江 寧，張健中，許 光，趙雯晴

（1.中國石化銷售有限公司，北京 100728；2.中國石化青島安全工程研究院，山東 青島 266071)

LNG與L-CNG加氣站設(shè)備選型探討

江 寧1，張健中2*，許 光2，趙雯晴2

（1.中國石化銷售有限公司，北京 100728；2.中國石化青島安全工程研究院，山東 青島 266071)

針對LNG/L-CNG加氣站中設(shè)備選型與實際需求不匹配的問題，在確定擬建加氣站日加氣能力、建站位置、占地面積、加氣時間集中與否、停運影響大小、LNG存儲時間等基本條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)國家相關(guān)標準要求和行業(yè)經(jīng)驗，給出加氣站主要設(shè)備的選型方法，包括LNG儲罐、LNG泵撬、加液機、L-CNG泵撬、L-CNG氣化撬、程序控制盤、儲氣系統(tǒng)、CNG加氣機、卸車撬及控制系統(tǒng)等。提出的方法能夠在滿足加氣站日加氣量和高峰時段加氣要求的基礎(chǔ)上，節(jié)省投資和運維成本，提高加氣站的運行效率及系統(tǒng)可靠性。

LNG加氣站；L-CNG加氣站；設(shè)備；選型

天然氣相比汽柴油具有明顯的價格和環(huán)保優(yōu)勢，因此近年來車用天然氣發(fā)展迅速，其用戶主要為城市出租車、公交車、客運車輛等[1]。目前國內(nèi)加氣站的站型主要為CNG加氣站、LNG加氣站和LCNG加氣站等。隨著國內(nèi)接收站和液化工廠的大量建設(shè)，以液化天然氣為氣源的LNG和L-CNG加氣站建站數(shù)量迅速增加[2]。

加氣站的合理設(shè)備選型是保證其高效運行的前提。設(shè)備選型必須在滿足日加氣量要求和高峰時段加氣要求的基礎(chǔ)上，確保設(shè)備流程簡單、操作方便，并盡可能節(jié)省投資和運維成本。對于服務(wù)于公交車等關(guān)乎民生的加氣站，還要考慮必要的備用設(shè)備，保證重要設(shè)備檢修期間加氣站也能正常運行。由于目前LNG和L-CNG加氣站建站速度過快，相關(guān)規(guī)范標準不夠健全，已建的LNG和L-CNG加氣站存在設(shè)備選型與加氣能力不匹配，設(shè)備規(guī)格參數(shù)差異大、接口不標準等問題。

本文針對LNG和L-CNG加氣站，在確定擬建加氣站日加氣能力、建站位置、占地面積、加氣時間集中與否、停運影響大小、LNG存儲時間等基本條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)國家相關(guān)標準要求和行業(yè)經(jīng)驗，給出加氣站主要設(shè)備的選型方法，為合理化LNG和L-CNG加氣站設(shè)備選型提供參考。

1 LNG/L-CNG加氣站介紹

LNG加氣站是為汽車儲氣瓶充裝車用LNG的場所[3]。LNG加氣站的主要設(shè)備有：儲罐、潛液泵撬、加液機等。如圖1所示，圖中LNG槽車和LNG燃料車為站外設(shè)備。

圖1 LNG加氣站工藝流程圖

儲罐用于存儲LNG，加液機用于給用戶充裝LNG，LNG泵撬包含低溫潛液泵、增壓氣化器及EAG氣化器等設(shè)備。潛液泵置于泵池，浸泡在LNG中，用于LNG加注及卸車。增壓氣化器具備在卸車時為槽車增壓，不卸車時為儲罐調(diào)溫和調(diào)壓的功能，EAG氣化器為安全放散氣體加熱，保證放散氣體密度低于空氣密度而達到安全泄放的目的。LNG加氣站的功能主要有：卸車功能、槽車增壓功能、調(diào)飽和功能、加氣功能和泄壓功能等[4,5]。

L-CNG加氣站是指能將LNG轉(zhuǎn)化為CNG，并為CNG汽車儲氣瓶充裝車用CNG的場所[3]。

L-CNG加氣站主要設(shè)備包括LNG儲罐、L-CNG泵撬、L-CNG氣化撬、順序控制盤、CNG儲氣系統(tǒng)及加氣機等。其工藝流程如圖2所示。

圖2 L-CNG加氣站工藝流程圖

L-CNG泵撬由柱塞泵及其配套管道等附件組成，用于將儲罐內(nèi)的LNG加壓并輸送至氣化撬。L-CNG氣化撬用于將LNG氣化為CNG。順序控制盤用于將CNG依照一定的次序輸送至儲氣系統(tǒng)。儲氣系統(tǒng)分為儲氣瓶或者儲氣井，加氣機則用于向汽車充裝CNG。L-CNG加氣站的功能主要包括加氣功能和泄壓功能，LNG柱塞泵從LNG儲罐內(nèi)抽出LNG，加壓進入高壓氣化器氣化后，進入CNG儲氣裝置。當CNG儲氣裝置內(nèi)壓力超過某一設(shè)定壓力值時，安全閥自動打開，釋放儲氣裝置內(nèi)的氣體，降低壓力，確保安全[6]。

在實際中，有許多LNG和LCNG合建的案例，這種合建站中，儲罐、控制系統(tǒng)等設(shè)備可以共用，具有較強的經(jīng)濟性。

2 LNG/L-CNG加氣站設(shè)備選型方法

2.1 儲罐

(1)確定儲罐容積和儲罐數(shù)量

目前國內(nèi)的加氣站儲罐主要有30m3和60m3，根據(jù)標準要求和現(xiàn)場經(jīng)驗，對儲罐的選擇有如下限制條件：

①儲罐滿足GB50156《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》中表3.0.12和表3.0.15中不同建站等級對LNG儲罐總?cè)莘e和單罐容積的規(guī)定。

②選用多個儲罐時，各儲罐容積須相同。

③30m3的儲罐最多選2臺，60m3的儲罐最多3臺。

根據(jù)經(jīng)驗，LNG/L-CNG加氣站所需儲罐總?cè)莘e按式(1)計算：

其中：V-儲罐總?cè)莘e （LNG），m3；t-LNG的儲存天數(shù)，一般取為1～5之間的整數(shù)；Qr-平均日用氣量，kg/d；θ-最高工作溫度下的儲罐允許充裝率，一般不超過0.8。

計算得到后，儲罐按照如下規(guī)則選?。?/p>

0＜V≤30時，選擇1臺容積為30m3的儲罐；30＜V≤60時，選擇2臺容積為30m3的儲罐，也可選擇1臺容積為60m3的儲罐；30＜V≤60時，選擇2臺容積為30m3的儲罐，也可選擇1臺容積為60m3的儲罐；60＜V≤120時，選擇2臺容積為60m3的儲罐；120＜V≤180時，選擇3臺容積為60m3的儲罐。

當V＞180時，說明儲罐容積大于國標規(guī)定的最大允許罐容，需減小日用氣量或縮短儲存時間。

(2)確定儲罐安裝形式

根據(jù)建站位置（站外臨近建筑物的性質(zhì)、規(guī)模和類型），以及土地資源情況（面積和形狀），確定儲罐安裝形式。判斷方法如下：

判斷1：當建站土地面積＞1000m2時，若建站位置不在人口和建筑物密集區(qū)、地面安裝情況下與站外安全間距不足；或建站位置在人口和建筑物密集區(qū)、地面安裝情況下與站外安全間距不足，則選擇臥式儲罐，安裝方式全地下或半地下，不宜全撬裝。

判斷2：當建站土地面積＞1000m2時，若建站位置在人口和建筑物密集區(qū)、地面安裝情況下與站外安全間距充足，則選擇臥式儲罐，安裝方式不受限制，可以地上、全地下或半地下，全撬裝。

判斷3：若建站土地面積≤1000m2且為正方形；或建站土地面積＞1000m2、建站位置不在人口和建筑物密集區(qū)、地面安裝情況下與站外安全間距充足且儲罐結(jié)構(gòu)、安裝方式不受限制，則選擇立式儲罐。

同時，應(yīng)考慮臺風、地震等自然災害對立式和臥式儲罐存在不同程度的影響，以及部分地區(qū)需要遵循當?shù)胤ㄒ?guī)對儲罐高度或形式的要求。

(3)確定儲罐保溫方式

LNG儲罐普遍采用性價比較高的珠光砂填充儲罐?？紤]站點液源質(zhì)量較差、日均加氣量較少及BOG對站點運營的影響，可以采用高真空纏繞儲罐，其日蒸發(fā)率優(yōu)于珠光砂填充儲罐。

2.2 LNG泵撬

(1)確定低溫潛液泵數(shù)量

潛液泵實際排量 （本文氣量均指標態(tài)）設(shè)定為2萬～2.5萬m3/d，LNG加氣站低溫潛液泵數(shù)量按以下規(guī)則確定：

判斷1：若日加氣量≤2.5萬m3且停機不敏感和加氣時間分散，或日加氣量≤1.5萬m3且加氣時間集中，或土地資源面積＜1000m2，則潛液泵數(shù)量N1=1。

判斷2：當土地資源面積≥1000m2時，若日加氣量≤2.5萬m3且停機敏感，或1.5萬m3≤日加氣量≤2.5萬m3且加氣時間集中，或2.5萬m3≤日加氣量≤4.5萬m3且停機不敏感和加氣時間分散，則潛液泵數(shù)量N1=2。

判斷3：當土地資源面積＞2000m2時，若2.5萬m3≤日加氣量≤4.5萬m3且停機敏感或加氣時間集中，或4.5萬m3≤日加氣量≤6.5萬m3且停機不敏感和加氣時間分散，或4.5萬 m3≤日加氣量≤5.5萬m3且加氣時間集中，則潛液泵數(shù)量N1=3。

判斷4：當土地資源面積＞2000m2時，若5.5萬m3≤日加氣量≤6.5萬m3且停機敏感或加氣時間集中，或6.5萬m3≤日加氣量≤8.5萬m3，則潛液泵數(shù)量N1=4；

判斷5：當土地資源面積＞2000m2時，若8.5萬m3≤日加氣量≤10.5萬m3，則潛液泵數(shù)量N1=4。

(2)增壓氣化器選型

綜合考慮經(jīng)濟性及卸車時間（控制在2h左右）最優(yōu)配比，推薦選用300m3/h的增壓氣化器。

(3)EAG氣化器選型

綜合考慮經(jīng)濟性及單位時間內(nèi)可能造成的排放量，推薦選用150m3/h的EAG氣化器。

2.3 加液機

通常選用單加液槍加液機，當加氣量較大且受場地面積或安全間距限制時，可選雙加液槍雙回氣槍加液機。加液機每條槍加液能力按照15000m3/d計，每增加1條加液槍按照增加10000m3/d計。

加液槍數(shù)量N2=(日加氣量/單槍加注能力)取整。若選擇單槍加液機，則加液機數(shù)量N3=N2；若選擇雙槍加液機，則加液機數(shù)量N3=N2/2。

當設(shè)計日加氣量小于1.5萬m3且加氣時間集中時，需在原配置基礎(chǔ)上增加一臺加液機作為備用。對于加氣相對分散、站點停運影響大且僅有一臺加液機的站點，可在原配置基礎(chǔ)上增加一臺加液機作為備用。

2.4 L-CNG泵撬

(1)確定泵的低溫部件設(shè)計溫度上限Tmax和下限Tmin，及出口工作壓力下限pmin：

Tmax≤-196℃，Tmin≥50℃；pmin≥25MPa。

(2)確定柱塞泵的數(shù)量和平均排量Qc

柱塞泵的平均排量總和需大于等于加氣站小時排量Q。柱塞泵通常設(shè)計排量有1500L/h、2500L/h等規(guī)格，1500L/h加氣能力為700～800m3/h。判斷方法為：

判斷1：若設(shè)計日加氣量≤5000m3且停機不敏感和加氣時間分散，則選用1臺1500L/h柱塞泵。

判斷2：若設(shè)計日加氣量≤5000m3且停機敏感或加氣時間集中，則選用2臺1500L/h柱塞泵。

判斷3：若5000m3＜設(shè)計日加氣量≤10000m3，或10000m3＜設(shè)計日加氣量≤15000m3且停機不敏感，則選用2臺1500L/h柱塞泵。

判斷 4：當土地資源面積≥1000m2時，若10000m3＜設(shè)計日加氣量≤15000m3且停機敏感，或15000m3＜設(shè)計日加氣量≤20000m3，則選用 3臺1500L/h柱塞泵。

判斷 5：當土地資源面積≥1000m2時，若20000m3＜設(shè)計日加氣量≤30000m3，則選用 4臺2500L/h柱塞泵。

判斷6：若設(shè)計日加氣量＞30000m3，則從4臺開始，每增加10000m3，則增加1臺2500L/h柱塞泵，總數(shù)不超過6臺。

2.5 L-CNG氣化撬

(1)確定高壓空溫式氣化器的規(guī)格和數(shù)量

L-CNG高壓空溫式氣化器常用規(guī)格有1000m3/h、1500m3/h、2000m3/h和2500m3/h。實際大小按如下方式進行計算：柱塞泵的實際排量（換算為標方）乘以系數(shù)，系數(shù)取值方法為：當氣化器安裝于地下時，系數(shù)取1.5；當氣化器安裝于半地下時，系數(shù)取1.4；當氣化器安裝于地上時，系數(shù)取1.3。原則上氣化器數(shù)量與柱塞泵數(shù)量一一對應(yīng)。

(2)確定高壓水浴式氣化器的類型和數(shù)量

原則上環(huán)境最低溫度低于5℃時需配置水浴式氣化器，其排量大小與高壓空溫式氣化器一致。一般情況下水浴式氣化器僅需配置一臺，當站點加氣量較大，柱塞泵配置數(shù)量大于4臺及以上時，可配置二臺。

2.6 程序控制盤

程序控制盤的常用規(guī)格有 1500m3、2000m3、2500m3、3000m3、4000m3/h，根據(jù)小時排量向上取對應(yīng)的數(shù)值作為程序控制盤流量。順序控制盤可根據(jù)工程要求選擇為機械式或氣動式。機械式程序控制盤一般為串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，氣動式程序控制盤一般為并聯(lián)式結(jié)構(gòu)。

2.7 儲氣系統(tǒng)

儲氣設(shè)備可根據(jù)工程情況選擇儲氣瓶組或者儲氣井，推薦常用的高中低壓容積配比關(guān)系為1∶2∶3、1∶1∶2或1∶1∶1。儲氣瓶一般設(shè)置3～6只單瓶，單瓶水容積相等，可選0.92m3、1.13m3、1.3m3、2m3，可露天放置；儲氣井埋設(shè)于地下，常用單井規(guī)格為2m3、3m3、4m3、5m3水容積。

2.8 CNG加氣機

針對高、中、低壓三級存儲系統(tǒng)，加氣機進氣管線采用三線。根據(jù)經(jīng)驗，單支CNG加氣槍的日平均加氣量通常為 2500m3，加氣機一般選為雙槍機(5000m3/d)。判斷方法為：

判斷1：如果日加氣量≤5000m3，則選用1臺三線雙槍加氣機。

判斷2：如果5000m3＜日加氣量≤30000m3且停機不敏感和加氣時間不集中，則雙槍加氣機數(shù)量N4=(日加氣量/5000)取整；若停機敏感且加氣時間集中，則雙槍加氣機數(shù)量N4=(日加氣量/5000)取整+1。

判斷3：如果日加氣量＞30000m3，則雙槍加氣機數(shù)量N4=(日加氣量/5000)取整。當站點受場地限制，既需要滿足較大加氣量，又無法布下足夠的雙槍加氣機，且加氣車輛以小型車為主時，可選擇三線四槍加氣機。

2.9 卸車撬

(1)選擇是否帶泵

卸車時可采用自增壓卸車、泵卸車或聯(lián)合卸車。一般考慮減少卸車時間、減少BOG產(chǎn)生和容易卸干凈，選擇帶泵的卸車撬，卸車時間一般在2h左右；不帶泵的卸車撬，僅能采用自增壓卸車，卸車時間一般在4h左右，產(chǎn)生BOG較大，而且不容易卸干凈。

(2)增壓氣化器選擇

增壓氣化器主要用于對儲罐增壓和卸車時對槽車增壓，一般選用300m3/h的增壓氣化器。

(3)EAG氣化器選擇

EAG氣化器主要用于將所有需要緊急排放的氣體或液體增溫至常溫后經(jīng)放散塔集中排放，一般選用150m3/h的EAG氣化器。

2.10 控制系統(tǒng)

LNG/L-CNG站級SCADA系統(tǒng)根據(jù)其監(jiān)控站點的工藝設(shè)備配置情況分為不同的種類。通常根據(jù)儲罐和泵的數(shù)量來確定控制系統(tǒng)。采集控制柜和動力拖動柜組成站控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，LNG/L-CNG加氣站控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)加氣站運營必須的控制。

采集控制柜必須與儲罐數(shù)量保持匹配，根據(jù)加氣站中LNG儲罐配置數(shù)量及泵配置數(shù)量，選擇站控系統(tǒng)中采集控制柜采集和控制的配置規(guī)格，如LNG單泵（單罐）采集控制柜、LNG雙泵（雙罐）采集控制柜、LNG雙泵（三罐）采集控制柜。

動力拖動柜要與泵規(guī)格、數(shù)量保持匹配，如單泵、雙泵、三泵，確定動力拖動柜的配置規(guī)格，如L-CNG單泵動力拖動柜、L-CNG雙泵動力拖動柜、L-CNG三泵動力拖動柜。

3 結(jié)語

本文基于擬建LNG/L-CNG加氣站的日加氣能力、建站位置、占地面積、加氣時間集中與否、停運影響大小、LNG存儲時間等條件，給出了加氣站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備的選型方法。包括LNG儲罐、LNG泵撬、加液機、L-CNG泵撬、L-CNG氣化撬、程序控制盤、儲氣系統(tǒng)、CNG加氣機、卸車撬及控制系統(tǒng)等。根據(jù)該方法選擇LNG/L-CNG加氣站的主要設(shè)備，能夠在滿足加氣站基本加氣能力的基礎(chǔ)上，節(jié)省投資和運維成本，提高加氣站的運行效率，對LNG/L-CNG加氣站的建設(shè)具有指導意義。

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[3]中國石油化工集團公司.GB 50156-2012汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2012.

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[6]羅東曉，林越玲.L-CNG加氣站的推廣應(yīng)用前景[J].天然氣工業(yè),2007,27(4):123-125.

Abstarct:To solve the problem that the selected equipment could not match the actual demand in LNG/L-CNG filling stations, after determining the basic conditions including daily filling volumes,station locations,station areas,concentrated gas filling hours or not,station outage’s impact and LNG storage time,based on the national standards and industrial experiences,proper selection methods were proposed for main equipment,such as LNG tanks,LNG pumps,LNG dispensers,L-CNG pumps,L-CNG gasifiers, program boards,gas storage facilities,CNG dispensers,unloading device,control systems and other equipment.The methods could not only meet the requirements of daily gas filling and gas filling in peak hours,but also could reduce investments and operation and maintenance costs while improving the efficiency and reliability of filling stations.

Equipment selection for LNG/L-CNG filling stations

JIANG Ning1,ZHANG Jian-zhong2,XU Guang2,ZHAO Wen-qing2
(1.SINOPEC Sales Corporation,Beijing 100728,China; 2.SINOPEC Research Institute of Safety Engineering,Qingdao 266071,China)

LNG filling station;L-CNG filling station;equipment;selection

TE64

B

1001-9219(2015）05-66-04

（王熙庭）

2015-01-08；基金項目：國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目 (2012CB724210)；作者簡介：江寧(1962-)，男，高級工程師，電話 010-59969118，電郵 jiangn@sinopec.com；*

張健中，男，高級工程師，電話 18661780963，電郵zhangjz.qday@sinopec.com。

GTC公司將天然氣轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)物的新技術(shù)

2014年美國GTC技術(shù)有限公司獲得的天然氣制芳烴(GT-G2A)技術(shù)正在改變天然氣制液體產(chǎn)品的游戲。最新的GT-G2A技術(shù)是一種使用甲烷偶聯(lián)的合成方法將天然氣轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品的新手段。該技術(shù)也可用于生產(chǎn)丙烯(GT-G2P)、丁二烯(GT-G2BD)和乙苯/苯乙烯(GT-G2EBS)。歷史上，諸如氧氣、鹵素或硫等共反應(yīng)物被用于將甲烷活化，轉(zhuǎn)化為高級烴。當氧氣用作共反應(yīng)物時，就像在很多的天然氣制液體燃料(GTL)和甲醇制烯烴(MTO)工藝中一樣，甲烷被活化制得甲醇或輕烯烴，但此工藝受碳排放量大阻礙。GTC的新技術(shù)，用溴活化甲烷。溴為該過程的理想試劑，因為其在構(gòu)建較大的分子時碳效率最高。該工藝也提供了創(chuàng)造一個更多樣化的產(chǎn)品構(gòu)成(包括芳烴)的機會。此轉(zhuǎn)化天然氣的四步工藝，首先是甲烷溴化為溴甲烷，然后轉(zhuǎn)化為燃料和溴化氫，溴化氫再轉(zhuǎn)變?yōu)锽r2，然后分離產(chǎn)品-大部分為芳烴和柴油，制芳烴的碳效率一般在88%～92%之間。工藝經(jīng)濟性好，可在任何規(guī)模生產(chǎn)烯烴和芳烴石化產(chǎn)品。GTC正在尋找工業(yè)合作伙伴。