LNG加气站的规范选用及设计

LNG汽车和LNG加气站在国外特别是美国，已经得到了长足发展，而在我国的发展时间尚未超过20年。还处于发展初期。因此,我国尚未颁布专门适用于LNc加气站的设计规范.在进行LNG加气站设计时,国外设计人员主要遵守NFPA57-一97《謦车用液化天然气（LNG）供气系统标准》，国内已建成并正在示范运行的LNG加气站遵循的设计标擘巾是NFPA57卅7。但由于各种原因，特别是国内外行业发展水平、设备制造水平、管理水平的差异,装国行业主管部门及消防部门对国外规范的认可跫l度不高。根据以往的成功经验，采用大家更为銎霉I的国内相近的设计规范，更容易得到主管部门紫坠I可.比如LNG气化站发展初期，GB50028—3《警l矗燃气设计规范》中尚未有关于LNG气化站望}l求，设计时均参照了该规范中LPG气化站的要求.因此，笔者认为在进行LNG加气站设计时，首选国内已颁布实施的与国外规范相近的设计规范.1LNG加气站设计规范的选用

一般认为，LNG加气站的设计可参照GB50028—2006《城镇燃气设计规范》中LNG气化站的相关要求和GB50156．一2002《汽车加油加气站设奠与施工规范》（2006年版)中LPG加气站的相差孝求。前者的理论依据是LNG加气站与LNG气化站的物料均为LNG，仅两者的厂站形式及建冀±也喜耒同.后者的理论依据是LNG具有比LPG更安全的特性参数,且LNG加气站与LPG加气站同为加气站,建设地点都位于城市建成区内。

①规范的比较

占GB50028__2006主要适用于LNG总储存容积不大于2000m3的城镇LNG供应站的工程设计。该规范对LNG气化站的储罐及天然气放散总管与站内外建、构筑物的防火间距、消防系统均作了明确规定。

GB50156—-2002(2006年版)主要适用于汽车加油站、LPG加气站、CNG加气站和汽车加油加气合建站工程的设计和施工。该规范对LPG加气站的规模，LPG储罐、卸车点、加气机、放散管管口与站外建、构筑物的防火间距，LPG加气站内设施之间的防火间距及消防系统均作了明确规定。

GB50028-—2006主要适用于LNG气化站，而LNG气化站通常建于城市建成区之外。因此，该规范中LNG储罐及放散总管与站外建、构筑物的防火间距比GB50156——2002(2006年版)中LPG储罐及放散管与站外建、构筑物的防火间距大。GB50028--2006对卸车点、加气机等与站外建、构筑物的防火间距以及加气站内设施(储罐与加气机、站房、放散管等)之间的防火间距均没有涉及,而GB50156--2002（2006年版）对此有比较详细的规定。

GB50028--2006与GB50156—-2002(2006年版）的相同点:a．对储罐的消防设施要求一致，均要求储罐的单罐容积大于20m3或总容积大于50m3时，储罐应设置固定消防冷却系统。b．对移动式消防用水量的规定基本相同。c．对公用工程的设计基本一致，但在工艺设计方面,由于LNG加气站与LNG气化站的物料均为LNG，所以GB50028--2006中关于LNG气化站的部分更具有针对性。

②LNG与LPG的特性比较

LNG是以甲烷为主要组分的烃类混合物,LNG与LPG的主要特性对比见表l.由表1可知：a．LNG比LPG更难点燃，且燃烧速度比LPG小。b．LNG的燃点、爆炸极限均比LPG高,且爆炸极限的范围更宽。c．当温度高于一112℃时，LNG蒸气比空气轻,易于向高处扩散；而LPG蒸气比空气重,易于在低处积聚而引发事故。因此，LNG在运输、储存和使用中的火灾危险性及危害程度低于LPG,比LPG更安全.

从燃烧放出的热量来看,相同体积的LNG和LPG气化并燃烧后，LNG放出的热量比LPG少,对周围的热辐射也小。

因此，在防火间距和消防设施方面，对LNG加气站的要求可以比对LPG加气站的要求低.考虑到LNG加气站在我国尚处于初期发展阶段,采用与LNG加气站基本相同的防火间距和消防设施是适宜的。

项目LPGLNG燃点/0C493650点火能/MJ0。3050.330燃烧速度/0.420.38爆炸极限/％2。15—9.605。00—15。00气体密度大于空气密度,少量泄漏后易积聚-112以上时小于空气密度，少量泄漏后即挥发⑧设计规范的确定

LNG加气站与LPG加气站的站内设施相似，均包含加气机、泵、储罐、站房等。因此,从厂站的形式、建设地点、对站外环境的防火要求及站内、外设施来看,LNG加气站的设计规范更宜选择GB50156--2002（2006年版)。

从LNG与LPG的特性来看，LNG比LPG更安全，且两者皆是加气站.因此,LNG加气站的设计规范也更宜选择GB50156——2002（2006年版)。

毕竟LNG加气站与LPG加气站的物料不同，工艺设计和公用工程设计等方面存在差异.因此，为了更准确地体现LNG的特性，在工艺设计和公用工程设计等方面，对于GB50156—-2002(2006年版）未涉及的关于LNG特性要求的设计，应采用GB50028—-2006。因此,笔者认为在进行LNG加气站的设计（包含总图、工艺、公用工程、消防设计)时，应主要依据GB50156——2002（2006年版）中LPG加气站的相关规定。GB50156—-2002（2006年版)未涉及的部分应依据GB50028——2006中LNG气化站的相关规定。2LNG加气站的储存规模及等级划分2．1

影响储存规模的因素

LNG加气站的设计中，确定LNG加气站的储存规模及单台储罐的容积时,应主要考虑以下几个影响因素:

①加气站的加气规模及储存周期

LNG加气站的加气对象主要为公交车和客运大巴等易于集中加气、集中管理的车辆。据了解，目前国内已建成并投入使用的LNG加气站日加气100~150车次。国内公交车车载LNG气瓶多为240L，充装系数按85％考虑，则日加气量为20。4～30。6m3。从需求方面来说，LNG加气站主要建在城市建成区内,而城市郊区通常建有LNG储配站，供气条件较好。因此，LNG加气站的储存周期宜为1～2d,故LNG加气站所需储罐容积宜为20.4~61.2M3。

②与站外建、构筑物的防火间距

从理论方面分析，只要采取了相应的安全措施,LNG加气站的规模可以与LNG气化站相同。但从需求方面来看，由于LNG加气站多建于城市建成区内，对站外建、构筑物与LNG加气站内储罐及工艺设施的防火间距要求较高,不易找到满足较大防火间距要求的建设用地.因此，LNG加气站储罐容积不宜过大.

③设计规范对储存规模的要求．

根据GB50156——2002(2006年版）第3。0。4条的规定,LPG加气站的储罐总容积不应大于60m3，单罐容积不应大于30m3。根据该规范的条文说明，此规模的确定既能满足加气需求，也能保证安全，降低风险，同时也是与相关规范及公安部消防局协调的结果.因此，LNG加气站储罐的容积规模也应考虑该规范的要求。

④站内用地及消防水系统的要求

根据GB50156——2002（2006年版)第9．0．1、9．0．5条及GB50028——2006第9．5．1条的规定，总容积超过50m3或单罐容积超过20m3的LPG或LNG储罐应设置固定式消防冷却水系统。若LNG加气站的储罐设置固定式消防冷却水系统，同时考虑20L／s的消火栓消防用水量，则LNG加气站总消防用水量必然超过25L／s。根据GB50016-—2006《建筑设计防火规范》第8．6．1条的规定,加气站应设置消防水池及消防泵房。因此,需要较大的用地面积。而LNG加气站通常建于城市建成区内，很难找到符合要求的用地。另一方面，据了解，国内已建成并投入运行的LPG加气站通常采用2—3台单罐容积为20m3或30m3的埋地式储罐，这可以避免设置储罐固定消防冷却水系统,与站外建、构筑物的防火间距也可以适当减小.而LNG储罐为真空绝热储罐,通常为地上式储罐。地下式LNG储罐在国内尚未有实施的工程实例，国外的工程实例也较少。因此，为了减小加气站的消防用水量,减小占地面积，LNG加气站储罐的总容积不宜大于50m3，单罐容积不宜大于20m3。

⑤储罐的规格国产LNG储罐容积通常为20m3、30m3、50m3、100m3和200m3等，LNG加气站储罐应尽可能采用常规规格的产品，便于采购。2．2储存规模的确定综合考虑LNG加气站的加气规模，储存周期,与站外建、构筑物的防火间距，设计规范对储存规模的要求，站内消防水系统的要求，储罐的规格等因素，笔者认为在参照执行GB50156—2002（2006年版）的前提下，为减小LNG加气站的用地面积，使加气站更容易实施，LNG加气站的单罐容积为20m3,总容积为20m3或40m3.2．3加气站的等级划分

按GB50156-—2002（2006年版)第3．0．4条的规定,LPG加气站的等级划分见表2，设为液化石油气罐总容积。

表2

液化石油气加气站的等级划分

级别液化石油气罐容积/M3一级总容积单罐容积二级45＜V＜60＜30三级30＜V30＜45＜30

V30＜＜30

储罐总容积为40m3，单罐容积为20m3的LNG加气站属于二级站；储罐总容积为20m3，单罐容积为20m3的LNG加气站属于三级站。3LNG加气站的总图

①功能分区

根据LNG加气站的实际情况和生产工艺需求，站区可分为储存区、加气区和站房。储存区的主要设备包括LNG储罐、LNG泵、卸车增压器、调饱和器等。加气区由加气机和加气罩棚组成。站房通常由值班室、综合营业厅、仪表配电间、空压机房、办公室等组成。

②总图布置

a．根据GB50156--2002(2006年版)第5．O．1条的规定,站区工艺设施一侧应设置高2．2m的非燃烧实体围墙，面向进、出［=『道路的一侧宜设置非实体围墙,或开敞。

b．LNG储罐、LNG泵、卸车增压器、调饱和器等设备布置在高度为1．Om的围堰内，卸车接头及其阀门可布置在围堰墙体上。

c．储存区、加气区、站房均独立布置，布置时应注意LNG泵与LNG加气机的距离要尽可能短，不宜大于15m。原因是国内LNG汽车的车辆供气系统未设置气瓶增压器，为了保证供气压力的稳定性,使之能满足发动机的用气压力要求,给车辆加注的LNG必须为饱和液体。若LNG泵与LNG加气机的距离过长，无车辆加气时，管道内剩余的饱和LNG较多，容易气化，会影响加气并排放大量的气体,造成浪费。

d．LNG加气站的工艺设施与站外建、构筑物之间的防火距离按GB50028—-2006中LNG气化站相关的防火间距执行。工艺设施与站内建、构筑物之间的防火距离按GB50156--2002(2006年版)中LPG加气站相关的防火间距执行.

LNG加气站的总图布置见图1.4LNG加气站的工艺设计4．1

工艺流程

①卸车流程

将LNG由槽车转移至LNG储罐中,主要有卸车增压器卸车、LNG泵卸车及两者联合卸车等3种方式HJ。卸车增压器卸车的优点是完全采用环境热量，不耗费电能，工艺流程相对简单;缺点是卸车速度比较慢，冬季室外温度较低时尤为明显。LNG泵卸车的优点是卸车时间较短，工艺流程相对简单;缺点是耗费大量电能，启动前需要对泵进行预冷。卸车增压器和LNG泵联合卸车的优点是卸车时间比单独采用卸车增压器卸车时间短，耗费的电能比单独采用LNG泵卸车少；缺点与单独采用LNG泵相同。

笔者建议LNG加气站应具有卸车增压器、LNG泵单独卸车和同时卸车的功能。夏季宜采用卸车增压器卸车,冬季宜采用卸车增压器和LNG泵联合卸车。

②调饱和流程

我国LNG汽车的车辆供气系统未设置气瓶增压器，为了保证供气压力的稳定性，使之能满足发动机的用气压力要求，车载瓶中的LNG必须为饱和液体。因此,加气前需要使储罐中的LNG升温、升压,处于饱和状态。调饱和有3种方式：调饱和器调饱和、LNG泵调饱和、调饱和器与LNG泵联合调饱和MJ。这3种方式的优缺点与LNG卸车采用的3种方式的优缺点基本相同。

笔者建议LNG加气站应采取调饱和器和LNG泵联合调饱和的方式，可以大大缩短LNG的调饱和时间,避免加气车辆的长时间等待。

③加气流程

LNG的加气流程是指LNG泵将储罐中的LNG抽出，输送至LNG加气机，通过LNG加气机给汽车加气。

④卸压流程当储罐压力大于设定值时,打开安全阀，释放储罐中的气体,降低压力,以保证储罐安全，放散的气体通过集中放散管放空。4．2

主要设备

①LNG储罐

LNG加气站采用的低温压力储罐为真空粉末绝热储罐.储罐分为内罐和外罐两层，内罐材质为0Crl8Ni9,外罐材质为16MnR.内外罐之问采用真空粉末绝热，真空隔热层厚度为250mm.储罐的日蒸发率小于0．25％,充装系数为0．9.储罐上装有高、低液位报警设施,内罐压力高报警设施，超压自动排放罐顶气体的自力式降压调节阀以及安全阀等，以保证储罐的安全.在储罐进、出口的LNG管道上设有紧急切断阀，当有紧急情况发生时,可迅速关闭阀门，以保证系统安全。

目前，20m3真空粉末绝热低温储罐主要为立式和卧式2种形式。立式储罐的优点是占地面积小，罐内液体与LNG泵的静压头大，有利于LNG的调饱和及汽车加注；缺点是立式储罐比较高,美观性差.卧式储罐的优点是比较低,美观性好，容易被周围人群接受;缺点是占地面积大，罐内液体与LNG泵的静压头小。目前国内示范运行的加气站均采用立式储罐,有成功的经验。考虑到有利于汽车加注和LNG的调饱和，笔者推荐采用立式储罐.

②LNG泵

输送LNG这类低温的易燃介质，不仅要求输送泵能承受低温，而且对其气密性能和电气方面的安全性能要求很高.随着对泵结构、材料等方面的研究有了很大的进展，一种安装在密封容器内的潜液式电动泵在LNG系统中得到了广泛的应用。其主要特点是将泵与电动机整体安装在一个密封的金属容器内,不需要轴封,也不存在轴封的泄漏问题口］.

通常潜液式电动泵可分为船用泵、汽车燃料泵、LNG高压泵（罐外泵）和大型储罐的罐内泵。LNG加气站中，LNG的转运和加注采用的是汽车燃料泵，其结构紧凑,立式安装,特别适用于汽车燃料加注和低温槽车转运LNG。LNG泵采用安全的潜液电动机,电动机和泵都浸没在流体中,不需要轴封.

在吸入口增加了导流器，减少流体在吸入口的阻力，防止泵气蚀。LNG加气站采用的LNG泵通常为两级离心泵，由一台变频器控制，能适应不同的流量范围，电气元件安装在具有防爆功能的接线盒及其罩壳内，流量为8—340Ifmin,扬程为15～250m。主要厂家包括美国的ACD公司、日本的Nikkiso公司、瑞士的Cryomec公司等。

③LNG加气机

LNG加气机是依据直接测量流体介质质量的原理，利用先进的传感和微电脑测控技术，具有高精度、多功能的新型LNG加液计量装置,主要用于计量充人LNG车载瓶的液量。同时，加气机应用微测控技术对计量过程进行自动控制，显示屏直接显示被测液体的流量、单价、金额及加液量累计值,可远程通信,实现计算机中央管理№］。

目前，LNG加气机多采用进口,其计量方式为单管计量，单枪加气，计量精度为±0.1％，最大质量流量为80．0kg／rain，具有温度补偿功能，配带拉断阀。

④调饱和器和卸车增压器

LNG加气站采用的调饱和器和卸车增压器均为空温式换热器，LNG通过吸收环境热量达到气化升温的目的，能耗很低。为了提高气化速率和换热效率,调饱和器和卸车增压器的主体通常采用耐低温的铝合金纵向翅片管,且拥有很大的换热面积。其影响因素主要为流量、工作压力、工作周期、大气温度、相对湿度、风力、日照等”]。

笔者建议调饱和器的流量为200m3／h，立式安装；卸车增压器的流量为300m3／h，卧式安装.

5LNG加气站的公用工程设计

LNG加气站的公用工程设计主要包括土建设计、电气设计、自控设计和给排水设计，应按照GB50156—-2002（2006年版）第9—11章及GB50028—2006第9．4、9．5、9．6条的规定进行设计。

土建设计主要包括站房、设备基础、加气岛、加气罩棚柱、围堰、场地等内容的设计;基本要求有站房耐