程中加液压力需要在1.6MPa以下，计量设备主要是通过计量所输出的液体计算消费。

（三）调压流程

调压流程是针对于一些没有增压能力的汽车的加气需求。目前我国的有很多的汽车车载气瓶没有增加器，而汽车能够安全使用的是调压后的饱和性液体，也就是说如果汽车没有增压设备，而加气站又没有必要的调压程序的话，汽车是无法使用的。所以需要一定的调压流程以应对这样的情况，在加注时输送的是饱和的液体。目前我国的加气站设备都有自动调压的功能。

（四）泄压流程

泄压流程是为应对储气罐压力过高的情况的。储气罐压力过高是一个严重的安全问题，一旦超过储气罐所能承受的压力极限就会出现泄露，这已经是最好的情况。一旦遇到明火或者电流就会造成爆炸等情况。所以在建站时必须要考虑到这一情况，在设计时就需要设计相应的泄压流程，以应对这样的情况，避免发生危险。泄压流程是释放罐内的气体，即使是在低温罐中的也会有一定的汽化比例这是不可避免的，在长期的累积下，就会产生罐内的压力。

（五）CNG加气流程

CNG是针对于出租汽车的加气功能，在这其中需要对其进一步的加压，其中储气罐中的气体先进入柱塞泵然后进入高压气化器，最后通过加气设备进入出租车当中。因为出租车本身不能直接使用LNG，只能选择使用CNG，因此加气站需要有这一功能。

（六）BOG回收流程

BOG是指在储罐槽车中产生的气态天然气，这是一种不可避免的情况，而且这些蒸汽是无法进行使用的，为减少浪费情况，在设计中加入回收的流程。先是将蒸汽导出，然后升温，再重新对这些蒸汽进行处理，变成液态或者加压产品重新进行使用。

总结

天然气是一种清洁能源，不但可以缓解目前能源紧张的问题，还会降低汽车尾气对于环境的影响，关系着我国的经济的发展和可持续发展战略的实施。随着天然气在交通运输系统中的广泛应用，我国目前的加气站数量已经不能完全满足需求。因此，我们需要加大对加气站设计的研究，通过相关研究和实践来提高我国加气站的建设能力和技术水平。经过本课题的分析可以发现LNG/L-CNG加气站的主要工艺流程是根据实际的服务需要确定的，而管线的选材和选型主要是受到低温和高压影响，所以在今后的研究和建设中，这两部分是不容忽视的。

参考文献：

[1]文昱舜.LNG/L-CNG加气站的工艺及管道系统设计[J].广州化工，2013，16（03）：177-179.

[2]李超.CNG加气站工艺系统与设备优化研究[D].重庆：重庆大学，2012.

[3]舒浩纹，刘苏，吴晓南，等.CNG加气站工艺流程优化设计探讨[J].天然气与石油，2012，05（03）：42-104.

[4]宋振兴.LNG加气站工艺技术、安全及经济性分析[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.