LNG加注站工艺流程优化设计

摘要：随着国内LNG产业的发展，我国LNG正在大量用于重卡、客车、公交车、船的新型清洁燃料。2009年以来，新疆、山西、陕西和内蒙古等地不断推广LNG重卡；广东、海南、天津、江苏、浙江等地也大力推广LNG公交车。到目前为止，我国LNG汽车数量达到8.5万辆，其中LNG客车1.5万辆，重卡7万辆。与之配套的LNG加注站也在加快速度建设，截至目前，LNG加注站的数量已达到约800多座。随着LNG加注站的大规模建设，其安全和节能成为众多建设管理者关注的核心，因此，对LNG加注工艺流程进行优化，确保LNG加注站安全的同时，并减少BOG的排放量，有着非常重要的意义。关键词：LNG加注站、工艺、BOG排放量Abstract: With the development of the domestic LNG industry, China's LNG is used in a number of new clean fuel truck, bus, boat. Since 2009, Xinjiang, Shanxi, Shaanxi and Inner Mongolia, continue to promote LNG heavy truck; Guangdong, Hainan, Tianjin, Jiangsu, Zhejiang also vigorously promote the LNG bus. So far, the number of LNG vehicles in China reached 85000 units, of which LNG 15000 of passenger car, heavy truck 70000. With the support of the LNG filling station is also accelerating the speed of construction, as at present, the number of LNG filling station has reached about 800 block. With the large-scale construction of LNG filling station, safety and energy saving as the core, many construction managers concerned therefore, the LNG charging process optimization, to ensure that the LNG filling station safety at the same time, and reduce the emissions of BOG, has a very important significance.

Keywords: LNG filling station;process;BOGemissions

中图分类号：P618.13文献标识码：A文章编号：

LNG加注站功能

LNG加注站是个系统工程，由设备、管道、阀门有机组合而成，主要具备卸车、调压、加气、计量的功能。

加注站流程简介

LNG加注站围绕卸车、调压、加气进行设计。其中加气、调压为全自动化管理，卸车为半自动化方式处理。流程示意图如下：

LNG加注站流程示意图

卸车流程：将集装箱或汽车槽车内的LNG转移至LNG加注站的储罐内。若槽车内的压力小于站内储罐压力时，将储罐和槽车进行压力平衡，利用泵进行卸车。

调压流程：汽车加气之前对储罐中的LNG进行调压，调压过程实际上是将液体的饱和压力升高。为了缩短调压时间，需采用增大换热面积的方法，因此，增压器出口的低温气体将通过储罐下进液管进入液相空间，使气液两相充分接触。

加气流程：储罐中的饱和LNG通过泵加压至0.4-0.6 MPa，再通过加气机计量后由加气枪给汽车气瓶加气。

加注站工艺安全设计

加注站的工艺安全设计包括流程安全和设备安全。

1）流程安全

设置紧急系统

系统在储罐各进液、排液管道上设置紧急切断阀。在紧急状态下，可通过PLC系统和紧急停车系统对管路进行紧急切断，避免或阻止事态的扩大。

集中放空及后续处理

根据规范要求，加注站中的所有安全阀应集中放空，对于低温气体的放空，应在放空前设置EAG加热器、消音器、阻火器，使之安全放空。

2）设备安全。

设备安全包括设备的正确选型和合理布置。LNG加注站中最主要的设备有LNG低温泵、LNG储罐和加气机。

（1）泵和泵池。

提高泵的吸入静压差

在加气过程中，为了确保泵的NPSHR(最小静正吸入压头)，设计可以采取降低泵的安装高度和提高储罐的安装高度；泵的进液管尽量做到短、直、粗布置等措施。因此从这点上看在LNG加注站中立式储罐和卧式储罐相比，在工艺上立式储罐更有利。

监测泵运行的前提环境

在泵池的进口、溢流口设置铂热电阻，进行温度监控，达到额定温度差后，也就确保泵被完全预冷，才允许启动泵

监控泵在运行时的工况

泵在运行过程中还对泵的扬程进行监控，若发生气蚀现象，将会表现在扬程上，通过扬程的变化判断气蚀是否发生，利用PLC紧急停泵。

（2）储罐

设置高液位报警连锁

过高液位为造成储罐超压，设置高液位超限报警时，自动切断进液管线的切断阀，保证储罐的安全。

设置低液位报警连锁

过低的液位不能保障泵运行需要的NPSHR，设置低位保护后，将有效协助保护泵。

压力保护

对于储罐的压力保护十分重要，储罐的超压保护采取了三级保护措施，首先是设置了自力式调节阀或者气动切断阀，其次是设置了两套安全放散阀，其中一用一备，最后还设置了手动放空阀，三个措施的设置压力逐级升高，但均小于储罐的设计压力。对于储罐设计还利用压力变送器对储罐的压力上限进行监控，确保在任何时候提前报警和限压保护。

工艺节能

节能对于一个LNG加注站而言有两方面，那就是减少BOG的排放和降低站内电能的消耗。这里主要讨论如何减少BOG的排放。

1）LNG加注站的BOG产生源

BOG的产生的来源主要包括：

系统漏热所产生的BOG

泵电机工作的热量所产生的BOG；

系统工作过程中需要升压，由增压器所产生的BOG；

加气过程中回收气瓶里的BOG；

卸车时回收槽车内的BOG。

2）BOG量估算

a．系统漏热和工作所产生的BOG

LNG加注站中由于设备、管道的漏热带进系统的热量以及加气时受气车辆气瓶中的高温气体带进系统的热量使得系统中产生相应的气态天然气，这些气体如果不能充分吸收，将会造成系统压力升高，最终直至放空。因此，在LNG加注站设计中减少天然气的排放是工艺设计的难点。

以60m3的储罐为例，储罐由于漏热每天蒸发所产生的BOG约为108Nm3，由一台泵池低温泵、两台加气机及所对应的管道、阀门等漏热每天所产生的BOG气体约为50 Nm3。

b． 储罐部分增压卸车中产生与损耗的BOG

60m3LNG储罐在卸车充装过程中需要卸压，若储罐充装前的压力为0.8MPa（BOG密度～13kg/m3)，槽车的卸车压力为0.6MPa， 卸车压差大于等于0.2MPa，则需将储罐压力卸至低于0.4MPa(BOG密度～7.7kg/m3)。此情况下损耗的BOG量为：63×(13-7.7)=334kg。

c．加气过程中回收气瓶里的BOG

气瓶在回流时，同时带进储罐约650Nm3的气体（每天加气数量按50台275L气瓶，气瓶加气前1.0MPa考虑）。两种来源的气体如果完全进入气相空间而不再次冷凝液化，加注站压力将会迅速上升导致排放。

d．槽车部分增压卸车中产生与损耗的BOG

50m3LNG槽车增压卸车时间一般需要2.5～3小时,卸车压力0.5MPa，槽车最高工作压力（假定卸车压力0.6MPa)。卸完后罐车压力0.4MPa（保留在罐车中）。产生的BOG估算如下：

0.4MPa下的BOG密度为7.7kg/m3；0.6MPa下的BOG密度为10kg/m3, 槽车全容积55m3,则损耗的BOG量最少为55×(10-7.7)=126 kg。

3）优化工艺

针对以上对BOG的分析，工艺设计的重点就是如何减少BOG的产生，如何将产生的BOG再次液化。其具体解决如下：

确定高温气体、液体流向

泵池中的液体、气体在每次启动泵前，泵池压力高于储罐压力（泵池保温效果远低于储罐），让此时泵池的液体或气体从下进液管回储罐液相。下进液管采用环形布置，使储罐内的液体与此部分热介质充分换热，使之再次液化。

预冷后的液体。泵启动后对系统的（泵、管路、加气机）预冷后的液体回到液相。

控制液体流向

在加气时间间隔中，我们利用泵的短暂自我循环保护，让液体从储罐顶部的喷淋管喷入，让气相空间的部分气体再次液化。

合理的进液方式

若槽车中的LNG过冷度较大，可以通过采取上部进液（或上下交替进液）方式对储罐BOG进行冷凝液化，此过程一般不需要排放或只需排放少量的BOG；若槽车中的LNG过冷度较小或无过冷度，则充装过程中需要排放一定的BOG以对储罐进行卸压，保证卸车的正常进行。

合理卸车模式

卸车前，储罐的液体饱和压力是远高于槽车的压力的，我们利用高压的储罐压力对槽车增压，这样既降低了储罐压力，又增加了槽车压力，同时也降低了冷损。在卸车过程中，槽车的较低饱和温度的液体通过泵进入储罐气相空间，使储罐的部分气体再次液化，也就降低了储罐的压力。这也确保了卸车过程的无排放。

结论

综上所述，通过合理的优化LNG加注工艺设计，可以有效地减少LNG加注站中的BOG排放量，达到节能减排的效果、增加LNG加注站的经济效益。