某lng加气站设计.docx
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某lng加气站设计
摘要
LNG是一种无污染、高效、高质量的能源为我国发展天然气工业及优化能源结构，保护生态环境，提高国民经济起到重要作用。
近年来，随着我国经济的迅速发展,资源却日益紧缺，LNG作为清洁能源，较汽油和柴油燃烧后的排放物相比，LNG的排放物更少，并且LNG具有能量密度大、运输便捷、安全性能好、经济效益显著等特点，将LNG作为汽车燃料被广泛应用于交通及运输领域，将使得我国的LNG汽车产业迅速发展起来并取得较为显著的经济及环保效益。
该LNG加气站设计采用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、管道、控制阀门等设备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仍处于发展阶段。
本文通过对基础数据的分析与计算，完成LNG加气站的选址，加气工艺流程的确定，并对流程内的设备进行选型。
实现LNG加气站的合理设计。
关键词：
LNG加气站工艺计算设备选型流程确定
ABSTRACT
LNGisaclean,efficientandhighqualityenergy,developmentofgasindustrytooptimizeenergystructure,protecttheecologicalenvironment,improvethenationaleconomyplaysanimportantrole.Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofeconomy,ourcountryresourcesincreasinglyscarce,LNGasacleanenergy,afterthegasolineanddieselcombustionemissions,comparedtolessemissionsofLNG,andLNGhasalargeenergydensity,convenienttransportation,goodsafetyandeconomicbenefitisremarkable,theLNGasvehiclefueliswidelyusedintrafficandtransportation,makestherapiddevelopmentofLNGvehicleinChinaandobtainmoresignificanteconomicbenefits,environmentalbenefits.
Theskid-mountedLNGstationsdesignUSESLNGvehicleLPGstationsisLNGcryogenicstoragetank,andangrymachine,lowtemperaturepumpandunloadingsupercharger,pipes,controlvalvesandotherequipmentinstalledinonelumpsum,highlyintegrated,easyinstallation,flexible,safeandreliable,easytooperateetc.,mainlyusedforLNGautomobilegasprojectpromotionandothersmall-scalecustomerdevelopment.LNGskidcarLPGstationtechnologyandtheconstructioninourcountryisstillatthestageofdevelopment.
Thisarticlethroughtheanalysisofthebasicdataandcalculation,completeLNGstationslocationselection,thedeterminationofgasprocessandtheselectionofequipmentintheprocess.RealizethereasonabledesignofLNGstations.
Keywords:
LNG；stationsdetermineprocess；equipmentselectionprocess
1绪论
1.1课题背景
近几十年来，LNG在国内外得到了社会各界广泛的认可，作为一种清洁、高效，运输效率高、安全的能源，LNG正在被我国汽车运输业广泛应用。
LNG加气站具有建设周期短，加气设备造价低，建站方便，见效快等特点，既方便又能满足市场汽车用气的需求，又能提供减少环境污染。
天然气因其洁净、高效、优质也被认为是重要的化工原料，具有明显的社会效益、环境效益和经济效益。
将天然气在常压下深冷到-162℃时，便可以将天然气液化为无色透明的液体即成为液化天然气（LiquefiedNaturalGas）,简称LNG,将其深冷后它的体积为标态时的1/625。
由于天然气在深冷过程中，除去了天然气大部分的杂质，所以LNG比其它能源更加清洁。
将LNG作为车用燃料可以大大减少汽车尾气中的CO2、NOX和其它环境污染气体的产生。
在国家节能减排可持续发展的政策下，使用LNG作为车用替代燃料不仅能够有效减少环境污染并且缓解石油日益缺少所带来的能源压力，还可以改善环境和推动经济和资源可持续发展。
发展LNG应用于汽车行业、建设LNG汽车加气站是节能减排，改善大气环境质量的有效举措。
由于天然气汽车的迅速发展带动了天然气加气站的发展并对加气站提出了更高的要求。
天然气加气站的种类大致有三种：
CNG加气站、LCNG加气站以及LNG加气站。
与传统的CNG（压缩天然气）加气站相比，LNG加气站不仅拥有可靠的安全性，并且还具有显著的经济效益，所以LNG加气站较其它加气站具有更大发展空间和资源优势。
1.2建设LNG加气站的意义
①建设LNG加气站，既可以调整能源结构，还可以减少机动车辆对石油的依赖。
②建设LNG加气站，既可以有效减少机动车尾气排放造成的污染，改善环境质量又可以减少碳排放量，在一定程度上起到缓解温室效应的作用，为可持续发展做出极大的贡献。
③建设LNG加气站，可以降低运输企业的运营成本，提高利润。
④建设LNG加气站，符合国家节能减排政策。
1.3国内外研究现状
1.3.1国内研究现状
中国的天然气加气站的建设开始于第二十世纪80年，在1992年第一个LNG商业计划开始运作。
20年多年以来我国加气站数量越来越多得到了迅速的发展。
2010
年我国发改委颁布条令，自2010年7月1日起，天然气的出售价格要和汽车用的价与燃料
燃油的价格相关联，也就是说每立方米车用气价从2.7元增长至4.0元。
这充分表明着车用天然气进入了全面发展的阶段，并且自2010年10月26日起，汽柴油的价格也会出现明显上涨，这使得LNG加气站一时间发展迅速。
近年来，我国液化天然气产业得到了迅速的发展，尤其是其在满足了传统家用气和工业用气需求的前提下，已经成为了一种交通运输产业的汽车燃料替代品，LNG加气站也随着LNG燃料的发展成为各个企业家想要竞相追逐的另一个新兴产业。
据不完全资料统计数据，2011年5月，我国的LNG加气站仅有一百多座，但是截止到2012年6月，我国目前建成的CNG加气站已经达到了2500座，LNG加气站也达到了三百多座，这些加气站的主要运营企业基本都是中国石油，中国石化的国有龙头企业。
其中建站数最多的省份是四川省256座、其次为山东省212座和新疆维吾尔自治区125座，并且值得关注的内容为，自2010年以后，我国现有建站的车用加气站主要以LNG加气站或L-CNG加气站为主。
如今我国的LNG加气站基本以“星点布局、链式布局”的形式存在，全国一体的网络并未形成。
全国还是以西北、华南、华北三地个分布最为密集，截止2012年这三个地区的加气站已经占据全国总数的64%。
由于发展LNG加气站周围需要充沛的气源为加气站供应气体燃料，所以在LNG较多的地方比如华北、西北LNG工厂聚集地、华南LNG接收码头附近加气站数量也会分布较多。
对于目前我国已建成运行的LNG加气站运营情况观察不难发现我国加气站基本均处于亏损状态，即使这样由于LNG发展前景极其可观各大商家还是对长期前景充满信心。
观察发现目前产生亏损的主要原因是由于我国现在液化天然气汽车发展的速度低于加气站的发展的速度,因此大多数地方的LNG加气站运行以来一直存在有站无车的现象,因此在建设LNG加气站时尤其要注意建站位置的选择。
即使我国目前的LNG加气站依然存在缺陷并且已建成投产的加气站存在亏损的现象，但依然有很多大小企业争相涌入LNG这个行业，各大商家还是很看好LNG燃料企业的发展前景。
并且有相关人士负责人明确表示：
“LNG汽车的快速发展将逐步缓解加气站亏损状态，并且在不久的以后LNG加气站经济局面将很快被汽车的发展带动由亏损变为盈利。
”
从2012年12月1日起我国第一次实施新版本的《天然气利用政策》这个政策将推动LNG汽车的发展并将其纳入发展范围之内，并特别提到我国将大力鼓励和支持LNG汽车的发展、船舶天然气加注设施和设备的建设。
液化天然气动力车正式获得国家政策层面的认可，将推动天然气汽车进入了一个新的发展时期。
而LNG加气站作为LNG燃料汽车的配套基础设施建设，LNG加气站的建设蓝图有望在此铺开。
1.3.2国外研究
20世纪20年代末30年代初，意大利率先研制了常压囊式天然气汽车和CNG汽车。
到20世纪80年代末，美国加拿大、德国和法国等国也开始研究，90年代末期开始小规模推广使用，近年来发展速度快。
全球液化天然气汽车保有量超过40000，LNG加气站超过150座。
美国的液化天然气汽车发展依然处于领先地位，有超过一半的世界LNG加气站和液化天然气车辆。
2001年，美国开始LNG长途汽车累计运行，创造了累计运行超过9000000公里的数据；目前，加利福尼亚就有4000量的液化天然气汽车。
2005年，加拿大在401号高速公路进行搭载县境内的直喷LNG发动机的卡车示范运行。
最大的LNG/CNG加气站在美国的加利福尼亚州，其就25000加仑的LNG储罐就拥有2个。
直到2008年3月，全球天然气汽车总量已经超过了850万辆，LNG加气站则超过了12000座，日本和澳大利亚等国也逐渐开始发展LNG汽车。
在20世纪90年代初LNG技术已经相继成熟，并开始逐渐推广应用。
根据世界燃气汽车协会的最新统计，目前国外关于天然气汽车和加气站的技术已经比较成熟。
2设计说明
2.1概述
LNG加气站是LNG汽车专用的一种供气方式。
现如今我国有三种LNG加气模式分别为LNG储罐式加气站（LNGF加气站）、LNG液化机式加气站（LNGR加气站）和LCNG加气站。
根据任务书该加气站为LNG储罐式加气站,即LNGF加气站类型。
加气站，主要在远离天然气管网的地区使用，由较为大型的LNG液化工厂以及LNG运输车运输到LNG加气站，通过LNG加气机，对汽车燃料的LNG气瓶直接罐充LNG。
天然气有着清洁、高效、经济、安全的优点，是新能源汽车的重要发展方向。
我国在经历了低压天然气汽车、压缩天然气（CNG）汽车时代之后，已经逐步进入了液化天然气（LNG）汽车时代。
车用LNG储罐不仅克服了车用CNG储气瓶储气压力高,安全性较低,储能密度低,续航能力不足的缺点，并且车用LNG储罐一次充气的行驶里程为300～800km，大约是相同容积CNG储气瓶续航能力的3倍左右,目前重型卡车上的双瓶LNG储罐总共可以装900L的液化天然气，连续行驶里程大约为800～1200km。
可见，LNG应用于城市公交,环卫车,长途货车等地方既能满足环保需求又能满足续航能力的双重要求，在未来的发展中必定会得到极大的推广。
2.2设计原则
目前,我国还没有公布相关规范来监督LNG汽车加气站设计、施工和验收。
在已有建设LNG加气站的城市和具有LNG汽车加气站示范项目的设计中,使用安全第一作为设计原则,以保证工艺流程正确和设备技术安全可靠的前提下,吸取国外的先进设计理念,在征得消防安全等有关部门同意后,设计参考NB/T1001-2011液化天然气（LNG）汽车加气站技术作为规范，并针对国内的实际情况进行适当的提高相关要求的原则进行设计建造。
在设计过程中必须把安全作为首要考虑对象，并在工艺设计中必须满足安全可靠，先进完整，工艺简单，稳定原则的基本原则，并在建设过程中尽可能的节省投资。
建站所遵循的主要标准规范如表2.1：
国内标准
《汽车加油加气站设计与施工规范》（2006年版）GB50156—2002
《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》GB/T20368—2006
《建筑设计防火规范》GB50016—2006
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058—2
《建筑物防雷设计规范》（2000年版）GB50057—94
《化工企业静电接地设计规范》HG/T20675—1990
国外标准
美国国家防火协会NFPA59A《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》（2002年版）;
美国国家防火协会NFPA57A《液化天然气（LNG）车辆燃料系统规范》
（2002年版）
表2.1遵循的主要规范
2.3地址选择
目前来说，LNG加气站多为城市中的公交车加气，现在逐步也将为城市中的出租车及城市之间的短程汽车加气。
LNG加气站的选址对未来LNG加气站的发展具有重要意义，所以在选址中应谨慎挑选设计。
LNG加气站的主要为城市中的公交车提供气源，因此LNG加气站就应该建立在公交车密集的地方，目的是为了方便公交车统一加气时便利，也可以增加加气站的收入。
如果主要为出租车提供气源，那么就应该考虑到出租车的路线以及出租车的密集程度，加气站的地址选择应该适应出租车的特殊性，提高加气站的便利条件是加气站选址时的重点考虑的因素。
2.4建站模式
在设计LNG加气站时，设计者首选应该对建设场地进行详细的观察和核实，然后经过选择和经济计算最后才可以确定LNG最终的地址。
现在我国的LNG汽车加气站的建站模式有两种分别为站房式和撬装式。
①站房式加气站
站房式加气站的主要是长期服务的加气站。
其特点为设备安装费用较高、占地面积较大，选址困难，经济回收时间较长，并且还具有较长的施工周期，因此大多数站房式加气站都集中在LNG汽车密集分布的区域，并且是城市的需要由政府和企业一起进行投资建设。
②撬装式加气站
撬装式加气站和站房式加气站相比较而言，撬装式加气站具有建筑消费比较低、占地面积小，施工周期短，设备安装费用比站房式低等特点，此类LNG汽车加气站适合于初步投产的加气站，在一些LNG汽车刚刚起步的城市使用撬装式加气站更加容易获得高收益。
本LNG加气站将采用撬装式加气站，减少占地面积，节约成本，为城镇汽车公交提供基本的加气量。
2.5设计规模
目前LNG加气站主要为以LNG作为燃料的长途客车、货车、城市公交车以及环卫车等中小型汽车加气，随着LNG加气技术的不断完善LNG加气点也会逐渐增多，未来LNG燃料也会使用早出租车甚至小轿车中。
LNG加气站的日加气能力和储存规模设计应当综合考虑汽车的数量以及汽车的行驶公里数，各类LNG车辆的日加气量可根据各类车型日行驶里程的统计数据按表2.2进行估算，并应根据加气站的选址及储罐设计使用年限留出一定的发展空间。
LNG加气站的储存规模关键在于汽车日加气量和储存周期的选择,并且还应该考虑所设计使用的LNG储罐的充装率和最低液位值（LNG储罐容积的利用率大概为80%左右）。
为了不使因为LNG槽车频繁出人加气站和LNG储罐较长时间没有新的LNG原液加人造成储罐升温、EAG（放散气）过多，因此加气站储存周期宜为1～3d。
本站选取的储存周期为2天。
普通小型加气站的加气能力（气态）：
1.2×104～2.4×104m/d；能服务于LNG车用载瓶（公交和货车等）台数：
日加气量50～100辆；加气时间：
3～5min/辆；加气机加气压力：
1.2MPa；加气机计量精度：
±1.0％。
本加气站按每日加气车辆100辆计算,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100辆LNG公交车每天需要加天然气10000m3,因此该LNG橇装汽车加气站的设计规模确定为10000m3/d
LNG加气站的日加气能力和储存规模设计应综合考虑服务车辆的特性、用地红线以及站外环境等因素。
根据设计经验及相关统计数据，各类LNG车辆的日加气量可根据各类车型日行驶里程的统计数据按表2.2行估算，并应根据加气站的设计使用年限预留一定的发展空间；每辆车加气时间按3～5rain计算较合适。
表2.2各类车型日行驶里程统计数据
车辆类型
重型
中型
小型（若有）
代表车型发动机功率/kW
279
132
70
每100km气耗（折合成
气相标准状态）/m3
65
30
11
日行驶里程/km
500
250
340
曰耗气量（折合成气相标准状态）/m3
325
75
38
3工艺流程
3.1卸车流程
LNG橇装式汽车加气站与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这四个部分。
其目的是将集装箱或LNG槽车内的LNG移到LNG橇装式加气站的储罐内，使的LNG经过LNG潜液泵从储罐的上进液管流入LNG储罐内。
LNG的卸车有3种方式：
增压器卸车、浸没式低温泵卸车、增压器和泵联合卸车。
3.1.1增压器卸车
增压器卸车是使用卸车增压器将气化了以后的气态天然气送入到LNG槽车内，然后增大LNG槽车内的气相压力，使得LNG槽车和LNG储罐形成一定的压差将LNG压入储罐中。
使用增压器给LNG槽车增压后，待卸完车完毕后必须给LNG槽车进行泄压处理，每辆车排出的气体量为180m3左右。
首先LNG液体通过LNG槽车进入增压器的增压口然后使得LNG气化后再返回到LNG槽车内，以便升高LNG槽车内的气相压力。
根据LNG槽车的实际压力将LNG储罐内的压力降低至0.4Mpa以后，LNG液体便可以经过LNG槽车的卸液口移至到LNG储罐内。
自增压卸车方式的动力就是LNG槽车与LNG储罐之间的压力差，一般情况而言LNG槽车设计压力为0.8MPa，而储罐内的气相操作压力一般规定不能低于0.4MPa，因此LNG槽车和LNG储罐的最大压力差为0.4MPa。
假设自增压卸车与潜液泵卸车均采用相同内径的管道，自增压卸车方式的流速明显要比潜液泵卸车方式慢，也就是说卸车时间长。
并且LNG槽车内的液体慢慢减少，必须要对LNG槽车气相空间进行增压才可以继续卸车，如果卸车完毕时储罐气相空间压力较高，还需要对储罐进行泄压，用来提高LNG槽车与LNG储罐之间的压力差。
不足之处在于给LNG槽车增压需要消耗一定量的LNG液体。
优点：
节约电能，工艺流程简单。
缺点：
会有较多的放空气体，卸车时间比较长
图3.1自增压卸车流程
3.1.2浸没式低温泵卸车
浸没式低温泵卸车也是通过LNG槽车和LNG储罐的气相空间连通，使用LNG低温泵将槽车内的LNG卸入到LNG储罐。
浸没式低温泵是通过潜液泵将LNG从槽车内卸入到LNG储罐的过程，我国目前加LNG加气站的潜液泵大多是由美国生产的TC34型潜液泵，它的最大流量为340L/min，最大扬程为255m。
潜液泵卸车方式是将液态的LNG经LNG槽车的卸液口进入潜液泵中，潜液泵将LNG增压后充入到LNG储罐内。
LNG槽车的气相口也和LNG储罐的气相管相互连通，然后LNG储罐中的部分BOG气体可以通过气相管到LNG槽车内，这种方式不仅可以解决LNG槽车内的液体减少造成的气相压力降低，另一方面解决了LNG储罐因液体的流入而造成气相压力过高的困扰，在整个卸车过程中可以不单独为储罐泄压，方便直接进行卸车操作。
该方式的优点是卸车速度快，消耗时间短，自动化程度高，不需要对站内的储罐进行泄压，不消耗LNG液休。
缺点是工艺流程比较复杂，管道连接也较复杂，并且需要消耗一定的电能。
优点：
没有放空气体的产生，工艺流程较联合卸车流程简单
缺点：
需要耗电能，工艺流程较自增压式卸车相对复杂
图3.2浸没式低温泵卸车
3.1.3增压器和低温泵联合卸车
增压器和低温泵联合卸车依然是先将LNG槽车和LNG储罐的气相空间连通，然后再断开，在卸车时中通过增压器提高LNG槽车内的气相压力，用潜液泵将槽车内的LNG卸入到储罐，并且卸完车后仍然需要给槽车进行降压操作。
优点：
卸车时间较短，耗电量小于潜液式低温泵卸车
缺点：
耗电能，工艺流程较复杂，产生气体
该方式是将槽车运抵加气站之后，即可以利用LNG槽车上的空温式升压汽化器对槽车内的储罐进行升压处理（或通过站内设置的卸车增压汽化器对罐式集装箱车进行升压），还是形成槽车与LNG储罐之间的压差，并且利用压差将槽车中的LNG卸入加气站的储罐内，然后启动潜液式低温泵，对槽车内的LNG进行卸车操作，这样便可以加快卸车速度。
卸车结束后，再通过卸车气相管道回收槽车中的气相天然气（即BOG回收）。
3.1.4卸车流程确定
该LNG加气站选择第二种浸没式低温泵卸车。
自增压式卸车与浸没式低温卸车相比，由于在卸车过程中会产生一定的BOG气体，浸没式低温泵卸车可使储罐中的部分BOG回流入LNG槽车内，虽工艺流程相对复杂，耗电，但节约卸车时间，回收部分BOG，浸没式低温卸车更适合该加气站。
增压器和低温泵联合卸车与浸没式低温卸车相比，虽然可以回收BOG但是工艺流程更加复杂，卸车时间并没有明显提高，成本明显增加，所以选择浸没式低温泵卸车。
下面粗略的计算并比较增压器卸车和低温泵卸车：
（此计算忽略摩阻及高差）
1）低温泵卸车需要时间
由于粗略的计算并比较，设卸车高度和储罐高度一致，卸车和储罐距离较近，忽略管道的摩阻，则低温泵卸车两端压差相同，由低温泵参数可得扬程为220m。
（3.1）
由等式（3.1）可得:
体积流量公式：
（3.2）
由等式（3.2）得：
所用时间
为：
（3.3）
2）自增压卸车时间计算：
由于粗略的计算并比较，设卸车高度和储罐高度一致，则；由于卸车和储罐距离较近，忽略管道的摩阻，则；由于增压器卸车，储罐与槽车之间的压差为0.4Map。
由等式（3.1）可得：
（3.4）
体积流量由公式（3.2）可得：
卸车所需时间
为：
由于所以增压器卸车所需时间较长。
流程为：
3.2调压流程
卸车完毕后，通过LNG低温泵将储罐中的部分LNG进行汽化，汽化后又使气相管路连通使其返回储罐，一直调压到储罐内的压力达到工作压力，即可停止汽化过程。
因此在给汽车加气之前必须对储罐中的LNG进行升压升温，保证供气压力的稳定性，才能达到汽车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，以保证处于饱和状态。
储罐调压流程是给
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