孔欣郁，顧 棟

液化天然氣加氣站工藝系統(tǒng)運(yùn)行過程的探討

孔欣郁1，顧 棟2

（1. 重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司， 重慶 400020； 2. 中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400016）

歸納、總結(jié)了常規(guī)液化天然氣（LNG）加氣站的工藝流程，并以此為例，詳細(xì)敘述了在LNG加氣站不同工藝過程中，其工藝介質(zhì)的狀態(tài)和流向，以及主要操作閥門的啟閉狀態(tài)，可為設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)等部門相關(guān)技術(shù)人員熟練掌握工藝系統(tǒng)、改進(jìn)工藝流程提供參考。

液化天然氣（LNG）；LNG加氣站；工藝系統(tǒng)；介質(zhì)的狀態(tài)和流向；操作閥門

在節(jié)能減排政策的推動(dòng)下，國家加強(qiáng)完善了天然氣車用領(lǐng)域的相關(guān)政策、規(guī)范，同時(shí)高速增長(zhǎng)的天然氣供應(yīng)量也保障了天然氣加氣領(lǐng)域的資源供應(yīng)，確保天然氣作為車用燃料的成本遠(yuǎn)低于燃油成本，受此影響，各類企業(yè)在全國加氣站的建設(shè)如火如荼。近幾年，隨著LNG應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，LNG作為與燃油具有相似使用效能的新型車用燃料，已在我國廣東、海南、江蘇、山東等地得到了普遍應(yīng)用，從使用效果來看，其相對(duì)車用燃油具有污染少、費(fèi)用低、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此LNG加氣站的建設(shè)將在今后較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)加速發(fā)展的態(tài)勢(shì)［1］。

LNG加氣站的快速發(fā)展和建設(shè)必將帶動(dòng)其下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展——重慶耐得、張家港富瑞、成都華氣厚普、重慶巨創(chuàng)等LNG加氣站設(shè)備集成廠家亦是在此背景下得到了較快的發(fā)展。由于各個(gè)廠家企業(yè)文化、技術(shù)力量、硬件設(shè)施等條件的參差不齊，致使其生產(chǎn)的產(chǎn)品具有較大差異，每個(gè)廠家都有一套獨(dú)特的工藝流程和控制系統(tǒng)，這對(duì)設(shè)計(jì)人員及加氣站運(yùn)行人員提出了較高的要求，每涉及一個(gè)廠家設(shè)備均需要重新熟悉和掌握其工藝和控制系統(tǒng)。

本文將通過歸納總結(jié)國內(nèi)主流 LNG加氣站廠家的工藝和控制過程的共性，并作出其簡(jiǎn)化工藝流程，通過圖表形式描述出其在不同工藝過程中介質(zhì)的狀態(tài)和流向過程以及主要閥門的啟閉狀態(tài)，以供相關(guān)技術(shù)人員參考。

1 LNG加氣站主要工藝過程組成及簡(jiǎn)化工藝流程

圖1 加氣站簡(jiǎn)化工藝流程Fig.1 Filling station simplified process flow

根據(jù)LNG的物理特性和LNG加氣站的功能需求，結(jié)合國內(nèi)各主流加氣站的工藝流程，確定常規(guī)LNG加氣站運(yùn)行時(shí)，主要包含以下工藝過程［2］：

1) LNG槽車卸液；

2) LNG儲(chǔ)罐的自增壓；

3) LNG儲(chǔ)罐的自降壓；

4) LNG加氣機(jī)預(yù)冷及充裝加注；

5) LNG儲(chǔ)罐的升溫調(diào)飽和。

其中“LNG儲(chǔ)罐的升溫調(diào)飽和”為非必需功能，可根據(jù)加氣站的氣源是否長(zhǎng)期為低溫液的情況來確定其是否設(shè)置。

常規(guī)加氣站簡(jiǎn)化工藝流程見圖1。

2 工藝系統(tǒng)運(yùn)行過程詳述

2.1 LNG槽車卸液

LNG槽車卸車的主要過程由潛液泵預(yù)冷——卸液壓力平衡——卸車三個(gè)步驟組成，其中卸車又有自增壓卸車、潛液泵卸車兩種方式。

2.1.1 潛液泵預(yù)冷

開啟儲(chǔ)罐的底部出液閥、頂部進(jìn)液閥、潛液泵進(jìn)液閥V5、回氣閥V7、出口閥V8、氣相閥，罐內(nèi)部分液態(tài)LNG流經(jīng)泵池，經(jīng)泵池溢流口處的回至儲(chǔ)罐；當(dāng)泵入口與溢流口溫度均低于－100 ℃，且兩者相差小于3 ℃，再延時(shí)15 min后完成預(yù)冷。預(yù)冷時(shí)儲(chǔ)罐和管道溫度要逐步降低，禁止急冷，防備溫度驟降對(duì)設(shè)置和管件造成毀傷［3］。

2.1.2 卸液壓力平衡

將槽車出液口與LNG泵橇卸車口連通，打開泵撬壓力平衡閥V4。儲(chǔ)罐內(nèi)壓力較高氣體從上進(jìn)液口經(jīng)壓力平衡閥V4后，通過卸車口進(jìn)入槽車底部，可利用槽車內(nèi)的過冷液體將此氣體部分液化，使 LNG儲(chǔ)罐壓力下降至于槽車壓力相同。當(dāng)儲(chǔ)罐壓力與槽車壓力之差小于0.1 MPa時(shí)壓力平衡結(jié)束(圖2)。

圖2 潛液泵預(yù)冷工序Fig.2 Submersible pump with precooling process

2.1.3 自增壓卸車

壓力平衡完成后將槽車增壓口接泵撬卸車增壓口，槽車氣相口接到泵橇卸車氣相口。打開槽車氣相口閥門(V2)，然后再緩慢開啟槽車增壓閥（V1），讓液體流入卸車增壓器氣化，氣化后的低溫氣體通過氣相管回到槽車，使槽車增壓。當(dāng)槽車壓力增至大于儲(chǔ)罐壓力后槽車液體經(jīng)卸車管壓力平衡閥 V4流至 LNG儲(chǔ)罐。卸車過程中通過調(diào)節(jié)槽車增壓閥V1開度保證槽車壓力的穩(wěn)定。槽車壓力一般控制在0.6 MPa左右，當(dāng)槽車卸完或儲(chǔ)罐裝滿后停止卸車。自增壓卸車方式優(yōu)點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單，管道連接簡(jiǎn)單，無能耗(圖3)。

圖3 自增壓卸車工序Fig.3 Self-pressure unloading process

2.1.4 潛液泵卸車

潛液泵卸車是將LNG液體經(jīng)LNG槽車卸液口進(jìn)入潛液泵，潛液泵將LNG增壓后充入LNG儲(chǔ)罐。LNG槽車氣相口與LNG泵撬的卸車氣相口連通，開啟V6、V7閥，確保LNG儲(chǔ)罐氣相、槽車氣相、泵池氣相相連通，開啟卸車閥V2、泵出口閥V8，啟動(dòng)泵，開始卸車，當(dāng)槽車卸完或儲(chǔ)罐裝滿后停止卸車。該方式的優(yōu)點(diǎn)是速度快，時(shí)間短，自動(dòng)化程度高，不消耗LNG液體對(duì)槽車增壓；缺點(diǎn)是需要消耗電能(圖4)。

圖4 潛液泵卸車工序Fig.4 Submersible pump unloading process

2.2 LNG儲(chǔ)罐的自增壓/升溫調(diào)飽和

由于LNG加氣站氣源較為廣泛，故其組分、熱值、過冷度等參數(shù)均有所不同，故一般工藝系統(tǒng)設(shè)置儲(chǔ)罐自增壓和升溫調(diào)飽和功能，以適應(yīng)不同的LNG氣質(zhì)來源。

2.2.1 LNG儲(chǔ)罐的自增壓

一般加氣卸車完畢時(shí)，儲(chǔ)罐壓力過低無法使用，需要升高儲(chǔ)罐壓力。打開儲(chǔ)罐上進(jìn)液閥，關(guān)閉下進(jìn)液閥，啟動(dòng)低溫泵，LNG經(jīng)低溫泵打出，經(jīng)過增壓器氣化，氣化后的氣體回到儲(chǔ)罐氣相空間提高儲(chǔ)罐壓力，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力，到了適合的壓力后即停機(jī)。

2.2.2 LNG儲(chǔ)罐升溫調(diào)飽和

當(dāng)?shù)蜏匾后w的溫度過低無法使用時(shí)，需要升高低溫液體的溫度。打開儲(chǔ)罐下進(jìn)液閥，關(guān)閉上進(jìn)液閥，啟動(dòng)低溫泵，LNG經(jīng)低溫泵打出，經(jīng)過增壓器吸熱，液體溫度升高后回到儲(chǔ)罐底部，儲(chǔ)罐內(nèi)的溫度，到了適合的溫度后即停機(jī)(圖5)。

圖5 自增壓/升溫調(diào)飽和工序Fig.5 Self-pressurization / temperature rise saturated process

2.3 LNG儲(chǔ)罐的自降壓

當(dāng)儲(chǔ)罐壓力過高且液體溫度還較低時(shí)，為減少排放可啟用系統(tǒng)降壓功能。打開儲(chǔ)罐上進(jìn)液閥，關(guān)閉下進(jìn)液閥，關(guān)閉增壓器進(jìn)口閥（V9），啟動(dòng)低溫泵，LNG經(jīng)低溫泵打出，經(jīng)過增壓器旁路閥（V8），液體送至儲(chǔ)罐頂部，利用液體的過冷量將儲(chǔ)罐氣相空間的部分氣體再液化，達(dá)到降低儲(chǔ)罐氣相壓力的目的(圖6)。

2.4 LNG車輛充裝加注

將加氣槍接通車載瓶液相口，回氣槍接通車載瓶氣相口，啟動(dòng)潛液泵，LNG經(jīng)潛液泵升壓輸出，經(jīng)加氣機(jī)液相流量計(jì)計(jì)量后，開始給汽車加氣；同時(shí)車載瓶氣相部分經(jīng)過加氣機(jī)氣相流量計(jì)計(jì)量，經(jīng)氣相閥（V11）輸送回儲(chǔ)罐氣相空間(圖7)。

圖6 自降壓工序Fig.6 Self-depressurization procedure

圖7 充裝加注工序Fig.7 Filling process

2.5 閥門啟閉狀態(tài)一覽表［4］

閥門啟閉狀態(tài)見表1。

表1 操作閥門啟閉狀態(tài)一覽表Table 1 The operation of the valve opening and closing state list

3 結(jié) 語

本文詳細(xì)描述了 LNG加氣站必不可少的四大主要工藝過程，即LNG槽車卸液—LNG儲(chǔ)罐的自增壓/升溫調(diào)飽和—LNG儲(chǔ)罐的自降壓—LNG車輛充裝加注［5］，將復(fù)雜多變的加氣站LNG工藝流程加以簡(jiǎn)化，同時(shí)在簡(jiǎn)化流程圖中作出工藝介質(zhì)的流向線、編制閥門狀態(tài)啟閉表，使其更加直觀，便于理解。各行業(yè)相關(guān)技術(shù)人員可參考前文對(duì)工藝過程的描述，對(duì)照工藝過程工序圖和閥門啟閉狀態(tài)表，加強(qiáng)對(duì)LNG加氣站各核心工藝的理解，掌握工藝過程中介質(zhì)的狀態(tài)和流向以及各操作閥門的啟閉狀態(tài)，利于其面對(duì)新型、復(fù)雜的LNG加氣站工藝問題時(shí)，抓住重點(diǎn)，以核心工藝為基礎(chǔ)，制定出經(jīng)濟(jì)、可行的處理方案。

［1］陳叔平 任金平 李延娜 馬志鵬．橇裝式 LNG汽車加氣站發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J]. 城市燃?xì)猓?013(4)：10-14.

［2］吳佩英．LNG汽車加氣站技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2003(10)：629-630．

［3］陳叔平 謝高峰 李秋英 昌錕．LNG、L—CNG、CNG加氣站的比較[J]. 煤氣與熱力，2007(7)：27-30．

［4］葉珍珍. LNG加氣站工藝流程設(shè)計(jì)及自動(dòng)控制系統(tǒng)研究[J].中國科技博覽，2014(42)：376-377．

［5］王彥超 姜秀麗.液化天然氣汽車及存在問題探討[J].能源工程，2003(1).30-32．

Study on Operation of LNG Filling Station Process System

KONG Xin-yu1，GU Dong2
（1. Chongqing Gas Group Corporation Ltd., Chongqing 400020 , China；2. China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute, Chongqing 400016，China）

The process flow of conventional LNG filling station was summarized. Taking this station as an example, status and flow direction of medium in different process were described as well as main operation of the valve opening and closing state, which could provide reference for related technical personnel to master the technology system.

Liquefied natural gas (LNG)；LNG filling station；Process system；State and the flow direction of medium；Operation of the valve

TE 83

： A

： 1671-0460（2015）04-0780-03

2014-11-21

孔欣郁（1982-），女，重慶人，工程師，2005年畢業(yè)于重慶大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程，研究方向：從事燃?xì)夤こ碳夹g(shù)工作。E-mail：13628323872@139.com。