LNG加气站的工艺流程.docx

LNG加气站的工艺流程LNG加气站的工艺流程一、LNG加气站工艺流程设计LNG加气站的工艺流程分四个步骤：卸车流程、调压流程、加气流程、卸压流程1）卸车流程：把集装箱或汽车槽车内的LNG转移至LNG加气站储罐内。此过程可以通过三种方式实现。（1）通过卸车增压器卸车（2）通过浸没式加气泵卸车（3）通过增压器和泵联合卸车。本加气示范站采用第三种方式。选用设备规格为：卸车增压200Nm3/h，浸没式泵流量40200l/min，压力0.21.2Mpa.实际工作时卸一台标准集装箱的时约为1.8小时。该方式优点是缩短了卸车时间，缺点是耗能、在卸液快完时如不注意泵容易遭害、工艺流程相对复杂。笔者认为：三种卸车方式中应首选第一种，采用储罐上、下进液同时进行的方式。该方式优点是：简单、不耗能。缺点是卸车时间长，卸一台标准集装箱时间约为2.53.0小时。建议在加气站场地许可的情况下，加大卸车增压器。如选用300NmVh的卸车增压器，则卸一台标准集装箱的时间约为2.0小时。第二种卸车方式不建议采用。2）调压流程：由于目前汽车上的车载瓶本身不带增压器，因此车载瓶中的液体必须是饱和液体。为此在给汽车加液之前首先对储罐中的LNG进行调压，使之成为饱和液体方可给汽车加气。调压方式也有三种。（1）通过储罐压力调节器调压（2）通过泵低速循环进行调压（3）通过储罐压力调节器与泵低速循环联合使用进行调压。第一种方式优点是工艺、设备简单、不耗能。缺点是调压时间长。LNG加气站储罐调压与LNG气化站储罐调压原理不同，LNG气化站储罐调压采用气相调压，目的是只要得到所需压力的LNG即可。而LNG加气站储罐调压是要得到一定压力的饱和液体，只能进行液相调压。故采用同规格的压力调节器对同样的储罐调节同样的压力需要的时间却大不一样。实际工作时测得：采用200Nm讥的压力调节器对50m3的储罐调节饱和液体压力，达到0.5Mpa时所需时间为810小时，依外界气候的温度不同而异。这对汽车加气带来很大不便。储罐调压应采用第三种方式较为合理，并且压力调节器应有备用，可能的话还应增大其规格。这样，虽然增加了投资、能耗，但大大缩短了调压时间，理论上计算可在3.04.0小时实现，从而确保加气时间。如单采用第二种方式其调压时间仍为偏长。3）加气流程：储罐中的饱和液体LNG通过泵加压后由加气枪给汽车加气，加气压力为1.6Mpa.在给车载瓶加气前首先应给车载瓶卸压，通过回气口回收车载瓶中余气。目前，该部分气进行放空处理。建议在以后的加气站中，增设车载瓶到储罐气相的回流管，同时设计量装置，便于对车载瓶中余气进行回收和计量。4）卸压流程：在给储罐调压过程中，储罐中的液体同时在不断的蒸发和气化，这部分气化了的气体如不及时排出，储罐压力会越来越大，当储罐压力大于设定值时，相关阀门打开，释放储罐中的气体，降低压力，保证储罐安全。目前，该部分气体进行放空处理。建议在以后的加气站中，该部分气体通过调压后送人附近市政管网系统。二、LNG加气站设计依据规范目前，国内还未出台LNG的相关设计、施工和验收规范，在LNG气化站设计中，行业普遍认可的是参照LPG相关规范。其理论依据是基于LNG和LPG的特性参数。LNG的主要成分为CH4，LPG的主要成分为C3H6C4Hs。同时LNG处于-162的深冷、常压储存状态，规范中参照执行的LPG是处于常温、压力储存状态，因此LNG与LPG比较，在理论上是较为安全的。而在LNG汽车加气站设计中，如与LNG气化站一样，参照LPG的相关规范，这在寸土寸金的市区建设LNG加气站没有占地上的优势，而且，本站作为示范站，其意义就是将来为制定LNG加气站设计规范提供理论和实践上的依据，如仍套用LPG的相关规范，则失去了其示范的意义。由LNG的性质，可以看出它作为车用燃料还有如下的特点和优势：1）能量密度大汽车续驶里程长，同样容积的LNG车用储罐装载的天然气是CNG储气瓶的2.倍。目前国外大型LNG货车一次加气可连续行驶10001300km，非常适合长途运输的需要。国内410升钢瓶加气一次在市区可连续行驶约400km，在高速公路加气一次可连续行驶约700Km以上。2）运输方便由于是液态，LNG便于经济可靠地远距离运输，建设CNG汽车加气站不受天然气管网的制约。在陆上，通常用2050m3（相当于1201*30000Nm3天然气）的汽车槽车象运输汽油，柴油那样将LNG远送到LNG汽车加气站，也可根据需要用火车槽车。在海上，通常用大至1213万m3的LNG轮船，进行长途运输。3）组分纯，排放性能好，有利于减少污染，保护环境LNG由于脱除了硫和水分，其组成比CNG更纯净，因而LNG汽车的排放性能要优于CNG汽车。与燃油车相比，LNG汽车的有害排放降低约85%左右，被称为真正的环保汽车。4）安全性能好LNG的燃点为650，比汽柴油、LPG的燃点高，点火能也高于汽柴油、LPG，所以比汽柴油、LPG更难点燃，LNG的爆炸极限为515%，且气化后密度很低，只有空气的一半左右，因而稍有泄漏即挥发扩散，而LPG的爆炸极限为2.49.5%，燃点为466，且气化后密度大于空气，泄漏后不易挥发，汽油爆炸极限为1.07.6%，燃点为427，柴油爆炸极限为0.54.1，燃点为260，由此可见，LNG汽车比LPG、汽油、柴油汽车更安全。三、价格分析1）LNG价格根据用户与资源供应地的实际地理位置，LNG的陆上运输距离大体可分为近距离（200km以内），中远距离（200-1000km）、远距离（10003000km），与此相对应的LNG运输价格相应约为0.3元/Nm3，0.7元/Nm3、0.9元/Nm3.这是对公路运输而言，如采用铁路运输，则远距离运输价格可大大降低。2）LNG汽车经济性根据天然气燃烧特性和运行试验结果，1Nm3的天然气的行驶里程等效于1.2升燃油，目前汽柴油价格在3.45-4.0元升之间，如天然气零售价按3.0元/Nm3计算时，使用LNG作燃料比燃油便宜27.5%34.2%.每车按年运行6000080000km计算时，中型车耗油约1320017600升，大型车耗油2040027200升，以当前油价计算，使用LNG时分别可节约燃料费为1476119682元和2281330418元，汽车行驶路程越长，则越节约燃料费用。LNG汽车改装件投资略高于CNG汽车，若采用国产储罐改装件，中型车投资约为2.5万元，重型车约为3.5万元，则改车投资回收期约为1.42.0年。根据天然气汽车的特点，使用天然气时还可延长发动机寿命，降低发动机的维修费用50%以上，因此LNG汽车的实际投资回收期比上述投资回收期短30%，一般在投用1.5年之内即可收回投资。3）LNG加气站效益初步分析LNG汽车加气站规模可大可小，投资额差异大，以一座日售气2.2104Nm3LNG（年售气800104Nm3）加气站为例，如以采用国产设备为主，总投资约420万元（不含征地费、常规地质情况），年耗动力约3万kW，人员为8人（与加油站合建时人可不增加）。则年总经营成本约为2081万元，当LNG进价与零售价价差保持0.40元/Nm3时，年利润约为154（税后）万元，约2.7年可收回投资（税后）。综上所述，LNG汽车具有经济、安全、环保、适用、方便、机动等优势，是天然气汽车的发展方向，同时也是城市规模化发展天然气汽车的理想途径。四、问题和结论1）由于国内规范的滞后性，目前，LNG汽车加气站执行液化天然气（LNG）生产、储存和装卸标准NFPA59A-201*和汽车用液化天然气（LNG）供气系统标准NFPA57-1999的标准有很大难度，需做不少协调工作。2）由于二个LNG加气站调试运行的时间还不长，故本文中的一些试验数据随着进一步的调试运行可能会有变化。3）根据二个加气示范站的试验效果，国产LNG加气机的质量有待提高，同时需做进一步的研发工作。4）根据二个加气示范站的试验效果，LNG汽车最适用于600Km范围内的城市区间车运行，其次适用于城市公交车运行。LNG加气站工艺流程的选择LNG加气站工艺流程的选择与LNG加气站的建站方式有关，LNG加气站的工艺主要包括3部分流程：卸车流程、储罐调压流程、加气流程。1卸车流程LNG的卸车工艺是将集装箱或槽车内的LNG转移至LNG储罐内的操作，LNG的卸车流程主要有两种方式可供选择：潜液泵卸车方式、自增压卸车方式.潜液泵卸车方式该方式是通过系统中的潜液泵将LNG从槽车转移到LNG储罐中，目前用于LNG加气站的潜液泵主要是美国某公司生产的TC34型潜液泵，该泵最大流量为340Lrain，最大扬程为488m，LNG卸车的工艺流程见图1。潜液泵卸车方式是LNG液体经LNG槽车卸液口进入潜液泵，潜液泵将LNG增压后充入LNG储罐。LNG槽车气相口与储罐的气相管连通，LNG储罐中的BOG气体通过气相管充入LNG槽车，一方面解决LNG槽车因液体减少造成的气相压力降低，另一方面解决LNG储罐因液体增多造成的气相压力升高，整个卸车过程不需要对储罐泄压，可以直接进行卸车操作。该方式的优点是速度快，时间短，自动化程度高，无需对站内储罐泄压，不消耗LNG液体；缺点是工艺流程复杂，管道连接繁琐，需要消耗电能。自增压卸车方式LNG液体通过LNG槽车增压口进入增压气化器，气化后返回LNG槽车，提高LNG槽车的气相压力。将LNG储罐的压力降车O.4MPa后，LNG液体经过LNG槽车的卸液口充人到LNG储罐。自增压卸车的动力源是LNG槽车与LNG储罐之间的压力差，由于LNG槽车的设计压力为0.8MPa，储罐的气相操作压力不能低于0.4MPa，故最大压力差仅有O.4MPa。如果自增压卸车与潜液泵卸车采用相同内径的管道，自增压卸车方式的流速要低于潜液泵卸车方式，卸车时间长。随着LNG槽车内液体的减少，要不断对LNG槽车气相空间进行增压，如果卸车时储罐气相空间压力较高，还需要对储罐进行泄压，以增大LNG槽车与LNG储罐之间的压力差。给LNG槽车增压需要消耗一定量的LNG液体。自增压卸车方式与潜液泵卸车方式相比，优点是流程简单，管道连接简单，无能耗；缺点是自动化程度低，放散气体多，随着LNG储罐内液体不断增多需要不断泄压，以保持足够的压力差。在站房式的LNG加气站中两种方式可以任选其一，也可以同时采用，一般由于空间足够建议同时选择两种方式。对于橇装式LNG加气站，由于空间的限制、电力系统的配置限制，建议选择自增压卸车方式，可以简化管道，降低成本，节省空间，便于设备整体成橇。2储罐调压流程储罐调压流程是给LNG汽车加气前需要调整储罐内LNG的饱和蒸气压的操作，该操作流程有潜液泵调压流程两种。潜液泵调压流程:LNG液体经LNG储罐的出液口进入潜液泵，由潜液泵增压以后进入增压气化器气化，气化后的天然气经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，增压气化器的入口压力为潜液泵的出口压力，美国某公司的TC34型潜液泵的最大出口压力为，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。增压气化器的人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。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。3加气流程在加气流程中由于潜液泵的加气速度快、压力高、充装时间短，成为LNG加气站加气流程的首选方式。