LNG加气站工艺流程设计及自动控制系统研究

[摘 要]天然气作为比较优质清洁的能源，替代燃油作为汽车燃料绿色环保。LNG具有运输存贮方便、单位体积能量密度大等优点，我国LNG加气站的建设也是朝阳产业且发展形势较好。本文主要阐述LNG加气站建设中的设计技术，重点介绍工艺流程设计以及自动控制系统设计，为LNG加气站建设的可行性提供依据。

[关键词]天然气；LNG加气站；工艺流程设计；自动控制系统；

中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0376-02

1 引言

随着经济的高速发展，机动车辆数目与日俱增，机动车尾气对环境甚至人体健康都构成了严重的威胁，传统机动车燃料供应均以汽油、柴油为主，石油供应越来越紧张，价格随之高涨，并且过多的燃油使用也对城市空气带来了巨大污染。天然气替代燃油作为车辆燃料具有诸多优点，能有效降低废气排放、减少污染、降低对石油依赖、实现能源多样化从而降低能源成本。

目前天然气汽车已成为汽车产业研发的一个重要方向，发展前景广阔。LNG作为汽车燃料具有诸多优点：清洁环保、燃烧效率高、安全可靠等。近年来，液化天然气已被成功运用在车用燃料上。相比气态天然气，LNG具有高储存量且运输方便的优点。天然气加气站也逐渐由压缩天然气（ CNG ）标准站向LNG加气站、LNG/L-CNG合建站等模式发展。

2 LNG加气站工艺流程设计

2.1 基本构成

LNG加气站一般由卸车增压器、LNG 槽车、储罐增压器、LNG 储罐、LNG 潜液泵、加气机及站控系统等设备组成。通常将其分为常规站和橇装站：常规站通常建在固定点，通过卸气装置将LNG储存在储罐中，再使用加气机给汽车加气；橇装站则是移动式站台，将加气设备安装在可移动载体上（汽车或橇体等），具有高度集成、便于运输转移的特点，常用于小规模加气站。

2.2 工艺流程

通常LNG加气站工艺流程如下，首先通过槽车将LNG运输到加气站内，再使用潜液泵将LNG卸车，之后通过管道将产品储藏至储罐中，有车辆来加气时则运用潜液泵和加气机进行车辆加气。归纳起来，LNG加气站包含的工艺流程要点主要有四部分：第一是LNG的卸车，第二是储罐内LNG调压，第三是对汽车进行加气，第四就是对系统卸压，其总的流程如图1所示。

①卸车流程

卸车流程是将LNG槽车中的产品卸载至加气站中的储罐内，通常分为三种方式：通过增压器卸载、通过低温泵卸载、联合增压器和低温泵卸载。

第一种方式是应用增压器将气化天然气输送至LNG槽车，增大槽车压力再将车内LNG压入LNG储罐，完成此过程后需要给槽车减压，该方式比较节约电能且流程简单，但容易产生较多放空气体且耗时较长。

第二种方式是将LNG槽车和LNG储罐气相空间连通，使用低温泵将LNG卸入储罐，此方式不产生放空气体，但是耗能且流程复杂。

第三种方式先将槽车与储罐连通，然后断开，卸车过程中再适当增大槽车气相压力并用低温泵卸车。联合卸车方式与低温泵方式相比，间相差不多，但比较耗电能且产生放空气体。

对于常规式加气站，工程上常选用前两种方式其一，也可以同时采用，在空间足够情况下建议同时采用。对于橇装式加气站，由于受空间、电力系统配置等限制，建议选择增压卸车方式，便于简化管道、降低成本、节省空间，最主要是便于设备整体成橇。

②调压流程

LNG汽车车载气瓶内的饱和液体压力一般比较高，为0.52～0.83 MPa，而运输储存时LNG饱和液体压力比较低。因此，汽车加气前，需将储罐内LNG压力提升得到一定压力值的液体，此过程中温度也会升高。升压方式通常分为三种：通过增压器进行压力提升。

③加气流程

加气的流程如下：LNG储罐―LNG潜液泵―加气机―LNG车载瓶。首先将LNG储罐中饱和LNG经潜液泵加压并进行加气计量，再使用加气枪给汽车车载瓶加气，一般加气压力不超过1.6Mpa。在给汽车加气前，应先将加气、回气的管路通过专用软管与车上LNG瓶进液、回气接口相连，通过回气接口回收车载瓶中余气从而降低罐内压力。将低温储罐中的LNG传输到潜液泵中，通过加气机控制潜液泵输送LNG的流量。

④卸压流程

在对储罐进行升压的过程中，储罐中LNG液体同时也在气化，若这部分气化的气体不能及时排出，储罐压力会不断升高。当储罐压力大于临界值时，可开启BOG 回收系统或者打开安全阀，释放部分气体来降低压力，以此保证系统安全。

3 自动控制系统设计

通常工程设计的自控系统控制流程由以下几部分组成：LNG潜液泵控制，安全连锁控制，火灾与气体安全报警控制，IC卡联动及网络管理等。应用自动控制系统可以通过各类仪表对现场LNG储罐、增压器、LNG潜液泵、LNG加气机、等设备的运转和运行参数进行监控，并且当设备发生故障时自控系统能发出报警并安全切断。如图2所示，是国内某LNG加气站自控系统流程图。

控制系统以施耐德可编程控制器和上位机为核心设备，主要完成加气站的管理调度、集中操作见识、系统功能管控、数据报警、控制参数设置及修改等，控制系统实时记录并产生故障报警报表。

流程控制中主要介绍以下几个控制分系统：

（1）ESD紧急停车：系统设计时要在现场的工艺区、加注区及监控室分别设置急停操作按钮。管控人员可根据需要切断各紧急切断阀、泵参与ESD控制，实现储罐气相液相与系统断开，管道内存留介质则通过放散系统进行排放。

（2）LNG潜液泵控制：运用变频控制柜实现潜液泵启动、停车、报警、紧急停车等操作，应分别设置泵中液位、压力、温度的现场和远传显示仪表，发生意外情况时能进行联锁控制功能，做到对潜液泵的实时保护。

（3）可燃气报警控制：该系统由可燃气探测器、PLC控制程序、上位机、控制主机、声光报警等组件构成，完成对所有区域可燃气泄露量的动态监测，实现声光报警、报警和连锁控制等功能。

4 结语

天然气利用工程对于提高生活质量、促进国民经济可持续发展、保护城市环境等具有十分重要的意义。目前，世界各国对LNG应用技术都引起高度关注。以LNG 作为汽车燃料具有非常广阔市场应用前景。

本文对LNG加气站的工艺流程设计及自动控制系统设计作了较为详细阐述，对于LNG加气站的工程设计起到较好的借鉴作用。

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