浅谈LNG加气机加气系统及计量系统的优化设计

摘 要：近年来，在国家大力推广清洁燃料的背景下，LNG汽车加气机的应用范围越来越广， LNG加气机的需求也出现了大幅度的增长。目前，LNG加气站在加气时普遍存在着LNG损失量大和计量不准的问题。因此，对LNG加气站的加气系统和计量系统进行优化设计具有重要的现实意义。

关键词：LNG加气机 系统 计量 设计

LNG是液化天然气的英文缩写，它是一种车用的清洁燃料，由于这种能源具有高效、清洁的特点，近年来引起了人们的广泛关注。目前，“单一燃料LNG重型商用车”、“单一燃料LNG公交车示范工程”等项目已被列入了国家863科技攻关计划之中。在工作介质的影响下，LNG加气站具有易燃、易爆和低温深冷的特性，同时周边环境也较为复杂。这就意味着在LNG加气站的设计过程中需要对各方面的因素进行综合考虑。当前，我国液化天然气汽车（LNGV）的发展尚处于起步阶段，工程设计、施工等方面的经验也不多，本文对LNG加气站的加气和计量系统进行了优化设计，以供参考。

一、总体设计

1.LNG加气站的结构

LNG加气站是一种高度集成的组合设备，一般分为主撬、加气机和辅助控制电器系统等3个部分，主要设备有LNG储罐、低温泵、调压气化器、加气机等。

2.LNG加气站的工艺流程

LNG加气站的工艺流程主要分为卸车、加气以及调压等3个基本流程。

2.1卸车流程

用低温运输槽车将LNG从LNG液化厂运到LNG汽车加气站，然后通过加气站卸车接口、潜液泵、真空管道、阀门等将其灌注到LNG汽车加气站低温储罐之中。

2.2加气流程

给汽车加气的时候，首先要将LNG输送到低温潜液泵之中，然后使用加气机来控制输送的流量，采用LHG流量计对输出的LNG进行计量，最后在控制面板上显示出LNG的价格和质量（或立方数）。

2.3调压的具体流程

卸车之后，使用LNG低压泵将储罐中的一部分LNG输送至气化器，气化之后再通过气相管路回到储罐，直到罐内的压力达到设定的标准压力为止。该流程具有自动调节储罐压力至饱和状态的功能，也可以增加LNG的温度，以此来提高储罐的压力。

2.4泄压的主要流程

一般来说，LNG储罐内的气相压力要高于安全阀的设定压力。因此，安全阀可以实现自动泄压。

2.5系统待机状态

待机时，系统往往处于关闭状态，可以随时进行加气。

二、加气与计量系统

1.LNG加气机的主要结构

LNG加气机主要用来完成LNG从储罐输送至车载气瓶的计量工作，是一种供需双方用于结算的计量器具。同时，LNG加气机也是汽车产业的重要组成部分。通常情况下，LNG加气机由以下3个部分组成：质量流量计（包括质量流量变送器和质量流量传感器）、测控系统（包括控制单元、微电脑系统、显示单元、防爆电源箱和操作键盘）、阀件（包括单流阀、电磁阀、压力传感器、高压球阀、拉断阀和压力仪表等）。

2.加气系统

LNG加气机的加气系统主要有3个接口，即加气枪接口、加气枪回流接口、回气枪接口。它们主要起着以下几个方面的作用：第一，加气枪接口主要用来连接加气枪和加气枪软管，为车载气瓶加气口加气提供方便；第二，刚开始加气的时候，整个加气系统需要有一个预冷的过程，而加气枪回流口可以实现循环预冷，从而进一步减少LNG的损耗，提高加气经营商的效益；第三，车载气瓶的压力较大时（31.0MPa），回气枪主要负责将车载气瓶内的天然气输送到储罐之内，这样可以使气瓶与LNG储罐的压力保持平衡，同时还能收集到残余天然气，降低用户的加气费用。为了使LNG储罐的压力保持稳定，车载气瓶的回气都回到了储罐的液相之中，使气体发生液化。通常情况下，回气枪只在车载气瓶压力较高的时候使用。

总的来说，LNG加气系统工艺流程的设计理念是将LNG的损失量降到最低，具体流程见图1。

2.1处于待机模式时，潜液泵满足了设定条件后（要使温度在-110℃，然后延时5min，使潜液泵完全冷却），然后启动潜液泵，使液体按照V01？F1？GV3？V03？LNG储罐的方向流动，从出口到储罐底部形成一个完整的循环，同时采取预冷措施，满足条件之后自动停机。

2.2处于加注模式时，先对加气枪预冷，流程为V01F1GV2加气枪接口加气枪回流口止回阀V03LNG储罐。在这种状态下，GV3是关闭的。加气枪预冷之后，GV2关闭，GV3则自动打开。

2.3预冷完加气枪之后，将其插入车载气瓶加气接口对加气枪进行加气，车载气瓶加满气之后会自动停止加气。

3.LNG加气机的计量系统

对于LNG加气机的计量系统来说，计量的精确性非重要，也是衡量整个系统工作效率的关键指标。为了提高系统的精度，可以采用双流量计量法进行计量。工艺流程为：

3.1如果车载气瓶内的压力≤1.0MPa，可以直接接加气枪加气，使用进液流量计进行计量。

3.2如果车载气瓶内的压力>1.0MPa，应先接回气口回气，使用回气流量计进行计量，然后再接加气枪加气，这时候由进液流量计进行计量。

4.LNG加气枪的设备

加气枪和流量计是LNG加气枪的主要设备，其中加气枪一般采用从国外进口的品牌，使用流量计的时候要根据加气和回气的具体情况进行计量。

三、计量检定系统

LNG加气机加气技术在我国的起步较晚，目前还没有与LNG加气枪有关的国家计量检定标准。配备有质量流量计的LNG加气机，通常使用质量法和标准表法这两种计量检定方法，现对使用质量法检定LNG加气机加气精度的情况做一下介绍。

质量检定法是对通过LNG加气机的液体质量进行测量，然后与标准容器里的液体质量进行对比，以此获得LNG加气机在计量方面的精确度。并对标准空容器的质量进行精确的测量，得出相应的值。将LNG加气机计数器清零之后接入标准容器，然后使用LNG加气机加气，标准容器的质量达到规定的称量点之后将LNG加气枪关闭，接着取下加气枪再次对标准容器的质量进行测量。同时，读取LNG加气机上显示的加气质量，然后就可以使用相应的公式计算出通过LNG加气机的气体质量。

四、总结

综上所述，LNG汽车加气站加气系统主要是基于最大限度降低LNG的损失以及尽可能的提高计量精确度的设计理念而建立起来的。在实际使用过程中不仅更为安全，而且还提高了加气站的经济效益。实践证明，使用双流量计计量法可以将该加气计量系统的误差控制在1%以内，也有利于提高LNG加气站加气系统的计量精度。目前，LNG加气机在我国尚处于起步阶段，还存在着诸如单双管并存、加气枪头昂贵等问题。而加气机售价昂贵主要是因为其耐低温元件均采用了国外的品牌。因此，为了扩大LNG加气机的应用范围，使其充分发挥作用，技术人员需要积极探索，不断提高科研水平，研制出更为经济、实用性更强的LNG加气机。目前，我国正在规划或实施的LNG项目很多，相信随着LNG加气站的不断增加，LNG加气机一定会日益凸显其重要性，应用范围也会越来越广泛。

参考文献

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