LNG汽车加气站设计的探讨Word文档下载推荐.docx

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2003年5月28日，国家科技部就“十五”国家科技攻关计划“清洁汽车关键技术研究开发及示范应用”项目进行了批复。

批文中明确了要实施“单燃料LNG公交车示范工程”2个，分别由新疆广汇实业股份有限公司和长沙市液化石油气总公司组织实施。

我公司接受委托，承担了这2个LNG公交车加气示范站的全套设计。

目前，2个LNG加气示范站均投产运行，各项科研指标正在进行测试。

国内已有不少针对LNG汽车及LNG供气站的研究[1～8]，本文就LNG汽车加气站的设计进行探讨。

1LNG加气站的工艺流程

LNG加气站的工艺分4个部分：

卸车流程、调压流程、加气流程、卸压流程[4、9]。

1．1卸车流程

把集装箱或汽车槽车内的LNG转移至LNG加气站储罐内，有3种方式：

卸车增压器卸车、浸没式加气泵卸车、增压器和泵联合卸车。

本加气示范站采用第3种方式。

选用设备规格为：

卸车增压器流量为200m3／h，浸没式泵流量为40～200L／min，工作压力为0．2～1．2MPa，实际工作时卸1台40m3标准集装箱的时间约1.8h。

该方式优点是缩短了卸车时间，缺点是耗能，泵需进行预冷，而且要注意泵的气蚀现象，工艺流程相对复杂。

笔者认为：

3种卸车方式中应首选第1种，采用储罐上、下同时进液的方式。

该方式的优点是工艺简单、不耗电能。

缺点是卸车时问长，卸1台40m3标准集装箱的时间为2.5～3.0h。

建议在加气站场地许可的情况下，加大卸车增压器。

如选用300m3／h的卸车增压器，则卸1台40m3标准集装箱的时问约2.0h。

1．2调压流程

由于汽车上车载瓶中的液体必须是饱和液体，为此在给汽车加气之前须对储罐中的LNG进行升压升温，使之成为饱和液体方可给汽车加气。

升压方式也有3种：

通过储罐压力调节器升压、通过泵低速循环进行升压、通过储罐压力调节器与泵低速循环联合使用进行升压。

第1种方式优点是工艺、设备简单且不耗能，缺点是升压时问长。

LNG加气站储罐升压与LNG气化站储罐增压有所不同，LNG气化站储罐增压只要得到所需压力的LNG即可，而LNG加气站储罐升压是要得到一定压力的饱和液体，在升压的同时需升温。

故采用同规格的压力调节器对同样的储罐调节同样的压力需要的时间大不一样。

实际工作测得：

采用200m3／h的压力调节器对50m3的储罐调节饱和液体压力，达到0.5MPa时所需时间为8～10h，依外界环境温度不同而异，这给汽车加气带来很大不便。

储罐升压采用第3种方式较为合理，并且压力调节器应有备用，若有可能还应增大其规格。

这样，虽然增加了造价、能耗，但大大缩短了调压时问，理论上计算可在3.0～4.0h实现，从而确保加气时间。

1．3加气流程

储罐中的饱和液体LNG通过泵加压后由加气枪给汽车加气，最高加气压力可达到1.6MPa。

在给车载瓶加气前应先给车载瓶卸压，通过回气口回收车载瓶中余气。

目前，该部分气体进行放空处理。

建议在以后的加气站中，增设车载瓶到储罐气相的回流管，同时设置计量装置，便于对车载瓶中余气进行回收和计量。

1．4卸压流程

在给储罐升压过程中，储罐中的液体同时在不断地蒸发，这部分气化了的气体如不及时排出，储罐压力会越来越大。

当储罐压力大于设定值时，相关阀门打开，释放储罐中的气体，降低压力，保证储罐安全。

建议在以后的加气站中，该部分气体通过调压后送人附近燃气管网。

2LNG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，发展对象为城市区问车及出租车。

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。

表1CH4、C3H8、C4H10的特性参数［10］

Tab．1CharacteristicparametersofCH4、C3H8andC4H10[10]

成分

密度／（kg·

m-3）

爆炸下限

／％

爆炸上限

低热值／（MJ·

着火温度／℃

化学计量

点火能／mJ

火焰传播速度／（m·

s-1）

燃烧温度

／℃

CH4

0.717

5.0

15.0

35.91

540

0.330

0.38

1980

C3H8

2.010

2.1

9.5

93.24

450

0.305

0.42

2300

C4H10

2.703

1.5

8.5

123.65

365

0.760

2080

由此可见，同样条件下，LPG要比LNG危险性大。

规范中参照执行的LPG处于常温、压力储存状态，因此LNG与LPG比较，在理论上是较为安全的。

实践证明，在LNG气化站中参照执行LPG规范是安全可靠的[11]。

而在LNG加气站设计中，若与LNG气化站一样，参照LPG的相关规范，这在寸土寸金的市区建设LNG加气站没有占地上的优势，而且，本工程作为示范站，其意义就是为制定LNG加气站设计规范提供理论和实践上的依据。

因此，本加气站设计采用了控制自身的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，吸取国外的设计理念，在征得消防等有关部门同意后，采用美国消防协会《汽车用液化天然气（LNG）供气系统标准》NFPA57—1999标准：

50m3储罐围堰与建、构筑物的安全间距为7.6m，50m3储罐与站区围墙及卸车接头的安全间距分别为5.0m和0.46m[12]。

根据上述的安全间距，一座日加气50。

100辆公交车的LNG加气站占地面积为800～1000m2,依据实际地形而异。

长沙和乌鲁木齐的两座LNG加气站占地均约900m2。

储罐与站外的安全间距还是参照LPG的规范执行，这便于消防审查。

3LNG加气站效益分析

LNG加气站规模可大可小，造价差异大，以一座日售气2.2×

104m3／d的LNG加气站为例，以国产设备为主，总造价（不含征地费，常规地质情况）约420×

104元，年耗电约3×

104kW·

h，人员为8人，与加油站合建时人员可不增加。

年总运营成本约2081×

104元，当LNG进价与零售价价差保持0.40形m3时，年利润（税后）约154×

104元，约2.7a可收回投资（税后）。

4问题和建议

①由于国内规范的滞后性，目前LNG汽车加气站执行《汽车用液化天然气（LNG）供气系统标准）NFPA57—1999标准有很大难度，需做不少协调工作。

②由于两座LNG加气站调试运行的时间还不长，故本文中的一些试验数据随着进一步的调试运行可能会有变化。

③根据两座加气示范站的试验效果，国产LNG加气机的质量有待提高，需做进一步的研发工作。

④根据两座加气示范站的试验效果，LNG汽车最适用于600km范围内的城市区间车运行，其次适用于城市公交车及出租车运行。

⑤建议在车载瓶的研发中，自带增压器，这样可简化加气站流程，增加总的加气时间，在同等规模下可增加加气的汽车数量。

⑥建议尽快出台有关LNG加气站的设计、施工、验收规范。

参考文献：

[1]刘新领．LNG供气站的建设[J]．煤气与热力，2002，22

（1）：

35—36．

[2]高春梅，李清，邵震宇．液化天然气储存和应用技术[J]．城市煤气，2002，

（2）：

18—22．

[3]江金华，金颖，冯春强．液化天然气在城市燃气的应用[J]．煤气与热力，2003，23

（1）：

53—54、57．

[4]吴佩英．LNG汽车加气站技术的发展和应用[J]．煤气与热力，2003，23（10）：

629—630．

[5]赵淑君，朱万美，王丽娟．LNG的应用与气化站设计的探讨[J]．煤气与热力，2005，25（8）：

36—38．

[6]温军英．天然气汽车的发展和应用[J]．煤气与热力，2005，25（5）：

59—61．

[7]蔡文娟，罗东晓．广州市燃气汽车的发展方向[J]．煤气与热力，2006，26（6）：

17—20．

[8]彭红涛．天然气汽车发展中存在的问题及对策研究[J]．煤气与热力，2006，26（3）：

26—28．

[9]王军．LNG汽车和加气站的探讨[J]．煤气与热力，2006，26（3）：

4—5．

[10]徐文渊，蒋长安．天然气利用手册[M]．北京：

中国石化出版社，2002．

[11]吴创明．LNG气化站工艺设计与运行管理[J]．煤气与热力，2006，26（4）：

1—7．

[12]NFPA57—1999，汽车用液化天然气（LNG）供气系统标准[S]．