LNG汽车加气站设计(一)：工艺篇

1、LNGLNG汽车加气站设计汽车加气站设计( (一）：工艺篇一）：工艺篇编辑：彭俊杰编辑：彭俊杰时间：时间：2013.12.25 1 建站方式的选择 LNG汽车加气站(以下简称加气站)的设计首先应根据建站场地的实际情况,选择合适的建站方式。目前加气站的建站方式主要有2种:站房式、橇装式。 站房式加气站 这种建站方式占地面积大,土地费用高,设备与基础相连,施工周期长,加气站的土建施工、设备安装费用高。若城镇处于LNG应用的初期,LNG汽车的数量少,LNG消耗量小,则成本回收周期长,这种建站方式适合已经有一定量LNG汽车或政府资金支持的城镇。 橇装式加气站 这种建站方式占地面积小,土地费用低,设备绝

2、大多数集成在一个或多个橇块上,施工周期短,加气站的土建施工、设备安装费用少,建站整体造价低,易于成本回收。这种建站方式适合LNG加气站建设初期。 2 工艺流程的选择 LNG加气站工艺流程的选择与LNG加气站的建站方式有关,LNG加气站的工艺主要包括3部分流程:卸车流程、储罐调压流程、加气流程。2. 1 卸车流程 LNG的卸车工艺是将集装箱或槽车内的LNG转移至LNG储罐内的操作,LNG的卸车流程主要有两种方式可供选择:潜液泵卸车方式、自增压卸车方式。潜液泵卸车方式该方式是通过系统中的潜液泵将LNG从槽车转移到LNG储罐中,目前用于LNG加气站的潜液泵主要是美国某公司生产的TC34型潜液泵, 该

3、泵最大流量为340 L /min,最大扬程为488 m, LNG卸车的工艺流程见图。潜液泵卸车方式是LNG液体经LNG槽车卸液口进入潜液泵,潜液泵将LNG增压后充入LNG储罐。LNG槽车气相口与储罐的气相管连通,LNG储罐中的BOG气体通过气相管充入LNG槽车,一方面解决LNG槽车因液体减少造成的气相压力降低,另一方面解决LNG储罐因液体增多造成的气相压力升高,整个卸车过程不需要对储罐泄压,可以直接进行卸车操作。该方式的优点是速度快,时间短,自动化程度高,无需对站内储罐泄压,不消耗LNG液体;缺点是工艺流程复杂,管道连接繁琐,需要消耗电能。自增压卸车方式 自增压卸车方式见图, LNG液体通过L

4、NG槽车增压口进入增压气化器,气化后返回LNG槽车,提高LNG槽车的气相压力。将LNG储罐的压力降至0. 4MPa后,LNG液体经过LNG槽车的卸液口充入到LNG储罐。自增压卸车的动力源是LNG槽车与LNG储罐之间的压力差,由于LNG槽车的设计压力为0. 8MPa,储罐的气相操作压力不能低于0. 4MPa,故最大压力差仅有0. 4MPa。如果自增压卸车与潜液泵卸车采用相同内径的管道,自增压卸车方式的流速要低于潜液泵卸车方式,卸车时间长。随着LNG槽车内液体的减少,要不断对LNG槽车气相空间进行增压,如果卸车时储罐气相空间压力较高,还需要对储罐进行泄压, 以增大LNG槽车与LNG储罐之间的压力差

5、。给LNG槽车增压需要消耗一定量的LNG液体。自增压卸车方式与潜液泵卸车方式相比,优点是流程简单,管道连接简单,无能耗;缺点是自动化程度低,放散气体多,随着LNG储罐内液体不断增多需要不断泄压,以保持足够的压力差。 在站房式的LNG加气站中两种方式可以任选其一,也可以同时采用,一般由于空间足够建议同时选择两种方式。对于橇装式LNG加气站,由于空间的限制、电力系统的配置限制,建议选择自增压卸车方式,可以简化管道,降低成本,节省空间,便于设备整体成橇。 2. 2 储罐调压流程储罐调压流程是给LNG汽车加气前需要调整储罐内LNG的饱和蒸气压的操作,该操作流程有潜液泵调压流程和自增压调压流程两种。 潜

6、液泵调压流程 LNG液体经LNG储罐的出液口进入潜液泵,由潜液泵增压以后进入增压气化器气化,气化后的天然气经LNG储罐的气相管返回到LNG储罐的气相空间,为LNG储罐调压。采用潜液泵为储罐调压时,增压气化器的入口压力为潜液泵的出口压力,美国某公司的TC34型潜液泵的最大出口压力为2. 2MPa,一般将出口压力设置为1. 2 MPa,增压气化器的出口压力为储罐气相压力,约为0. 6 MPa。增压气化器的入口压力远高于其出口压力,所以使用潜液泵调压速度快、调压时间短、压力高。潜液泵调压流程 自增压调压流程 LNG液体由LNG储罐的出液口直接进入增压气化器气化,气化后的气体经LNG储罐的气相管返回L

7、NG储罐的气相空间,为LNG储罐调压。采用这种调压方式时,增压气化器的入口压力为LNG储罐未调压前的气相压力与罐内液体所产生的液柱静压力(容积为30 m3 的储罐充满时约为0. 01 MPa)之和,出口压力为LNG储罐的气相压力(约0. 6MPa) ,所以自增压调压流程调压速度慢、压力低。2. 3 加气流程 在加气流程中由于潜液泵的加气速度快、压力高、充装时间短,成为LNG加气站加气流程的首选方式。 3 管道绝热方式的选择对于LNG管道,绝热无疑是一个非常重要的问题,管道绝热的性能不仅影响到LNG的输送效率,对整个系统的正常运行也会产生重要影响。LNG管道的绝热结构主要有常规的绝热材料包复型结

8、构和真空夹套型结构。 采用常规的绝热材料包复型结构,由于不锈钢管道的冷收缩问题,使得绝热材料在包覆时需要预留一定的缝隙,补偿管道的收缩。在这些管道的接口处要阻挡水蒸气,但随着时间的推移,这些绝热材料还是会因吸水而丧失绝热效果。采用这种绝热方式的管道造价低,施工制作方便、快捷,适合橇装式LNG加气站使用。 采用真空夹套型结构的管道 ,由于是内外双层管,内管用于输送LNG,承受LNG的输送压力;内外管之间为真空夹层,外管防止水分或者空气进入真空夹层。采用这种结构,真空夹层可以隔绝空气的对流传热,多层缠绕的铝箔和纸绝热材料可以隔绝辐射传热和热传导,整体来看这种结构的绝热效果要优于绝热材料包复型结构。

9、这种结构的制造工艺复杂,造价相对比较高,运行维护成本低,设备可靠性高,适用于站房式LNG加气站。 4 LNG加气站的选址及安全间距目前,LNG加气示范站的服务对象为城市公交车,发展对象为城市区间车及出租车。加气站布点是否合理直接影响到LNG汽车的推广。若加气站的服务对象为公交车,选址在公交车的停车场附近比较合适,便于晚间集中加气。若服务对象为城市区间车,可考虑在高速公路沿线的加油站处合建。若服务对象为出租车,则要充分考虑出租车加气的便利性,合理布点,建议尽量与现有的加油站合建。 目前,国内还未出台针对LNG气化站、加气站的设计、施工和验收规范,在LNG气化站设计中,行业普遍认可的是参照LPG相关规范。其理论依据是基于LNG和LPG的特性参数。LNG的主要成分为CH4 ,LPG的主要成分为C3H8、C4H10 ,二者的特性参数比较见表1。由此可见,同样条件下, LP