浅谈LNG汽车加气站的设计

摘要：随着科学技术的发展，能源消耗也越来越多，节能与新能源汽车发展战略对LNG汽车及加气站的应用推广带来了新的契机。本文通过对LNG汽车加气站的设计进行阐述，以推动中国LNG车辆大面积应用。

关键词：LNG汽车加气站；撬装式加气站；工艺流程

中图分类号：S611文献标识码： A

引言

天然气是有别于传统燃料的一种新型清洁能源，当被用作为燃料时，能够大量减少污染气体的排放，净化城市空气。在汽车运输中，天然气具有不可替代的优势。LNG汽车是指将液化的天然气储存在车用瓶内供以动力来源的汽车，车用瓶的标准为温度112K，压力0.1MPa。为了更好地推广LNG汽车，首先要建立液化天然气汽车的加气站，并在重要的运输线上配备专门的加气站，做完这些工作之后，应该在运输主线路和各支线路上配备加气站，最后完成LNG汽车加气站的网络化构建。

一、建站方式

（一）、站房式设计

这种建站方式占地面积大,土地费用高,设备与基础相连,施工周期长,加气站的土建施工、设备安装费用高。

（二）、撬装式加气站

橇装式LNG汽车加气站将汽车加气站的储存装置、加注装置以及控制系统都集中到一个橇装式集成系统。这种建站方式，占地面积小，成本低的土地，绝大多数的集成一个或多个橇块上，建设周期短，土建施工，设备安装费用灌装站建站的总成本低和易于成本回收，这种建站方式适合初期LNG加气站。所以相比于站房式的加气站，撬装式的加气站得到广泛的应用。

1.橇装式LNG汽车加气站防雷技术

橇装式LNG汽车加气站作为新型加气站的一种，其一旦发生雷击并引发火灾或爆炸将造成不可估量的损失，因此橇装式LNG汽车加气站的防雷安全十分重要。

1.1防直击雷系统

1.1.1接闪器

LNG低温储罐及卸车加注橇体集中设置在橇装平台上。低温储罐一般位于钢质罩棚内，储罐与罩棚之间距离较远，卸车加注橇于彩钢棚下。钢质罩棚以及彩钢棚厚度不应小于BVV。若其厚度达不到要求，则应另外加装接闪装置。罩棚和彩钢棚应与其支撑钢架做可靠电气连接。若罩棚与彩钢棚存在一定的间隙，为均衡电压，则将罩棚与彩钢棚支撑钢架在两边缘处采用A&VV。的软铜带进行等电位连接。

1.1.2引下线

引下线是将雷电流从接闪器传导至接地装置的重要泄流渠道，应在橇装平台转角处设置引下线，分别将钢质防晒罩棚和金属彩钢棚架与环形接地装置连接;应在综合值班区外侧两端设置引下线将接地装置和接闪器连接，引下线间距沿周长计算小于25m，每根引下线在其距地面2.7m以下用耐绝缘层隔离，或采用3mm厚的交联聚乙烯层隔离。引下线3m范围应内敷设5cm厚沥青层，以防接触电压和跨步电压。综合值班区引下线应在距地面0.3-1.8m处装设断接卡;泵橇储罐区引下线应设断接卡，上端与钢质防晒罩棚和金属彩钢棚架焊接，下端与引下线焊接。

1.2防闪电感应如橇装式

LNG汽车加气站未采取防闪电感应措施，一旦其附近甚至本站遭受雷击，将在其金属部件上产生闪电静电感应和闪电电磁感应从而使金属部件之间产生火花放电。由此，泵橇储罐区应采取防闪电感应措施。应将低温储罐转角处用16mm2的软铜带与其基础钢座相连，基础钢座左右两侧通过2根25mm×4mm的镀锌扁钢用最短途径连入泵橇储罐区环形接地装置。卸车加注橇体外加装钢护栏，将钢护栏当做等电位连接带使用，将金属设备、管道、构架、电缆金属外皮等正常非带电金属物可靠电气连接到钢护栏上。钢护栏左右两侧通过2根25mm×4mm的镀锌扁钢用最短途径接入泵橇储罐区接地装置。平行敷设净距小于100mm以及交叉净距小于100mm的管道、电缆金属外皮等长金属物采用金属线进行跨接，少于5根螺栓的法兰盘通过金属线进行跨接。

二、LNG汽车加气站的工艺流程

液化天然气由LNG低温槽车来运输，在卸车台处利用低温泵将槽车中的LNG卸至LNG储罐中，加气时通过低温泵，将LNG储罐中的液化天然气达到饱和压力0.45～0.80MPa，再通过加气机加入汽车的车载气瓶里。在正常待机状态下，泵池的液相与储罐的液相空间相通，但泵池的气相和储罐的气相不相通，即紧急切断阀关闭，加液机的加液紧急切断阀关闭，加液机循环紧急切断阀打开，与储罐的气相空间相通，其余回路(泵的供液回路、卸车回路)处于关闭状态。

（一）、卸车流程

卸车流程包括泵卸车和手动卸车两种方式。

1.泵卸车方式

1.1连接槽车出液口和气相口，打开管路阀门，通过槽车上的管道放空阀，将卸车软管中的空气进行吹扫置换。关闭放空阀后，卸车软管压力与储罐压力相同，对卸车软管接口进行检漏，无泄漏后，打开槽车出液阀和气相阀。

1.2通过控制盘将系统调到“卸车模式”或在柜门上手动开关选择拨到“自动卸车”档，系统自动打开压力平衡流程，储罐、槽车和低温泵压力相互平衡。

1.3当储罐压力降到设定压力时，控制系统启动泵的预冷流程，槽车中的LNG通过卸车软管流入到泵池，对潜液泵进行预冷。

1.4按下启动按钮，等泵的预冷温度达到要求后，泵自动启动对储罐进行上充液（上下进液可以手动切换）。

1.5在上充液过程中，由于过冷液体对储罐内气体的冷却作用，储罐内压力会逐步降低。

1.6储罐液位达到90％时，系统自动停机并发出报警提示。关闭进液管路阀门及槽车上的出液阀和气相阀，打开槽车上的管道放空阀，对卸车软管进行泄压后，卸下卸车软管。

泵卸车方式示意图

2.手动卸车方式

2.1连接槽车出液口、气相口，打开进液管路阀门，通过槽车上的管道放空阀，将卸车软管中的空气进行吹扫置换。关闭放空阀后，卸车软管压力与储罐压力相同，对卸车软管接口进行检漏，无泄漏后关闭阀门。

2.2打开储罐出液阀、增压器输入阀和增压器输出阀，给槽车增压，当槽车压力达到0.6MPa以上时，打开出液阀门，槽车中的液体进入储罐底部。

（二）、调压流程

1.自增压调压流程

LNG液体由LNG储罐的出液口直接进入增压气化器气化,气化后的气体经LNG储罐的气相管返回LNG储罐的气相空间,为LNG储罐调压。采用这种调压方式时,增压气化器的入口压力为LNG储罐未调压前的气相压力与罐内液体所产生的液柱静压力(容积为30m3的储罐充满时约为0.01MPa)之和,出口压力为LNG储罐的气相压力(约0.6MPa),所以自增压调压流程调压速度慢、压力低。如下图所示：

自增压调压流程示意图

2.潜液泵调压流程

LNG液体气经LNG储罐的气相管返回到LNG储罐的气相空间,为LNG储罐调压。采用潜液泵为储罐调压时,增压气化器入口压力为潜液泵的出口压力,美国某公司的TC34型潜液泵最大出口压力为2.2MPa,一般将出口压力设置为1.2MPa,增压气化器的出口压力为储罐气相压力,约为0.6MPa。增压气化器的入口压力远高于其出口压力,所以使用潜液泵调压速度快、调压时间短、压力高。如下图所示：

潜液泵调压流程示意图

（三）、泄压流程设计

卸压设计流程中，对储罐进行加压的过程中会出现液化天然气不断挥发的情况，如果这些提起不被及时排出的话，储罐的压力就会不断增大，超过极限承载能力之后，阀门就会自动打开，气体外泄。所以为了保证加气站的安全，必须对储罐进行泄压处理。

结束语

由于LNG是一种清洁无污染的新能源，随着国家政府对天然气运用的大力支持，越来越多的交通运输车将配置天然气燃料汽车，而LNG加气站是主要服务站的一种方式，液化天然气的广泛运用势必带动LNG加气站，因此在未来LNG加气站有着不可估量的前景。

参考文献：

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