高萌

（四川省天然氣投資集團有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

0 引言

以液化天然氣作為汽車能源，和汽油能源相比，在安全性、節(jié)能性、環(huán)保性、經(jīng)濟性等方面有很多優(yōu)勢，對緩解我國能源危機有很大作用。這一點已經(jīng)得到了廣大人民的認(rèn)可，使得近年來，我國以液化天然氣為燃料的汽車越來越都，逐步走進(jìn)了千家萬戶，具有良好的發(fā)展前景。在液化天然氣汽車飛速發(fā)展的大環(huán)境，加快液化天然氣加氣站的建設(shè)顯得尤為迫切。但由于目前我國液化天然氣加氣站建設(shè)中依然沒有出臺統(tǒng)一的政策法規(guī)，各項標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還不夠完善，為液化天然氣加氣站的建設(shè)和安全運行提供真實有效的參考和指導(dǎo)，致使液化天然氣加氣站在建設(shè)和運行依然存在很多安全隱患，在一定程度上限制了我國液化天然氣汽車事業(yè)的發(fā)展。基于此，開展液化天然氣（LNG）加氣站建設(shè)及安全管理的分析研究就顯得尤為必要。

1 液化天然氣作為汽車燃料的優(yōu)勢和缺點

1.1 優(yōu)勢

安全：是液化天然氣的燃點在590～650℃之間，遠(yuǎn)高于汽車的燃點，點火能也比較高，使得液化天然氣比汽油更難點燃。而且液化天然氣的爆炸極限為5%～15%，經(jīng)過氣化處理之后密度非常低，不足空氣密度的50%，因此，稍有泄露機會快速揮發(fā)擴散。

環(huán)保：液化天然氣經(jīng)過汽車燃燒之后，排出的尾氣只有兩種成分，一種是碳?xì)浠衔?，另一種是氮氫化合物，不含有硫化物、鉛化物等有害物質(zhì)。和汽油燃料相比，液化天然氣作為汽車燃料更加環(huán)保，在控制溫室效應(yīng)，控制環(huán)境污染等方面有顯著優(yōu)勢。

能效高：天然氣完成液化之后，其密度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷的600 多倍，體積能力密度是汽油的72%，因此，更加易于存儲和運輸。液化天然氣汽車行駛里程比較長，加液化天然氣的速度也比較快。比如：配備275L氣瓶的公交車連續(xù)行駛里程可達(dá)到400km 以上，而且加滿275L 氣瓶的時間用不了3min。

使用方便而且成本低：液化天然氣汽車加氣時間比較短，只需要2～3min，就能加滿一罐，可大幅度提升汽車行駛效率。一些柴油汽車到北方冬季在啟動前需要提前預(yù)熱，而液化天然氣車輛無須預(yù)熱，啟動就走，非常方便。成本低是液化天然氣汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力，雖然明確全過程液化天然氣的價格略有不同，和汽油汽車相比，液化天然氣汽車的成本可降低10%～40%。

1.2 缺點

雖然液化天然氣在很多方面都有顯著的優(yōu)勢，但其具有的缺點也比較明顯，主要體現(xiàn)在以下4 個方面：

低溫危險性：液化天然氣發(fā)生泄露之后會快速蒸發(fā)，此后會降低某一固定的蒸發(fā)速度，在蒸發(fā)初期，液化天然氣的密度大于空氣的密度，這就會在地面上形成一個流動層，當(dāng)溫度上升到－107℃之后，會形成密度小于空氣的“云團”。而且液化天然氣泄漏時周圍的溫度會降低，周圍的水蒸氣會被冷凝形成“霧團”，此后，液化天然氣會進(jìn)一步和空氣混合直至被完全氣化，在低溫狀態(tài)下，會引起相關(guān)設(shè)備發(fā)生脆性斷裂和遇冷后收縮，造成設(shè)備損壞，或者凍傷操作人員。

BOG 危險性：在正常情況下，液化天然氣存儲在絕熱儲存罐中，但外界傳入的能力會引起液化天然氣發(fā)生蒸發(fā)，就會形成BOG 蒸發(fā)氣體，為保證安全性，就需要液化天然氣儲罐具有一個較低的蒸發(fā)率，并要求儲罐自身也具有合理安全防空系統(tǒng)，否則在BOG 持續(xù)增大的環(huán)境下，會導(dǎo)致儲罐中的溫度、壓力快速上升，從而引起儲罐破裂問題。

著火危險性：液化天然氣和空氣發(fā)生混合之后，如果溫度達(dá)到550℃，就會出現(xiàn)燃燒問題，空氣中百分含量在5%～15%時，一旦遇到明火，就會出現(xiàn)爆燃。避免發(fā)生著火危險，在液化天然氣在存儲和使用中，必須防止可燃物、點火源、氧化劑三種因素同時存在[1]。

翻滾危險性：存儲在罐體中的液化天然氣，在靜止?fàn)顟B(tài)下，會出現(xiàn)兩個穩(wěn)定性的液相層，主要表現(xiàn)為下層的密度大于上層的密度，在此種狀態(tài)下，如果外界熱量傳入罐體中時，液相層會出現(xiàn)引發(fā)傳質(zhì)、傳熱相互混合的情況，液層表面也會出現(xiàn)蒸發(fā)現(xiàn)象，而下層由于吸收了上層的熱量，會處于一種“過熱”狀態(tài)。當(dāng)二液相層密度比較接近時，會在很短的時間內(nèi)形成大量的氣體，致使罐體內(nèi)部壓力急劇上升，這就是液化天然氣中常見的翻滾現(xiàn)象，存在很大的危險性。

2 液化天然氣（LNG）加氣站建設(shè)要點

2.1 液化天然氣加氣站建站方式的選擇

建站方式的選擇是液化天然氣加氣站建設(shè)的重點，常見的建站方式有兩種：①站房式加氣站；②撬裝式加氣站。其中前者占地面積比較大，通常在13000m2左右，土地費用比較高，建設(shè)工期比較長，施工成本高。后者是一種集多種設(shè)備為一體的建站方式，占地面積比較小，通常在3000m2左右，建設(shè)費用相對比較低，各設(shè)備撬塊可以在廠內(nèi)集中預(yù)制，運輸?shù)浆F(xiàn)場后再進(jìn)行安裝即可，安裝時間短，速度快。每種建站方式都有其獨特的特點，在選擇建站方式時，需要結(jié)合實際情況進(jìn)行合理選擇。在液化天然氣汽車發(fā)展初期，液化天然氣汽車數(shù)量比較少，液化天然氣的消耗量上，選擇撬裝式加氣站比較合適，也是目前我國常用的液化天然氣加氣站建站方式。

2.2 加氣站站址的選擇

加氣站站址在選擇時需要綜合考慮多個方面，如：城市總體規(guī)劃、城市交通規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、消防安全等。在這些條件都滿足的情況下，液化天然氣加氣站要盡量選擇在交通便捷，遠(yuǎn)離居住區(qū)、學(xué)校、博物館等重要區(qū)域的位置。而且加氣站中液化天然氣儲罐、加氣機和站外建筑物、構(gòu)筑物的防火間距必須滿足《液化天然氣（LNG）汽車加氣技術(shù)規(guī)范》（NB/T 1001—2011）中的相關(guān)規(guī)定。

2.3 工藝流程的選擇

液化天然氣加氣站的加氣流程為將儲罐中的液化天然氣，通過低溫潛液泵加壓后，再通過液化天然氣加液機，注入液化天然氣汽車專用的氣瓶中。因此，一個完善液化天然氣加氣站，需要同時具有卸車、加氣、調(diào)飽和、自動泄壓四個方面的功能。

卸車：常用的液化天然氣卸車方式有兩種，一種是潛液泵卸車，另一種是自增壓卸車。其中前者是利用低溫潛液泵把液化天然氣從槽車上轉(zhuǎn)移到液化天然氣儲罐中，液化天然氣經(jīng)過槽車卸液扣，可進(jìn)入潛液泵中，再經(jīng)過增壓之后，沖入儲罐中[2]。后者是利用槽車和儲罐之間的壓力差從而達(dá)到卸車的目的，如果采取了此種卸車模式，需要先利用槽車的自增壓系統(tǒng)來提高槽車內(nèi)部的氣相壓力，通常情況下液化天然氣站槽車的設(shè)計壓力為0.8MPa，這就要求槽車自增壓壓力不能超過0.75MPa。自增壓是一種比較先進(jìn)的卸車系統(tǒng)，槽車內(nèi)的液化天然氣通過槽車增壓口進(jìn)入卸車增壓器中，再經(jīng)過吸熱氣化之后會重新返回到操作中，增加槽車壓力。在整個卸車全過程中，壓力差始終保持在0.2MPa左右。卸車完成之后，操作人員可采取調(diào)整液化天然氣儲罐的進(jìn)液方式、進(jìn)液速度等來控制液化天然氣儲罐中的壓力，保證槽車和儲罐之間的壓力差始終恒定不變，保證卸車工作能夠順利完成。

加氣：液化天然氣從儲罐出液口進(jìn)入潛液泵中，經(jīng)常過潛液泵增壓之后，在通過流量計、加氣槍注入液化天然氣汽車專用氣瓶中。

調(diào)飽和：液化天然氣汽車要求發(fā)動機進(jìn)氣壓力在0.7MPa～0.9MPa，如果達(dá)不到該設(shè)定值，汽車就無法正常運行，此時需要提升液化天然氣的飽和蒸汽壓。具體的流程為：液化天然氣從儲罐出液口直接進(jìn)入調(diào)飽和熱機器中，經(jīng)過吸熱氣化后，再重新返回到儲罐，從而達(dá)到提升儲罐中液化天然氣飽和蒸汽壓的作用。在具體應(yīng)用中調(diào)飽和可通過潛液泵來代替。隨著科學(xué)技術(shù)和工藝水平的提升，目前很多氣瓶廠家生產(chǎn)的汽車專用氣瓶，大多都自帶增壓系統(tǒng)。當(dāng)液化天然氣飽和蒸汽壓比較低，無法滿足汽車發(fā)動機進(jìn)氣壓力的要求時，可通過開啟氣瓶增加系統(tǒng)的方法來調(diào)高液化天然氣飽和蒸汽壓，不需要儲罐來調(diào)飽和壓力[2]。在具體建站中可考慮是否取消飽調(diào)飽和里程，取消此流程之后，不但可以有效減少加氣站的建設(shè)費用，也可以增加撬裝設(shè)備的內(nèi)部空間。

自動泄壓：液化天然氣是一種低溫液體，在實際運行中，儲罐外部溫度比較高，會導(dǎo)致儲罐的溫度不斷升高，蒸發(fā)形成BOG 氣體，隨著BOG 氣體的不斷增加，儲罐的壓力也會隨之提升，當(dāng)儲罐中的壓力達(dá)到1.1MPa～1.2MPa 時，會自動啟動自力式減壓調(diào)節(jié)閥，排出儲罐中的BOG 氣體，達(dá)到儲罐設(shè)定的壓力之后，再自動關(guān)閉，就能起到自動調(diào)節(jié)儲罐壓力的作用，保證液化天然氣加氣站運行的安全性。

2.4 關(guān)鍵設(shè)備的選擇

液化天然氣加氣站在建設(shè)中，關(guān)鍵設(shè)備的選擇是否科學(xué)合理，直接關(guān)系到整個加氣站運行的安全性和穩(wěn)定性，關(guān)鍵設(shè)備主要包括儲罐、低溫泵和加氣機。

儲罐要盡量選擇臥式低溫儲罐，其內(nèi)筒為0Cr18Ni10 奧氏體不銹鋼，外筒為Q345R 容器板制造而成，夾層為真空粉末絕熱或者高真空多層纏繞，其工作壓力通常為1.2MPa，高于饞鬼液化天然氣氣化站儲罐的工作壓力。目前我國很多液化天然氣槽車的容積在50m3左右，因此，在選擇儲罐時，為降低運輸成本，提升卸車的效率，液化天然氣加氣站儲罐的容積選擇60m3即可[3]。

低溫泵：液化天然氣加氣站中的低溫泵由兩部分共同組成，其一是泵體，其二是泵池。其中泵體都為浸沒式兩級離心泵，可全部浸入泵池中，無須設(shè)置密封件，所有運動部件都由低溫液體冷和潤滑。我國很多液化天然氣加氣站中采取的低溫泵都為進(jìn)口產(chǎn)品，如美國的ACD 以及法國的CRYOSTAR，具有穩(wěn)定性好、安全系數(shù)高、節(jié)能效果好等一系列優(yōu)勢[4]。但隨著國產(chǎn)低溫泵產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提升，以其價格低、售后服務(wù)好等優(yōu)勢，市場份額占比越來越高。低溫泵泵池通常情況下是由加氣站撬裝設(shè)備供應(yīng)廠家自行配套來生產(chǎn)，可看作是壓力容器的一種。

加氣機：加氣機由流量計、加液槍組成。為保證計量的準(zhǔn)確性，維護(hù)消費者和企業(yè)的權(quán)益，流量計大多會采取艾默生質(zhì)量流量計，并且在一臺加氣機中通常會安裝2 臺流量計，一臺置于液化天然氣車用氣瓶上充裝上，另一臺置于回氣管路之上，可很好的保證計量的準(zhǔn)確性。對加氣槍而言，一般采取美國JCCater 品牌，但配件采購價格高，維修費用高，越來越的加氣站在建站之初就開始采取國產(chǎn)加氣槍，具有更高的性價比。

3 液化天然氣（LNG）加氣站安全管理要點

3.1 針對儲罐壓力的安全管理

為保證液化天然氣（LNG）加氣站運行的安全性，需要保證儲罐的壓力始終在一定的范圍內(nèi)，儲罐中壓力過高或者偏低，都不利于保證液化天然氣（LNG）加氣站的安全運行。引起儲罐壓力過高的因素包括：熱量傳導(dǎo)過大，使得液化天然氣蒸發(fā)，或者是大氣壓力降低、人為操作失誤等都會引起儲罐壓力過高。引起儲罐壓力偏低的主要因素是排液或者是抽氣速度夠快，充注溫度過低的液體。為解決儲罐壓力過高或者過低問題，在儲罐建設(shè)之初就需要安裝上先進(jìn)的、自動化程度比較高的壓力空氣閥、真空安全閥等。真空安全閥能夠?qū)崟r感受的大氣壓力的變化，從而判斷儲罐內(nèi)是否為真空狀態(tài)，可避免儲罐發(fā)生負(fù)壓問題。與哈利空氣閥則可以預(yù)防儲罐中出現(xiàn)超壓問題。此外，在壓力安全閥和真空安全閥之間需要設(shè)置一個截止閥，以便后期開展由針對性地維護(hù)和檢修。

3.2 針對低溫凍傷的安全管理

操作人員在進(jìn)行液化天然氣加氣站操作中，必須穿戴好特殊的防護(hù)用品，避免皮膚直接和低溫物質(zhì)接觸，防護(hù)物品的尺寸要盡量大一些，以便在緊急狀況下，能夠快速脫下衣服，撤離危險現(xiàn)場。對一些低溫設(shè)備而言，低溫管線和閥門在設(shè)計中都需要考慮操作人員的安全，做好保冷防護(hù)，以免操作人員直接和低溫金屬設(shè)備接觸，造成人身傷害[5]。

3.3 加強現(xiàn)場的安全管理

為保證液化天然氣加氣站運行的安全性，需要制定出科學(xué)、健全的安全管理制度和崗位操規(guī)程，并做好安全教育培訓(xùn)，保證每位操作人會都能熟悉操作要點，以免因為人為操作失誤，引起安全問題，保證液化天然氣加氣站運行的安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合理論實踐，分析了液化天然氣（LNG）加氣站建設(shè)及安全管理，分析結(jié)果表明，現(xiàn)階段我國液化天然氣的應(yīng)用技術(shù)愈發(fā)成熟，和汽油能源相比，液化天然氣具有成本更低、污染更小、效益更高等優(yōu)勢，具有良好的發(fā)展前景。液化天然氣加氣站在建設(shè)中需要結(jié)合目前的發(fā)展現(xiàn)狀，控制好每個細(xì)節(jié)，按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，才能保證建設(shè)效果。而在進(jìn)行安全管理中，需要從設(shè)備自身情況、液化天然氣的特點、以及操作人員等方面同時入手才能保證液化天然氣加氣站始終處于安全的運行狀態(tài)，此時我國液化天然氣加氣站事業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展。