LNG汽車(chē)加氣站工藝流程

摘 要

Abstract：The basic composition and process flow of LNG vehicle filling station are introduced.The advantages and disadvantages of saturation pressure adjustment
Abstract：The basic composition and process flow of LNG vehicle filling station are introduced.The advantages and disadvantages of saturation pressure adjustment and no saturation pressure adjustment in the process flow are analyzed to optimize the process flow.
Key words：LNG vehicle filling station；process flow；saturation pressure adjustment；no saturation pressure adjustment
1 LNG汽車(chē)加氣站的基本構(gòu)成
    LNG汽車(chē)加氣站主要由LNG槽車(chē)、LNG儲(chǔ)罐、卸車(chē)/調(diào)壓增壓器、LNG低溫泵、加氣機(jī)及LNG車(chē)載系統(tǒng)等設(shè)備組成。LNG汽車(chē)加氣站一般分為常規(guī)站和橇裝站。
    ① 常規(guī)站：建在固定地點(diǎn)，LNG通過(guò)卸氣裝置，儲(chǔ)存在LNG儲(chǔ)罐中，采用加氣機(jī)給汽車(chē)加LNG。
    ② 橇裝站：將加氣站相關(guān)設(shè)備和裝置安裝在汽車(chē)或橇體上，工廠高度集成，便于運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移，適用于規(guī)模較小的加氣站。
2 LNG汽車(chē)加氣站的工藝流程
    LNG汽車(chē)加氣站的工藝流程分為卸車(chē)流程、調(diào)壓流程、加氣流程及卸壓流程4個(gè)步驟[1]。
   ① 卸車(chē)流程
   將集裝箱或汽車(chē)槽車(chē)內(nèi)的LNG轉(zhuǎn)移至LNG汽車(chē)加氣站儲(chǔ)罐內(nèi)，有3種方式：增壓器卸車(chē)、浸沒(méi)式低溫泵卸車(chē)、增壓器和低溫泵聯(lián)合卸車(chē)。
   a. 增壓器卸車(chē)
   通過(guò)增壓器將氣化后的氣態(tài)天然氣送入LNG槽車(chē)，增大槽車(chē)的氣相壓力，將槽車(chē)內(nèi)的LNG壓入LNG儲(chǔ)罐。此過(guò)程給槽車(chē)增壓，所以卸完車(chē)后需要給槽車(chē)減壓0.2～0.3MPa，需排出大量的氣體。
   b. 浸沒(méi)式低溫泵卸車(chē)
   將LNG槽車(chē)和LNG儲(chǔ)罐的氣相空間相連通，通過(guò)低溫泵將槽車(chē)內(nèi)的LNG卸入LNG儲(chǔ)罐。
   c. 增壓器和低溫泵聯(lián)合卸車(chē)
   先將LNG槽車(chē)和LNG儲(chǔ)罐的氣相空間相連通，然后斷開(kāi)，在卸車(chē)的過(guò)程中通過(guò)增壓器適當(dāng)增大槽車(chē)的氣相壓力，用低溫泵卸車(chē)。
    第1種卸車(chē)方式的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約電能，工藝流程簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是產(chǎn)生較多的放空氣體，卸車(chē)時(shí)間長(zhǎng)。第2種卸車(chē)方式的優(yōu)點(diǎn)是不產(chǎn)生放空氣體；缺點(diǎn)是耗能，工藝流程相對(duì)復(fù)雜。第3種卸車(chē)方式與第2種卸車(chē)方式相比，卸車(chē)時(shí)間相差不多，缺點(diǎn)是耗電能，也產(chǎn)生放空氣體，流程較復(fù)雜。一般工程上選用第2種卸車(chē)方式。
    ② 調(diào)壓流程
    LNG汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)需要車(chē)載氣瓶?jī)?nèi)的飽和液體壓力較高，一般為0.52～0.83MPa，而運(yùn)輸和儲(chǔ)存時(shí)LNG飽和液體的壓力越低越好。因此，在為汽車(chē)加氣之前，需使儲(chǔ)罐中的LNG升壓以得到一定壓力的飽和液體，同時(shí)在升壓的過(guò)程中飽和溫度相應(yīng)升高。升壓有3種方式：增壓器升壓、泵低速循環(huán)升壓、增壓器與泵低速循環(huán)聯(lián)合升壓。這3種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際需要進(jìn)行選用。
   ③ 加氣流程
   儲(chǔ)罐中的飽和液體LNG通過(guò)低溫泵加壓后經(jīng)過(guò)計(jì)量由加氣機(jī)給汽車(chē)加氣，分為單線、雙線加氣。當(dāng)車(chē)載儲(chǔ)氣瓶壓力較低時(shí)，車(chē)載儲(chǔ)氣瓶采用上進(jìn)液噴淋式，加進(jìn)去的LNG直接吸收車(chē)載氣瓶?jī)?nèi)氣體的熱量，使氣瓶?jī)?nèi)壓力降低，減少放空氣體，并提高了加氣速度。當(dāng)車(chē)載儲(chǔ)氣瓶壓力較高時(shí)，采用雙線加氣，通過(guò)回氣管，將車(chē)載儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)的氣體回收至LNG儲(chǔ)罐中。
   ④ 卸壓流程
   由于系統(tǒng)漏熱，LNG氣化導(dǎo)致系統(tǒng)壓力升高，或者在使儲(chǔ)罐升壓過(guò)程中，儲(chǔ)罐中的液體不斷地氣化，這部分氣化了的氣體如不及時(shí)排出，會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐壓力越來(lái)越大。當(dāng)系統(tǒng)壓力大于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)BOG回收系統(tǒng)或者打開(kāi)安全閥，釋放系統(tǒng)中的氣體，降低壓力，保證系統(tǒng)安全。
3 調(diào)飽和壓力和不調(diào)飽和壓力
    液化天然氣的飽和壓力是在給定壓力下，與液相平衡的蒸氣壓力。LNG飽和壓力、密度隨飽和溫度的變化見(jiàn)圖1，由圖1可知：
    ① 在給定溫度下，液化天然氣對(duì)應(yīng)一定的飽和壓力，不同溫度下，液化天然氣的飽和壓力不同。
    ② 調(diào)壓過(guò)程中，飽和溫度越高，LNG的對(duì)應(yīng)飽和壓力也越高，LNG的密度越小。
LNG汽車(chē)加氣站調(diào)飽和壓力是把儲(chǔ)罐內(nèi)的液化天然氣飽和壓力調(diào)至所需要的飽和壓力，再將液化天然氣加注給汽車(chē)，而不調(diào)飽和壓力是直接將儲(chǔ)罐內(nèi)的液體加注給汽車(chē)。調(diào)飽和壓力和不調(diào)飽和壓力的工藝流程見(jiàn)圖2。
 

3.1 調(diào)飽和壓力
    采用調(diào)飽和壓力的技術(shù)路線與國(guó)內(nèi)已經(jīng)投入使用的LNG汽車(chē)相匹配。通常LNG儲(chǔ)存在溫度為-161℃、壓力約為0.1MPa的低溫儲(chǔ)罐內(nèi)，LNG汽車(chē)加氣站以0.6～0.8MPa的壓力將LNG加注到車(chē)載儲(chǔ)氣瓶中。0.6～0.8MPa是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的壓力[2]，為達(dá)到此壓力，需要將LNG進(jìn)行調(diào)壓以得到飽和液體，同時(shí)在升壓的過(guò)程中飽和溫度相應(yīng)升高。LNG汽車(chē)加氣站每次給汽車(chē)加氣都需調(diào)飽和壓力，由于溫度升高，LNG儲(chǔ)罐中的液體不斷地氣化，這部分氣化了的氣體即為BOG，調(diào)飽和壓力的次數(shù)越多，產(chǎn)生的BOG越多，當(dāng)儲(chǔ)罐壓力大于設(shè)定值時(shí)，BOG需要被釋放掉，以保證儲(chǔ)罐的安全。
    LNG汽車(chē)加氣站中的常規(guī)站一般都設(shè)置BOG回收系統(tǒng)，而橇裝站通常不設(shè)置BOG回收系統(tǒng)，直接把氣體放散到大氣中。BOG回收系統(tǒng)可以把BOG通過(guò)調(diào)壓計(jì)量后送入附近的燃?xì)夤芫W(wǎng)中，減少經(jīng)濟(jì)損失。無(wú)論是否設(shè)置BOG回收系統(tǒng)，這部分損失的氣體對(duì)LNG汽車(chē)加氣站在經(jīng)濟(jì)方面的影響均比較大，增加了LNG汽車(chē)加氣站的運(yùn)行成本。
3.2 不調(diào)飽和壓力
    隨著LNG汽車(chē)車(chē)載儲(chǔ)氣瓶技術(shù)的不斷改進(jìn)，研發(fā)出了LNG汽車(chē)自帶增壓系統(tǒng)，可以采用自然壓力給LNG汽車(chē)直接加氣，LNG汽車(chē)通過(guò)自帶增壓系統(tǒng)，使LNG達(dá)到天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要的壓力。因此，LNG汽車(chē)加氣站可以不調(diào)飽和壓力，大大減少BOG的放散，提高LNG汽車(chē)加氣站的經(jīng)濟(jì)效益。采用不調(diào)飽和壓力的技術(shù)路線是今后LNG汽車(chē)加氣站的發(fā)展方向，有廣闊的發(fā)展前景。從近幾年的實(shí)際運(yùn)行情況可以看出，LNG汽車(chē)加氣站不調(diào)飽和壓力的技術(shù)路線，解決了BOG損失大的問(wèn)題，為L(zhǎng)NG汽車(chē)加氣站的發(fā)展提供了保障。
4 結(jié)語(yǔ)
    LNG汽車(chē)加氣站作為L(zhǎng)NG汽車(chē)技術(shù)的一個(gè)子系統(tǒng)，其工藝流程把LNG運(yùn)輸、卸車(chē)、儲(chǔ)存、裝卸、加液及加氣回流等作為一個(gè)大的系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)，避免了LNG運(yùn)輸、加液和車(chē)用系統(tǒng)的不匹配問(wèn)題。LNG汽車(chē)加氣站的工藝流程中，是否調(diào)飽和壓力應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定，但是不調(diào)飽和壓力的技術(shù)路線是今后的發(fā)展方向。隨著LNG汽車(chē)加氣站的高速發(fā)展，LNG汽車(chē)加氣站的工藝流程會(huì)不斷改進(jìn)優(yōu)化，從而減少天然氣的損耗，滿足LNG產(chǎn)業(yè)的需要。
參考文獻(xiàn)：
[1] 吳佩英.LNG汽車(chē)加氣站設(shè)計(jì)一的探討[J].煤氣與熱力，2007，27(9)：7-9.
[2] 顧安忠，魯雪生，汪榮順，等.液化天然氣技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：275-280.
 
(本文作者：王霞 沈路寧 中海石油天津新能源有限公司 天津 300457)