移动式(橇装式)LNGLCNGCNG汽车加气站介绍

青岛汇森能源设备有限公司移动式（橇装式）LNG/LCNG/CNG汽车加气站介绍一．概述1．天然气燃料的优点以天然气代替汽油和柴油作为汽车燃料，可降低尾气污染物的排放，是解决城市大气污染的有效措施。压缩天然气(CNG)汽车在我国已有迅速发展。LNG汽车技术在20世纪80年代，美国、加拿大、德国和法国等国开始研究，90年代初技术已趋成熟，并开始推广。天然气(NG)是一种清洁、高效、优质能源，在世界各国得到广泛的利用。液化天然气(LNG)是将天然气在-162℃常压下转成液态，其液化后的体积为常压下气态的1/600～625,小于压缩天然气(CNG)的体积；而CNG是将常温常压下的天然气压缩到20～25MPa后的高压天然气，其体积为常温常压下气态的1/200～250,是LNG体积的2.5～3.0倍。因同容积LNG储罐装载天然气是CNG的2.5倍，大型LNG货车一次加气可连续行驶l000～1300km,非常适合长距离运输。公交车使用CNG和使用LNG的汽车的燃料系统各项指标的对比表如下：各项指标压缩天然气液化天然气两者之比燃气储备量，Kg75751储气罐容积，L4001752.3工作压力，MPa200.15130储气罐数量，个818安装气罐所需的空间，m31.40.62.3储气罐质量，Kg740859储气罐单位容重，101.159公交车分别使用汽油、压缩天然气和液化天然气时的主要数据表如下：指标汽油压缩天然气液化天然气储气罐最大工作压力，MPa0.0320.00.5燃料热值，KJ／L31907677521368汽车有效载荷，kg600055006000汽车加燃料后的质量，kg430049004450一氧化碳的排放量，kg/年12004004002．L-CNG汽车加气站技术由于CNG具有体积较小、储存效率较高和运输较方便等优势；既可以将其作为民用、工业和城市燃气调峰，也可作为汽车燃料，即CNG汽车。目前，我国CNG汽车在四川成都、重庆、郑州、北京、开封、济南等许多城市得到了迅猛发展，全国天然气汽车的拥有量已超10万辆。但是对天然气气源和天然气管网的依赖性较强，必须建天然气管道或在有天然气管网的地点才能建CNG加气站等相应的基础设施。LCNG汽车加气站是将低压(0～0.8MPa)、低温(-162℃～145℃)的LNG转变成常温、高压(20～25MPa)天然气的汽车加气站。其主要设备包括：LNG储罐(钢瓶)、LNG低温高压泵、高压汽化器、CNG储气库(井、瓶组)、顺序控制盘、售气机、自控系统等。该工艺是利用LNG低温高压泵将LNG增压到25.0MPa来完成低压变高压的过程。过程中LNG增压泵的控制及操作中增压泵的超压停、低压开泵、流体计量等都由控制台自动完成；经高压强制汽化器吸收空气中的热能加热LNG汽化，使其变成高压天然气(CNG)，完成由低温变成常温的过程,然后经由顺序控制盘进行储气与售气。该过程不使用天然气压缩机，仅使用小功率高压低温泵，无需冷却水，这样大大降低了噪声污染，节约了大量的电能。由于城市建设用地紧张、建站成本高、对远离天然气气源的城市敷设天然气管道较困难等,影响了部分城市的CNG汽车的快速发展；为此在有LNG卫星站的城市或在有LNG资源的城市建设移动式LCNG汽车加气站便可以快速推进CNG汽车的发展。由LNG增压汽化后获得的CNG便是最常用的汽车燃料之一。3．LNG汽车加气站技术1）LNG的气源条件国外从20世纪70年代开始大规模建设LNG工厂,总规模达到7000万t/a，占世界天然气销售量的20％。且以每年7％的速度增长。我国LNG工业起步较晚，但发展很快。1999年上海建成规模为2万m3/d的LNG调峰站。2001年中原油田建成液化能力为30万m3/d的天然气液化工厂，随后新疆广汇天然气液化工厂，深圳大鹏湾300万t/a的LNG码头工程，福建莆田、浙江宁波、山东青岛等地的进口LNG项目也相继建成和进行之中。可见，LNG气源是稳定的。2）LNG汽车加气站工艺LNG加气站的主要技术指标：加气能力(气态)：1．2×104～2．4×104m/d；可加气LNG汽车(公交车)台数：50～100辆／d；加气时间：5～10min/辆；加气机加气压力：1.2MPa；加气机计量精度：±1.0％。深冷储罐，储存温度为-176.4℃。低温离心泵将储罐内LNG经加气机加到车辆上。泵工作压力为0.28-O.62MPa，排量为114L／min。加气机使用质量流量计，用于计量由储罐至加气车辆的气量，计量从汽车返回储罐的气态天然气量。典型LNG加气站的工艺流程如下：①卸车流程：由LNG低温泵将LNG槽车内LNC卸至LNG储罐。②加气流程：储罐内LNG由LNG低温泵抽出，通过加气机向汽车加气。③调压流程：卸车完毕后，用LNG低温泵从储罐内抽出部分LNG通过LNG气化调压后进入储罐，当储罐压力达到设定压力时停止气化。加气站能实现从槽车卸液，低温储罐上下进液；储罐有液位保护系统、防泄漏系统和自动调压系统；加气机能实现计量加气和定量加气功能；自动控制系统对泵可进行三挡变频调速，以实现低速循环、加气及储罐上进液功能。4．移动式LNG/LCNG/CNG常用设备LNG储罐LNG储罐是LNG的储存容器。在移动LNG加气站中可选小型LNG储罐(一般16～20m3)，也可以用LNG储气钢瓶作储气设施，解决其储气问题。小型储气罐一般为双层真空隔热结构。设计工作压力取决于内层罐的工作压力，一般为0.8～1.OMPa。由于LNG储罐是连续供气，其日蒸发率要求不高，一般小于0.3％即可。LNG低温高压泵LNG低温高压泵是整个LCNG站将LNG转变成CNG加气站的必要设备，其可靠性要求非常高，既要求能够耐低温(-162℃)，又要求能够升压且承受高压(出口压力达25.0MPa)。为了保证设备的使用寿命和生产安全，一般均使用国外进口的5GPM～20GPM(191～761/min)低温高压泵。高压气化器气化器是将液化天然气气化成气态天然气的设备，要求耐温范围广(-162℃～50℃)，耐高压(32.0MPa)，气化器采用空温式，通过吸收周围大气中的热量来完成LNG的气化过程。为增大与周围大气环境的换热效率，其主体采用耐低温的铝合金纵向翅片管，其气化量根据工程的实际状况进行设计：一般气化能力选择1．0～1.5×104Nm3/d，在空温式气化器的气化工程中，基本不需要其他能量,系统的稳定强，运行成本低。顺序控制盘顺序控制盘是保证高压储气瓶(井)的充气按一定顺序进行的设备。给高压储气瓶(井)充气的顺序是从高压到低压。在对外无售气时,气化器将高压钢瓶组(井)充满到高压(25MPa)后，再向压力较低的气瓶充气，直至全部充满到高压。售气机售气机是对LNG/CNG汽车进行加气、计量的设备。5、经济分析与市场前景发展天然气汽车必须具有相应数量的加气站,以满足天然气汽车的加气。通常一座日供气量为1.0～1.5×104Nm3国产设备的移动式LNG/LCNG/CNG加气站，建站费用约需300-400万元(不含征地费)；而且储量大，耗电省，管理成本低,机动、灵活，适应性广，具有非常好的经济与社会效益。二．移动式（橇装）LNG汽车加气站1．移动式（橇装）LNG站的组成LNG橇装站包括3个部分，分别为储存、电气自控和加气机。可以整体装在汽车托盘上作为移动站使用，也可以放在地上作为橇装站使用。国内某型LNG橇装站国外某型LNG移动站1.1储存罐的大小确定LNG储存罐的时，主要考虑的因素如下：①橇块的机动灵活性强、工厂化生产、易于异地运输、场地适应性强等特点要求储存罐不宜过大。②LNG橇装站有可能与城区内的加油站合建，为了在城区加油站内找到合适的场地，且对周边环境影响较小，不引起公众的恐慌心理，要求储存罐不宜过大。③国内规范中关于LNG站场的消防系统配置要求也决定了储存橇的规模不宜过大。《城镇燃气设计规范》(GB50028—2006)中规定，总容积＜50m3且单罐容积≤20m3的液化天然气储罐或储罐区可单独设置固定喷淋装置或移动水枪，其消防用水量应按水枪用水量计算。在此规模的情况下，《城镇燃气设计规范》(GB50028—2006)中规定的水枪用水量为20L/s。《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)中规定，当消防用水量不超过25L/s时，可不设置消防水池。因此，从LNG移动（橇装）站的消防系统配置角度看，要求储存橇的规模不宜大于20m3。④为了体现LNG移动（橇装）站的经济效益，使之能够快速得到推广，储存罐的规模又不能太小。以配置240L车载储气瓶的公交车为例，20m3的储存规模能满足约70辆公交车的需求(日加气量约为1.0×104m3/d，折合成液态LNG约17m3/d)，既能满足初期加气的需求，也能取得一定经济效益。建设1座20m3储存规模的移动（橇装）站，总造价约350-400万元。2．LNG移动（橇装）站的设备配置主要包括20m3低温卧式储罐(采用真空粉末绝热罐，设计压力为1.2MPa，设计温度为-196℃)、低温潜液泵、卸车调饱和器等，设备之间采用真空绝热管进行连接。根据功能，整个橇块分为卸车区、储存区、泵区和阀门操作区。管道连接在满足应力要求的前提下，力求简洁、美观。考虑到储罐的外形尺寸及运输要求，橇的外形尺寸为12.0m×2.8m×3.0m。橇装站主要利用泵进行卸车，泵启动前需要将槽车内的LNG压到泵壳内，以防止产生气蚀。配置增压器对槽车进行增压。电气自控的作用是提供动力，控制安全运行。主要包括配电、动力线路、控制柜，可燃气体报警等设备。包括1台LNG加气机。3．LNG移动（橇装）站的消防方案参照现行的《城镇燃气设计规范》(GB50028—2006)和《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)中对LNG气化站的消防要求，确定LNG橇装站的消防方案。LNG橇装站的规模为20m3，属于总容积＜50m3且单罐容积≤20m3的LNG站场。3.1消防水系统根据《城镇燃气设计规范》(GB50028—2006)的规定，总容积＜50m3且单罐容积≤20m3的液化天然气储罐或储罐区可单独设置固定喷淋装置或移动水枪，其消防用水量应按水枪用水量计算。因此，LNG橇装站中的LNG储罐单独设置移动水枪。《城镇燃气设计规范》(GB50028—2006)规定，单罐容积≤50m3，水枪用水量为20L/s。因此，LNG橇装站的消防用水量为20L/s。根据《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)的规定，当消防用水量≤25L/s时，可不设置消防水池。因此，LNG橇装站不需要设置消防水池。3.2高倍数泡沫灭火系统高倍数泡沫发生器采用压力泡沫混合液驱动微型冲击式水轮机作为动力，发生器自带泡沫液罐和比例混合器。使用时接上水源，用吸液管从泡沫液桶中吸取泡沫原液，就可发泡。移动（橇装）站设置1台PF4型水轮式移动高倍数泡沫发生器，作为移动式消防设施机动使用，能适用于不同位置的火灾现场，灵活、快速地作出反应，迅速覆盖泄漏的LNG。3.3化学消防器材等设置8kg手提式干粉灭火器4台。此外，多层复合灭火毯2块，并配置铁锹、水桶等灭火工具。4.LNG移动（橇装）站的安全技术①由于LNG橇装站为工厂预制生产，生产及检验过程可以得到有效的控制，故其总体质量性能良好，安全性能有保障。②通过在易泄漏点(比如阀门操作区、储罐接管处等)，设置低温报警装置和可燃气体泄漏报警装置，对易泄漏点进行检测和监控[4]。一旦出现泄漏，报警器发出声光报警，使工作人员在第一时间内发现泄漏点，从而确保及时采取安全措施。③设置紧急切断装置，一旦监控到异常情况，系统将自动紧急切断，确保事故不会扩散和蔓延。④对于橇装站，一旦液体泄漏，如何控制事故的蔓延，将LNG控制在最小范围内，是一个大问题。通过对LNG的特性、储罐的结构、辅助安全设施的分析，确定在储罐接口下方设置集液槽，四周设置导流沟。通过集液槽和导流沟将泄漏的LNG引至设置在橇外侧的集液池，再通过高倍数泡沫覆盖，就可以将事故控制在最小范围内。这样设置的具体原因如下：a.LNG或低温气体(-110℃以下)的