LNG汽車具有經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保、方便、機(jī)動等優(yōu)勢,是天然氣汽車的發(fā)展方向,也是城市規(guī);l(fā)展天然氣汽車的理想途徑。測試數(shù)據(jù)" />
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LNG橇裝汽車加氣站工藝流程與設(shè)備選型

更新時(shí)間:2011/7/26  來源:中國燃?xì)庠O(shè)備網(wǎng)  [收藏此信息]

   LNG汽車具有經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保、方便、機(jī)動等優(yōu)勢,是天然氣汽車的發(fā)展方向,也是城市規(guī);l(fā)展天然氣汽車的理想途徑。測試數(shù)據(jù)顯示:公交車使用LNG燃料,尾氣綜合排放與燃油車輛相比可下降80%。據(jù)統(tǒng)計(jì),城市大氣環(huán)境污染60%來自機(jī)動車的尾氣,發(fā)展LNG汽車、建設(shè)LNG汽車加氣站是治理機(jī)動車輛排放污染,改善大氣環(huán)境質(zhì)量的有效舉措。
    LNG橇裝汽車加氣站是將LNG低溫儲罐、加氣機(jī)、低溫泵、卸車增壓器、儲罐增壓器、管道、控制閥門等設(shè)備在制造廠集中固定安裝在一個(gè)橇塊上,具有高度集成、安裝簡便、機(jī)動靈活、安全可靠、操作方便等特點(diǎn),主要用于LNG汽車加氣項(xiàng)目推廣和其他小規(guī)?蛻糸_發(fā)。LNG橇裝汽車加氣站的技術(shù)和建設(shè)在我國處于發(fā)展階段,本文以某公交站場的LNG橇裝汽車加氣站為例,對典型的LNG橇裝汽車加氣站的工藝流程與設(shè)備選型進(jìn)行分析。
1技術(shù)規(guī)范與技術(shù)參數(shù)
1.1  技術(shù)規(guī)范 
    目前,國內(nèi)尚未發(fā)布專門針對LNG汽車加氣站的設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收規(guī)范。在長沙、貴陽等市的LNG汽車加氣站示范項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中,采用控制自身安全性作為設(shè)計(jì)原則,在保證工藝和設(shè)備技術(shù)安全可靠的前提下,吸取國外設(shè)計(jì)理念,在征得消防等有關(guān)部門同意后,采用美國消防協(xié)會《液化天然氣 (LNG)車輛燃料系統(tǒng)規(guī)范》NFPA 57標(biāo)準(zhǔn)。目前,各地實(shí)際執(zhí)行NFPA 57標(biāo)準(zhǔn)有很大難度,需要政府主管部門大力支持口’。除《液化天然氣(LNG)車輛
燃料系統(tǒng)規(guī)范》NFPA 57外,其他需要遵循的主要標(biāo)
準(zhǔn)規(guī)范如下。
    ①《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(2006年版)GB 50156--2002
    ②《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運(yùn)》GB/T 20368--2006
  ③《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(2000年版)GB50057--94
  ④《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016--2006
  ⑤《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058--92
  ⑥  《化工企業(yè)靜電接地設(shè)計(jì)規(guī)范》HG/T20675·--——1990
1.2技術(shù)參數(shù)
  ①設(shè)計(jì)規(guī)模   
  a.某公交站場計(jì)劃一期投運(yùn)LNG汽車數(shù)量為100輛,二期發(fā)展到200輛,根據(jù)其LNG汽擎隋況進(jìn)行LNG橇裝站設(shè)計(jì)。經(jīng)測算,每輛車天然氣耗量約為90 m3/d,則200輛LNG公交車每天需要加天然氣18 000 m’,因此該LNG橇裝汽車加氣站的設(shè)計(jì)規(guī)模確定為20 000 m3/d。
  b.LNG的儲存容積按下式計(jì)算:
   
式中V——儲存容積,m3
    t——儲存時(shí)間,d
    Qr——平均日用氣量,kg/d
p。——最高工作溫度下的液化天然氣密度,
    kg/m3
    0b——最高工作溫度下的儲罐允許充裝率
    根據(jù)氣源的情況,并綜合考慮加氣速度、LNG汽車數(shù)量、卸車時(shí)間等因素,確定儲存時(shí)間為1 d。經(jīng)計(jì)算,該站LNG儲存容積為43.68 m。。因此,取該站的儲存規(guī)模為50 m3,設(shè)置1臺容積為50 m3儲罐的LNG轉(zhuǎn)運(yùn)橇。
  ②設(shè)計(jì)壓力
  根據(jù)LNG車輛發(fā)動機(jī)的工作壓力,確定LNG橇裝汽車加氣站的系統(tǒng)工作壓力為0.45~0.80
MPa,LNG儲罐的設(shè)計(jì)壓力為1.2 MPa。
  ③設(shè)計(jì)溫度
  因?yàn)楣ぷ鹘橘|(zhì)為飽和液體,根據(jù)壓力確定系統(tǒng)工作時(shí)的最低溫度為一146℃,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度為一196℃。
2工藝流程
    LNG橇裝汽車加氣站與LNG固定式汽車加氣站工藝流程相同,分為卸車流程、升壓流程、加氣流程以及卸壓流程等4部分。
2.1  卸車流程
    把集裝箱或槽車內(nèi)的LNG卸至LNG橇裝汽車加氣站的儲罐內(nèi),使LNG經(jīng)過泵從儲罐上進(jìn)液管進(jìn)入LNG儲罐。卸車有3種方式:增壓器卸車、泵卸車、增壓器和泵聯(lián)合卸車。
  ①增壓器卸車
  通過卸車增壓器將氣化后的氣態(tài)天然氣送人LNG槽車,增大槽車的氣相壓力,將槽車內(nèi)的LNG壓人LNG儲罐。此過程給槽車增壓,所以卸完車后需要給槽車降壓,每卸1輛車排出的氣體量約為180 m3
    ②泵卸車
    將LNG槽車和LNG儲罐的氣相空間連通,通過LNG低溫泵將槽車內(nèi)的LNG卸入LNG儲罐。
  ③增壓器和泵聯(lián)合卸車  先將LNG槽車和LNG儲罐的氣相空間連通,然后斷開,在卸車的過程中通過增壓器增大槽車的氣相壓力,用泵將槽車內(nèi)的LNG卸入儲罐,卸完車后需要給槽車降壓。
    第①種卸車方式的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約電能,工藝流程簡單,缺點(diǎn)是產(chǎn)生較多的放空氣體,卸車時(shí)間較長;第②種卸車方式的優(yōu)點(diǎn)是不產(chǎn)生放空氣體,工藝流程簡單,缺點(diǎn)是耗電能;第③種卸車方式優(yōu)點(diǎn)是卸車時(shí)間較短,耗電量小于第②種,缺點(diǎn)是工藝流程較復(fù)雜。綜合各種因素,本項(xiàng)目采用第③種方式卸車。
2.2升壓流程
    LNG的汽車發(fā)動機(jī)需要車載氣瓶內(nèi)液體壓力較高,一般為O.45~0.80 MPa,而運(yùn)輸和儲存需要LNG液體壓力越低越好。所以在給汽車加氣之前須對儲罐中的LNG進(jìn)行升壓升溫。LNG橇裝汽車加氣站儲罐升壓的目的是得到一定壓力的飽和液體,在升壓的同時(shí)飽和溫度相應(yīng)升高。LNG橇裝汽車加氣站的升壓采用下進(jìn)氣方式,升壓方式有2種:一種是通過增壓器升壓,另.一種是通過增壓器與泵聯(lián)合使用進(jìn)行升壓。第一種方式優(yōu)點(diǎn)是不耗電能,缺點(diǎn)是升壓時(shí)間長,理論計(jì)算需要逾5 h。第二種方式優(yōu)點(diǎn)是升壓時(shí)間短,減少放空損失,缺點(diǎn)是需要電  耗。本項(xiàng)目采用第二種方式,并且加大增壓器的傳  熱面積,大大縮短升壓時(shí)間,一般需要逾1 h,從而確保加氣時(shí)間。
  2.3加氣流程
    LNG橇裝汽車加氣站儲罐中的飽和液體LNG通過泵加壓后經(jīng)過計(jì)量由加氣設(shè)備給汽車加氣。車載儲氣瓶為上進(jìn)液噴淋式,加進(jìn)去的LNG直接吸收車載氣瓶內(nèi)氣體的熱量,使瓶內(nèi)壓力降低,減少放空氣體,并提高了加氣速度。
2.4卸壓流程
    當(dāng)系統(tǒng)壓力大于設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)中的安全閥打開,釋放系統(tǒng)中的氣體,降低壓力,保證系統(tǒng)安全。
    通過對目前國內(nèi)外先進(jìn)工藝的LNG汽車加氣站的調(diào)查了解,正常工作狀態(tài)下,系統(tǒng)的放空與操作過程和流程設(shè)計(jì)有很大關(guān)系。操作和設(shè)計(jì)過程中盡量減少使用增壓器。操作過程中如果需要給儲罐增壓時(shí),應(yīng)該在車輛加氣前2 h,根據(jù)儲罐LNG壓力情況進(jìn)行增壓,不宜在卸完車后立即增壓。
3主要設(shè)備選型
    本項(xiàng)目的主要工藝設(shè)備為LNG轉(zhuǎn)運(yùn)橇。LNG轉(zhuǎn)運(yùn)橇上布置l臺容積為50 m。的臥式低溫儲罐、2臺加氣機(jī)、l臺低溫泵、l臺卸車增壓器和1臺儲罐增壓器,其中低溫泵采用進(jìn)口設(shè)備。以上這些設(shè)備通過管道連接,在制造廠集中固定在一個(gè)橇塊上。
  ①LNG儲罐
  LNG儲罐按圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱方式分類,有以下
  a.真空粉末隔熱
  隔熱方式為夾層抽真空,填充粉末(珠光砂),常用于小型LNG儲罐。真空粉末絕熱儲罐由于其生產(chǎn)技術(shù)與液氧、液氮等儲罐基本一樣,因而目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家的制造技術(shù)也很成熟,運(yùn)行維護(hù)也相對方便、靈活,目前氣化站使用較多。
  b.正壓堆積隔熱
  采用絕熱材料,夾層通氮?dú)猓^熱層通常較厚,廣泛應(yīng)用于大中型LNG儲罐和儲槽。通常用于立式LNG子母式儲罐。
  c.高真空多層隔熱
  采用高真空多層纏繞隔熱,多用于槽車儲罐和LNG汽車加氣站儲罐。
  該站的LNG儲存量不大,保冷性能要求較高,因此選用高真空多層纏繞絕熱儲罐。根據(jù)LNG儲存量,并考慮到橇裝設(shè)備的運(yùn)輸方便性,LNG轉(zhuǎn)運(yùn)橇選用50 m。的臥式儲罐。LNG儲罐設(shè)液位計(jì)、差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器、壓力表各1只.以實(shí)現(xiàn)對儲罐內(nèi)LNG液位、溫度、壓力的現(xiàn)場指示及遠(yuǎn)程控制。罐體頂部設(shè)安全防爆裝置,下部設(shè)夾層抽接口及溫度測試口。根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力,并考慮經(jīng)濟(jì)性,確定儲罐內(nèi)罐的設(shè)計(jì)壓力為1.2 MPa.外罐設(shè)計(jì)壓力為一0.1 MPa。設(shè)計(jì)參數(shù)見表l。
表1 LNG儲罐技術(shù)參數(shù)
 
    型式
 
    臥式圓筒形、
  高真空多層纏繞絕熱儲罐
  有效容積/m3
    50
    充裝率/%
    90
內(nèi)罐的工作溫度/℃
    一146
  外罐的工作溫度℃
    環(huán)境溫度
內(nèi)罐的設(shè)計(jì)溫度/℃
    一196
外罐的設(shè)計(jì)溫度/℃
    一19~50
    內(nèi)罐的材質(zhì)
    0Crl8Ni9
    外罐的材質(zhì)
    16MnR
內(nèi)罐設(shè)計(jì)壓力/MPa
    1.2
外罐設(shè)計(jì)壓力/MPa
    一0.1
內(nèi)罐工作壓力/MPa
    O.45~0.80
外罐工作壓力/MPa
    一0.1
    蒸發(fā)率/%
    ≤0.2
2LNG低溫泵0C
國內(nèi)LNG汽車加氣站的設(shè)備技術(shù)發(fā)展較晚,目前國內(nèi)已建成的LNG汽車加氣站投入使用的LNG低溫泵均采用國外進(jìn)口泵。LNG低溫泵的流量根據(jù)汽車加氣站的設(shè)計(jì)規(guī)模及加氣機(jī)的流量選定,本項(xiàng)目LNG低溫泵的設(shè)計(jì)流量為0~320 IVmin。對LNG低溫泵進(jìn)行選型,主要參數(shù)見表2。
    ③卸車增壓器
    卸車增壓器是完成卸車的設(shè)備之一,選用空溫式換熱器,增壓器借助于列管外的空氣給熱,使管內(nèi)LNG升高溫度并氣化?諟厥綋Q熱器使用空氣作為熱源,節(jié)約能源,運(yùn)行費(fèi)用低。本項(xiàng)目選用處理量為200 m3/h的卸車增壓器1臺,其主要工藝參數(shù)見
表3。
    ④加氣機(jī)
     加氣機(jī)是給車載LNG氣瓶加氣和計(jì)量的設(shè)備,主要包括流量計(jì)和加氣設(shè)備。流量計(jì)是計(jì)量設(shè)備,采用質(zhì)量流量計(jì),具有溫度補(bǔ)償功能。加氣設(shè)備是給車載LNG氣瓶加氣的快裝接頭,本項(xiàng)目選用流量為0.15 m3/min的加氣設(shè)備,加氣機(jī)主要參數(shù)見表4。
  ⑤儲罐增壓器
  儲罐增壓器是完成儲罐升壓升溫的設(shè)備之一,
選用空溫式換熱器,其設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算及設(shè)備選型與
卸車增壓器相同。
表2 LNG低溫泵技術(shù)參數(shù)
 
    工作溫度/℃
    一146
    設(shè)計(jì)溫度/oC
    一196
  設(shè)計(jì)流量/(L·min。)
    0—320
    設(shè)計(jì)揚(yáng)程/m
    220
    ****揚(yáng)程/m
    255
  轉(zhuǎn)速范圍/(r·rain。)
    1 500~6 000
  所需進(jìn)口凈正壓頭/m
    0.7~3.0
表3卸車增壓器主要工藝參數(shù)
 
  單臺處理量/(M3·h。)
    200
    進(jìn)口溫度/℃
    ≥一162
    出口溫度/℃
    >一146
    最高工作壓力/MPa
    0.8
    設(shè)計(jì)壓力/MPa
    1.6
    設(shè)計(jì)溫度/℃
    一196
表4加氣機(jī)主要參數(shù)
 
    最小噴嘴壓力/MPa
    0.41
  流量/(M3·min。)
    0.15
    喉管配置
    單管計(jì)量
    計(jì)量精度/%
    ±0.5
    工作溫度/℃
    一146
    設(shè)計(jì)溫度/℃
    一196
4   結(jié)語
    各地可在LNG資源落實(shí)的情況下,通用LNG橇裝汽車加氣站的建設(shè),快速推動LNG汽車的應(yīng)用,為改善城市空氣質(zhì)量,促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)和建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展,為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作出積極貢獻(xiàn)。
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