刘玉晓

(河南省城乡规划设计研究总院有限公司,河南 郑州450044)

1 前言

伴随着河南经济的跨越式发展,机动车数量突飞猛进,据统计,2010年,全省机动车保有量突破1646万辆,以后还将以每年新增100万辆规模递增,而省会郑州汽车保有量已经达到210万辆,超过武汉和西安。河南又地处中原,是北上南下、东引西进的必经之地,一方面是经济社会发展刺激机动车保有量持续增长,另一方面是汽车尾气带来的空气污染越来越严重。河南城镇大气污染源主要是锅炉煤烟和汽车尾气,汽车尾气对城镇空气污染贡献值逐年升高,郑州市水平超过60%。要想从根本上治理汽车尾气污染,必须全面发展天然气清洁汽车。通过大型车辆使用LNG燃料,可使城市区域的大气环境得到明显的改善。

2 工程概况

济源中裕压缩气有限公司济源西环路CNG/LNG储气调峰加气站位于济源市西环路东侧,本工程为济源中裕压缩气有限公司西环路CNG/LNG储气调峰加气站工程。主要工程内容：(1)新建60立方米LNG储罐2台(一用一备),用于LNG加气站内的储气需要;(2)新建LNG加气机2台,用于重型卡车的加气需要;(3)新建4.5立方米CNG高压储气井4口及1000Nm3/h排量的CNG标准站压缩机3台;(4)新建CNG加气机4台,用于对社会车辆供气。

3 工艺流程及装置的选择

本站为LNG加气站与CNG加气站合建站,站内同时具备给汽车充装LNG和CNG的功能。

3.1 LNG加液部分工艺流程及装置

3.1.1 LNG系统

(1)设计规模。

本项目LNG加气站服务对象主要为修武县的运营载货汽车,重载卡车每次加液可以达到1m3LNG,本项目LNG设计储气规模为60m3,加气站按每日补充1次LNG计算,则每天每座站可以服务60辆重型卡车,日耗气量为3.0×104Nm3,因此本项目LNG部分设计规模确定为3.0×104Nm3/d。

(2)设计压力和温度。

通过查看LNG车辆发动机的工作压力,我们确定LNG加气站系统工作压力在0.4～0.8Mpa之间,LNG储藏罐的设计压力是1.44MPa。系统采用液态氮气进行预冷和置换,液态氮气的温度是－196℃,系统设计温度确定为－196℃。

3.1.2 工艺流程

LNG加气站工艺流程分为卸车、升压、加液以及卸压等四个工序。

(1)卸车工序。

要把槽车内的LNG转移到LNG加气站的储藏罐内,使LNG经过泵从储藏罐通过液管进入到LNG储藏罐。卸车通常有三种方式：泵卸车、增压器卸车、增压器和泵联合卸车。泵卸车方式的优点是不用产生放空气体,工艺流程简单,缺点是电耗较高;增压器卸车方式的优点是工艺流程简单,电耗较少,但缺点是产生大量的放空气体,且卸车时间较长;增压器和泵联合卸车方式优点是卸车时间比较短,电耗小于泵卸车,但缺点是工艺流程较复杂。通过现场调查,考虑到各方面影响因素,本工程决定采用增压器和泵联合卸车方式进行卸车。

(2)升压工序。

LNG的汽车发动机通常需要车载气瓶内饱和液体压力稍高,一般处于0.4～0.8MPa,但是储存和运输需要LNG饱和液体压力确越低越好。LNG加气站的升压方式一种是通过增压器与泵联合使用进行升压,另一种是通过增压器进行升压。通过综合考虑这两种方式的优缺点,本工程决定采用增压器与泵联合使用进行升压,并且加大增压器的传热面积。

(3)加气工序。

LNG加气站储气罐中的LNG通过泵加压后,用加液机通过计量加给LNG汽车进行使用。车载储气瓶往往为上进液喷淋式,加进去的LNG直接吸收车载气瓶内气体的热量,使瓶内压力降低,不仅减少了放空气体,而且提高了加气的速度。

(4)卸压工序。

经过对国内外目前比较先进的LNG加气站工艺进行详细调查,在正常工作状态下,系统的放空与操作和流程设计往往有很大关联性。设计和使用过程中应尽可能减少使用增压器,如果确实需要给储气罐进行增压的时候,应该在车辆加气前两个小时左右,不适合在卸完车后马上进行增压。

3.1.3 装置布置

本工程为了满足LNG加液的需求,设置的工艺设备主要有：低温储罐、LNG泵撬、卸车(储罐)增压器等,均布置在站内LNG储罐区内;LNG加液机布置在加气区。

3.1.4 设备选型

本项目工艺设备主要有：60m3低温储罐2台(一用一备)、LNG泵撬1台、卸车(储罐)增压器1台、EAG加热器1台、布置在储罐区内,2台加液机布置在加气区。

(1)LNG储罐。

LNG储罐对保冷性能要求比较高,因此本工程决定选用立式真空粉末隔热储罐。根据系统的要求,确定储罐内筒/外筒的设计压力分别为1.44/－0.1Mpa。

(2)LNG泵撬。

通过调查发现,目前国内已经建成的LNG加气站低温泵大多都是使用国外进口泵。LNG低温泵的流量往往根据加气站的设计规模及加液机的流量进行确定,本工程LNG低温泵的设计流量在0～320L/min之间。

根据LNG泵的性能曲线对LNG低温泵进行选型,其主要参数如下：介质：LNG;最低工作温度：－162℃;设计温度：－196℃;设计流量：0－320L/min;设计扬程：220m;最大扬程：250m;进口静压头：≥0.7m;电机功率：11k W;转速：1500－6000rpm;电源：3相,380V,50Hz。

(3)增压器。

增压器是完成加液系统升压、升温工序中的必备设备中的一种,增压器选用空温式加热器,借助列管外的空气给热,使管内LNG升高温度来实现。通过计算,本设计选用处理量为200Nm3/h的增压器1台。其主要工艺参数如下：进口介质：LNG;出口介质：NG/LNG;最高工作压力：1.2MPa;设计压力：1.6MPa;设计温度：－196℃;进口温度：高于或等于－162℃;出口温度：＞－137℃。

(4)加液机。

加液机是给重卡上的LNG气瓶加气和计量的设备,主要包括加气枪和流量计两大部件。加气枪是对车载LNG气瓶加液的快速接头;流量计是计量设备,采用质量流量计,具有温度补偿功能。所选LNG加液机的主要参数如下：计量准确度：±1.0%;额定工作压力：1.6MPa;范围流量：6－180L/min;环境温度：－30－55℃;管 路 温 度：－196－55℃;工 作 电 源：220VAC5A;加气软管：DN25低温不锈钢波纹软管4m;气相回收软管：DN15低温不锈钢波纹软管4m;加气枪头：DN25LNG专用加液枪;气相管接头：DN15LNG专用快速接头。

(5)EAG加热器。

EAG加热器是对超压放散的低温气体进行加热,并考虑到对后面管材的影响,使其温度大于－15℃。通过相关计算,本设计选用处理量为120Nm3/h的加热器1台。其主要参数如下：设计压力：1.6MPa;设计温度：－196℃;最高工作压力：1.2MPa;进口温度：高于或等于－162℃;出口温度：环境温度。

3.2 CNG加气部分工艺流程及装置

3.2.1 CNG系统

本工程的CNG加气系统设置的主要目的是为了满足出租车、公交车及其他社会车辆的CNG加气需要。CNG加气系统主要包括NG进站调压工艺系统、NG增压储存工艺系统、CNG汽车加气系统。本站CNG系统与LNG系统均为独立系统。

(1)设计规模。

本项目CNG加气部分设计规模为20000Nm3/d。设置4台CNG双枪加气机。每天可为1000辆CNG汽车加气。

(2)设计压力。

NG管道：天然气管道进站阀门与天然气增压压缩机之间的管道为常温管道,设计压力1.6MPa,最高工作压力1.6MPa,工作压力1.2MPa;CNG管道：设计压力27.5MPa,最高工作压力25MPa;气动紧急切断阀压缩空气管道设计压力1.6MPa,工作压力0.7MPa。

4 结束语

CNG/LNG加气站项目是一项环保型、能源型、基础设施型的建设工程,同时,CNG/LNG加气站又是一种特殊的工业领域,专业性较强、安全要求很高。所以我们工程技术人员在合理选择工艺方案时,要严格贯彻国家能源政策,立足高起点、高标准,积极采用新工艺、新技术、新材料、新设备。既要取得良好的环境效益、社会效益,也要取得较好的经济效益。