某lng加气站设计.docx

摘要LNG是一种无污染、高效、高质量的能源为我国发展天然气工业及优化能源结构,保护生态环境，提高国民经济起到重耍作用。近年来，随着我国经济的迅速发展,资源却日益紧缺，LNG作为清洁能源，较汽油和柴油燃烧后的排放物相比，LNG的排放物更少，并且LNG具有能量密度大、运输便捷、安全性能好、经济效益显著等特点，将LNG作为汽车燃料被广泛应用于交通及运输领域，将使得我国的LNG汽车产业迅速发展起来并取得较为显著的经济及环保效益。该LNG加气站设计采用LNG橇装汽车加气站是将LNG低温储罐、加气机、低温泵、卸车增压器、管道、控制阀门等设备集中固定安装在一个橇块上，具有高度集成、安装简便、机动灵活、安全可靠、操作方便等特点，主要用于LNG汽车加气项目推广和其他小规模客户开发。LNG橇装汽车加气站的技术和建设在我国仍处于发展阶段。本文通过对基础数据的分析与计算,完成LNG加气站的选址,加气工艺流程的确定,并对流程内的设备进行选型。实现LNG加气站的合理设计。关键词：LNG加气站工艺计算设备选型流程确定ABSTRACTLNGisaclean,efficientandhighqualityenergy,developmentofgasindustrytooptimizeenergystructure,protecttheecologicalenvironment,improvethenationaleconomyplaysanimportantrole.Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofeconomy,ourcountryresourcesincreasinglyscarce,LNGasacleanenergy,afterthegasolineanddieselcombustionemissions,comparedtolessemissionsofLNG,andLNGhasalargeenergydensity,convenienttransportation,goodsafetyandeconomicbenefitisremarkable,theLNGasvehiclefueliswidelyusedintrafficandtransportation,makestherapiddevelopmentofLNGvehicleinChinaandobtainmoresignificanteconomicbenefits,environmentalbenefits.Theskid-mountedLNGstationsdesignUSESLNGvehicleLPGstationsisLNGcryogenicstoragetank,andangrymachine,lowtemperaturepumpandunloadingsupercharger,pipes,controlvalvesandotherequipmentinstalledinonelumpsum,highlyintegrated,easyinstallation,flexible,safeandreliable,easytooperateetc.,mainlyusedforLNGautomobilegasprojectpromotionandothersmall-scalecustomerdevelopment.LNGskidcarLPGstationtechnologyandtheconstructioninourcountryisstillatthestageofdevelopment.Thisarticlethroughtheanalysisofthebasicdataandcalculation,completeLNGstationslocationselection,thedeterminationofgasprocessandtheselectionofequipmentintheprocess.RealizethereasonabledesignofLNGstations.Keywords:LNG;stationsdetermineprocess;equipmentselectionprocess摘要IABSTRACTII1绪论11.1 课题背景11.2 建设LNG加气站的意义11.3 国内外研究现状12设计说明42.1 概述42.2 设计原则42.3 地址选择52.4 建站模式52.5 设计规模63工艺流程83.1 卸车流程83.2 调压流程123.3 加气流程143.5 总工艺流程图154设备的选型174.1 LNG储罐174.2 LNG低温泵204.3 加气机224.4 增压化气器244.5 LNG管道设计264.6 EAG加热器304.7 管材设计绝热方式的选择315BOG的回收工艺325.1 产生BOG的原因325.2 BOG气体的危险性325.3 本站BOG量的计算326站址的选择367平面布置图388消防设计408.1设计原则409结论42参考文献43致谢44附件1:某LNG加气站工艺流程图45附件2:某LNG加气站平面布置图461.1 课题背景近几十年来，LNG在国内外得到了社会各界广泛的认可，作为一种清洁、高效，运输效率高、安全的能源，LNG正在被我国汽车运输业广泛应用。LNG加气站具有建设周期短，加气设备造价低，建站方便，见效快等特点，既方便又能满足市场汽车用气的需求，又能提供减少环境污染。天然气因其洁净、高效、优质也被认为是重耍的化工原料，具有明显的社会效益、环境效益和经济效益。将天然气在常压下深冷到-162CC时，便可以将天然气液化为无色透明的液体即成为液化天然气(LiqUefiedNaturalGas),简称LNG,将其深冷后它的体积为标态时的l625o由于天然气在深冷过程中，除去了天然气大部分的杂质，所以LNG比其它能源更加清洁。将LNG作为车用燃料可以大大减少汽车尾气中的CO2、NOX和其它环境污染气体的产生。在国家节能减排可持续发展的政策下，使用LNG作为车用替代燃料不仅能够有效减少环境污染并且缓解石油日益缺少所带来的能源压力，还可以改善环境和推动经济和资源可持续发展。发展LNG应用于汽车行业、建设LNG汽车加气站是节能减排，改善大气环境质量的有效举措。由于天然气汽车的迅速发展带动了天然气加气站的发展并对加气站提出了更高的要求。天然气加气站的种类大致有三种：CNG加气站、LCNG加气站以及LNG加气站。与传统的CNG(压缩天然气)加气站相比，LNG加气站不仅拥有可靠的安全性，并且还具有显著的经济效益，所以LNG加气站较其它加气站具有更大发展空间和资源优势。1.2 建设LNG加气站的意义建设LNG加气站，既可以调整能源结构，还可以减少机动车辆对石油的依赖。建设LNG加气站，既可以有效减少机动车尾气排放造成的污染，改善环境质量又可以减少碳排放量，在一定程度上起到缓解温室效应的作用，为可持续发展做出极大的贡献。建设LNG加气站，可以降低运输企业的运营成本，提高利润C建设LNG加气站，符合国家节能减排政策。1.3 国内外研究现状1.3.1 国内研究现状中国的天然气加气站的建设开始于第二十世纪80年，在1992年第一个LNG商业计划开始运作。20年多年以来我国加气站数量越来越多得到了迅速的发展。2010年我国发改委颁布条令，自2010年7月1日起，天然气的出售价格要和汽车用的价与燃料燃油的价格相关联，也就是说每立方米车用气价从2.7元增长至4.0元。这充分表明着车用天然气进入了全面发展的阶段，并且自2010年10月26日起，汽柴油的价格也会出现明显上涨，这使得LNG加气站一时间发展迅速。近年来，我国液化天然气产业得到了迅速的发展，尤其是其在满足了传统家用气和工业用气需求的前提下，已经成为了一种交通运输产业的汽车燃料替代品，LNG加气站也随着LNG燃料的发展成为各个企业家想要竞相追逐的另一个新兴产业。据不完全资料统计数据，2011年5月，我国的LNG加气站仅有一百多座，但是截止到2012年6月，我国目前建成的CNG加气站已经达到了2500座，LNG加气站也达到了三百多座，这些加气站的主要运营企业基本都是中国石油，中国石化的国有龙头企业。其中建站数最多的省份是四川省256座、其次为山东省212座和新疆维吾尔自治区125座，并且值得关注的内容为，自2010年以后，我国现有建站的车用加气站主要以LNG加气站或L-CNG加气站为主。如今我国的LNG加气站基本以“星点布局、链式布局”的形式存在，全国一体的网络并未形成。全国还是以西北、华南、华北三地个分布最为密集，裁止2012年这三个地区的加气站已经占据全国总数的64%。由于发展LNG加气站周围需要充沛的气源为加气站供应气体燃料，所以在LNG较多的地方比如华北、西北LNG工厂聚集地、华南LNG接收码头附近加气站数量也会分布较多。对于目前我国已建成运行的LNG加气站运营情况观察不难发现我国加气站基本均处于亏损状态，即使这样由于LNG发展前景极其可观各大商家还是对长期前景充满信观察发现目前产生亏损的主要原因是由于我国现在液化天然气汽车发展的速度低于加气站的发展的速度,因此大多数地方的LNG加气站运行以来一直存在有站无车的现象,因此在建设LNG加气站时尤其要注意建站位置的选择。即使我国目前的LNG加气站依然存在缺陷并且已建成投产的加气站存在亏损的现象，但依然有很多大小企业争相涌入LNG这个行业，各大商家还是很看好LNG燃料企业的发展前景。并且有相关人士负责人明确表示：“LNG汽车的快速发展将逐步缓解加气站亏损状态，并且在不久的以后LNG加气站经济局面将很快被汽车的发展带动由亏损变为盈利。”从2012年12月1日起我国第一次实施新版本的天然气利用政策这个政策将推动LNG汽车的发展并将其纳入发展范围之内，并特别提到我国将大力鼓励和支持LNG汽车的发展、船舶天然气加注设施和设备的建设。液化天然气动力车正式获得国家政策层面的认可，将推动天然气汽车进入了一个新的发展时期。而LNG加气站作为LNG燃料汽车的配套基础设施建设，LNG加气站的建设蓝图有望在此铺开。1.3.2 国外研究20世纪20年代末3。年代初，意大利率先研制了常压囊式天然气汽车和CNG汽车。至J20世纪80年代末，美国加拿大、德国和法国等国也开始研究，90年代末期开始小规模推广使用，近年来发展速度快。全球液化天然气汽车保有量超过40000,LNG加气站超过150座。美国的液化天然气汽车发展依然处于领先地位，有超过一半的世界LNG加气站和液化天然气车辆。2001年，美国开始LNG长途汽车累计运行，创造了累计运行超过9000000公里的数据；目前，加利福尼亚就有4000量的液化天然气汽车。2005年，加拿大在401号高速公路进行搭载县境内的直喷LNG发动机的卡车示范运行。最大的LNG/CNG加气站在美国的加利福尼亚州，其就25000加仑的LNG储罐就拥有2个。直到2008年3月，全球天然气汽车总量已经超过了850万辆，LNG加气站则超过了12000座，日本和澳大利亚等国也逐渐开始发展LNG汽车。在20世纪90年代初LNG技术已经相继成熟，并开始逐渐推广应用。根据世界燃气汽车协会的最新统计，目前国外关于天然气汽车和加气站的技术已经比较成熟。2.1 概述LNG加气站是LNG汽车专用的一种供气方式。现如今我国有三种LNG加气模式分别为LNG储罐式加气站（LNGF加气站）、LNG液化机式加气站（LNGR加气站）和LCNG加气站。根据任务书该加气站为LNG储罐式加气站,即LNGF加气站类型。加气站，主要在远离天然气管网的地区使用，由较为大型的LNG液化工厂以及LNG运输车运输到LNG加气站，通过LNG加气机，对汽车燃料的LNG气瓶直接罐充LNG。天然气有着清洁、高效、经济、安全的优点，是新能源汽车的重要发展方向。我国在经历了低压天然气汽车、压缩天然气（CNG）汽车时代之后，已经逐步进入了液化天然气（LNG）汽车时代。车用LNG储罐不仅克服了车用CNG储气瓶储气压力高,安全性较低,储能密度低,续航能力不足的缺点，并且车用LNG储罐一次充气的行驶里程为300800km,大约是相同容积CNG储气瓶续航能力的3倍左右,目前重型卡车上的双瓶LNG储罐总共可以装900L的液化天然气，连续行驶里程大约为8001200km。可见，LNG应用于城市公交,环卫车,长途货车等地方既能满足环保需求乂能满足续航能力的双重耍求，在未来的发展中必定会得到极大的推广。2.2 设计原则目前，我国还没有公布相关规范来监督LNG汽车加气站设计、施工和验收。在已有建设LNG加气站的城市和具有LNG汽车加气站示范项目的设计中，使用安全第一作为设计原则，以保证工艺流程正确和设备技术安全可靠的前提下，吸取国外的先进设计理念,在征得消防安全等有关部门同意后,设计参考NB/T1001-2011液化天然气（LNG）汽车加气站技术作为规范，并针对国内的实际情况进行适当的提高相关要求的原则进行设计建造。在设计过程中必须把安全作为首要考虑对象，并在工艺设计中必须满足安全可靠，先进完整，工艺简单，稳定原则的基本原则，并在建设过程中尽可能的节省投资。建站所遵循的主要标准规范如表2.1:表2.1遵循的主要规范国内标准汽车加油加气站设计与施工规范（2006年版）GB液化天然气（LNG）生产、储存和装运GB/T建筑设计防火规范GB500162006爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB建筑物防雷设计规范（2000年版）GB5005794化工企业静电接地设计规范HG/T206751990国外标准美国国家防火协会NFPA59A液化天然气（LNG）生产、储存和装运（2002年版）；美国国家防火协会NFPA57A液化天然气（LNG）车辆燃料系统规范（2002年版）2.3 地址选择目前来说，LNG加气站多为城市中的公交车加气，现在逐步也将为城市中的出租车及城市之间的短程汽车加气。LNG加气站的选址对未来LNG加气站的发展具有重要意义，所以在选址中应谨慎挑选设计。LNG加气站的主要为城市中的公交车提供气源,因此LNG加气站就应该建立在公交车密集的地方，目的是为了方便公交车统一加气时便利，也可以增加加气站的收入。如果主要为出租车提供气源，那么就应该考虑到出租车的路线以及出租车的密集程度，加气站的地址选择应该适应出租车的特殊性，提高加气站的便利条件是加气站选址时的重点考虑的因素。2.4 建站模式在设计LNG加气站时，设计者首选应该对建设场地进行详细的观察和核实，然后经过选择和经济计算最后才可以确定LNG最终的地址。现在我国的LNG汽车加气站的建站模式有两种分别为站房式和撬装式。站房式加气站站房式加气站的主要是长期服务的加气站。其特点为设备安装费用较高、占地面积较大，选址困难，经济回收时间较长，并且还具有较长的施工周期，因此大多数站房式加气站都集中在LNG汽车密集分布的区域，并且是城市的需要由政府和企业一起进行投资建设。撬装式加气站撬装式加气站和站房式加气站相比较而言，撬装式加气站具有建筑消费比较低、占地面积小，施工周期短，设备安装费用比站房式低等特点，此类LNG汽车加气站适合于初步投产的加气站，在一些LNG汽车刚刚起步的城市使用撬装式加气站更加容易获得高收益。本LNG加气站将采用撬装式加气站，减少占地面积，节约成本，为城镇汽车公交提供基本的加气量。2.5 设计规模目前LNG加气站主要为以LNG作为燃料的长途客车、货车、城市公交车以及环卫车等中小型汽车加气，随着LNG加气技术的不断完善LNG加气点也会逐渐增多，未来LNG燃料也会使用早出租车甚至小轿车中。LNG加气站的日加气能力和储存规模设计应当综合考虑汽车的数量以及汽车的行驶公里数，各类LNG车辆的日加气量可根据各类车型日行驶里程的统计数据按表2.2进行估算,并应根据加气站的选址及储罐设计使用年限留出一定的发展空间。LNG加气站的储存规模关键在于汽车日加气量和储存周期的选择,并且还应该考虑所设计使用的LNG储罐的充装率和最低液位值（LNG储罐容积的利用率大概为80%左右）。为了不使因为LNG槽车频繁出人加气站和LNG储罐较长时间没有新的LNG原液加人造成储罐升温、EAG（放散气）过多，因此加气站储存周期宜为l3d°本站选取的储存周期为2天。普通小型加气站的加气能力（气态）：L2xl042.4l04nd;能服务于LNG车用载瓶（公交和货车等）台数：日力口气量50100辆；加气时间：35min辆；加气机加气压力：1.2MPa;加气机计量精度：±1.0%。本加气站按每日加气车辆10。辆计算，根据其LNG汽车情况进行LNG橇装站设计。经测算，每辆车天然气耗量约为90m'3d,贝InoO辆LNG公交车每天需要加天然气IOOOOm3,因此该LNG橇装汽车加气站的设计规模确定为IOOoOm3/dLNG加气站的日加气能力和储存规模设计应综合考虑服务车辆的特性、用地红线以及站外环境等因素。根据设计经验及相关统计数据，各类LNG车辆的日加气量可根据各类车型日行驶里程的统计数据按表22行估算，并应根据加气站的设计使用年限预留一定的发展空间；每辆车加气时间按35rain计算较合适。表2.2各类车型日行驶里程统计数据车辆类型重型中型小型（若有）代表车型发动机功率kW27913270每Iookm气耗（折合成气相标准状态）m3653011日行驶里程km500250340曰耗气量（折合成气相标准状态）m332575383工艺流程3.1 卸车流程LNG橇装式汽车加气站与LNG固定式汽车加气站工艺流程相同，分为卸车流程、升压流程、加气流程以及卸压流程这四个部分。其目的是将集装箱或LNG槽车内的LNG移到LNG橇装式加气站的储罐内，使的LNG经过LNG潜液泵从储罐的上进液管流入LNG储罐内。LNG的卸车有3种方式：增压器卸车、浸没式低温泵卸车、增压器和泵联合卸车。3.1.1 增压器卸车增压器卸车是使用卸车增压器将气化了以后的气态天然气送入到LNG槽车内,然后增大LNG槽车内的气相压力，使得LNG槽车和LNG储罐形成一定的压差将LNG压入储罐中。使用增压器给LNG槽车增压后，待卸完车完毕后必须给LNG槽车进行泄压处理，每辆车排出的气体量为180nP左右。首先LNG液体通过LNG槽车进入增压器的增压口然后使得LNG气化后再返回到LNG槽车内，以便升高LNG槽车内的气相压力。根据LNG槽车的实际压力将LNG储罐内的压力降低至0.4MPa以后，LNG液体便可以经过LNG槽车的卸液口移至到LNG储罐内。自增压卸车方式的动力就是LNG槽车与LNG储罐之间的压力差，一般情况而言LNG槽车设计压力为0.8MPa,而储罐内的气相操作压力一般规定不能低于0.4MPa,因此LNG槽车和LNG储罐的最大压力差为0.4MPa0假设自增压卸车与潜液泵卸车均采用相同内径的管道，自增压卸车方式的流速明显要比潜液泵卸车方式慢，也就是说卸车时间长。并且LNG槽车内的液体慢慢减少，必须要对LNG槽车气相空间进行增压才可以继续卸车，如果卸车完毕时储罐气相空间压力较高，还需要对储罐进行泄压，用来提高LNG槽车与LNG储罐之间的压力差。不足之处在于给LNG槽车增压需要消耗一定量的LNG液体。优点：节约电能，工艺流程简单。缺点：会有较多的放空气体，卸车时间比较长/图3.1自增压卸车流程3.1.2 浸没式低温泵卸车浸没式低温泵卸车也是通过LNG槽车和LNG储罐的气相空间连通，使用LNG低温泵将槽车内的LNG卸入到LNG储罐。浸没式低温泵是通过潜液泵将LNG从槽车内卸入到LNG储罐的过程，我国目前加LNG加气站的潜液泵大多是由美国生产的TC34型潜液泵，它的最大流量为340Lmin,最大扬程为255m。潜液泵卸车方式是将液态的LNG经LNG槽车的卸液口进入潜液泵中,潜液泵将LNG增压后充入到LNG储罐内oLNG槽车的气相口也和LNG储罐的气相管相互连通,然后LNG储罐中的部分BOG气体可以通过气相管到LNG槽车内，这种方式不仅可以解决LNG槽车内的液体减少造成的气相压力降低，另一方面解决了LNG储罐因液体的流入而造成气相压力过高的困扰，在整个卸车过程中可以不单独为储罐泄压，方便直接进行卸车操作。该方式的优点是卸车速度快，消耗时间短，自动化程度高，不需要对站内的储罐进行泄压，不消耗LNG液休。缺点是工艺流程比较复杂，管道连接也较复杂，并且需要消耗一定的电能。优点：没有放空气体的产生，工艺流程较联合卸车流程简单缺点：需要耗电能，工艺流程较自增压式卸车相对复杂图3.2浸没式低温泵卸车3.1.3 增压器和低温泵联合卸车增压器和低温泵联合卸车依然是先将LNG槽车和LNG储罐的气相空间连通，然后再断开，在卸车时中通过增压器提高LNG槽车内的气相压力，用潜液泵将槽车内的LNG卸入到储罐，并且卸完车后仍然需要给槽车进行降压操作。优点：卸车时间较短，耗电量小于潜液式低温泵卸车缺点：耗电能，工艺流程较复杂，产生气体该方式是将槽车运抵加气站之后，即可以利用LNG槽车上的空温式升压汽化器对槽车内的储罐进行升压处理（或通过站内设置的卸车增压汽化器对罐式集装箱车进行升压），还是形成槽车与LNG储罐之间的压差，并且利用压差将槽车中的LNG卸入加气站的储罐内，然后启动潜液式低温泵，对槽车内的LNG进行卸车操作，这样便可以加快卸车速度。卸车结束后，再通过卸车气相管道回收槽车中的气相天然气（即BOG回收）。3.1.4 卸车流程确定该LNG加气站选择第二种浸没式低温泵卸车。自增压式卸车与浸没式低温卸车相比，由于在卸车过程中会产生一定的BOG气体，浸没式低温泵卸车可使储罐中的部分BOG回流入LNG槽车内，虽工艺流程相对复杂，耗电，但节约卸车时间，回收部分BOG,浸没式低温卸车更适合该加气站。增压器和低温泵联合卸车与浸没式低温卸车相比，虽然可以回收BoG但是工艺流程更加复杂，卸车时间并没有明显提高，成本明显增加，所以选择浸没式低温泵卸车。下面粗略的计算并比较增压器卸车和低温泵卸车：(此计算忽略摩阻及高差)1)低温泵卸车需要时间由于粗略的计算并比较，设卸车高度和储罐高度一致，卸车和储罐距离较近，忽略管道的摩阻，则低温泵卸车两端压差相同，由低温泵参数可得扬程为220m。.=P2-P+6.-g-zj+hf(3.1)Pg2g由等式(3.1)可得：2区="=2202gc=65.6(，/5)体积流量公式：2Qy=A×c=×c(3.2)由等式(3.2)得：C3.14×65.6×0.0232_.z,、.z3,、Qv=0.02724(m5,)=98.064(m3/h)所用时间L为：V54t.=0.55(7?)(3.3),l.98.0642)自增压卸车时间计算：由于粗略的计算并比较，设卸车高度和储罐高度一致，则；由于卸车和储罐距离较近，忽略管道的摩阻，则；由于增压器卸车，储罐与槽车之间的压差为04Map°由等式(3.1)可得：H=ElUL+生1%+一小脑(3.4)Pg2g=P2-Pi2gPgc=0.4×106×2450=42.16( S)体积流量由公式（3.2）可得:Q=CA=42.16X×0.0232=63.02(w3/S)4卸车所需时间t2为：V_ 54了 一 63.02=0.85(/?)由于所以增压器卸车所需时间较长。流程为：LNG槽车LNG潜液泵LNG储罐3.2 调压流程卸车完毕后，通过LNG低温泵将储罐中的部分LNG进行汽化，汽化后又使气相管路连通使其返回储罐，一直调压到储罐内的压力达到工作压力，即可停止汽化过程。因此在给汽车加气之前必须对储罐中的LNG进行升压升温，保证供气压力的稳定性，才能达到汽车发动机的用气压力耍求，车载瓶中的LNG必须为饱和液体。因此，加气前需要使储罐中的LNG升温、升压，以保证处于饱和状态。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和自增压调压流程两种。3.2.1 潜液泵调压流程储罐的气相空间可以为LNG储罐调压。LNG液体经LNG储罐的出液口首先进入潜液泵，再由潜液泵增压以后进入增压气化器进行气化，气化后的天然气经LNG储罐的气相管返回到LNG储罐的气相空间中，为LNG储罐调压。使用潜液泵为储罐调压时，增压气化器的入口压力和潜液泵的出口压力相同，该加气站采用的美国TC34型潜液泵的最大出口压力为2.2MPa,但是一般将出口压力设置为1.2MPa,增压气化器的出口压力以及储罐气相压力为06MPa。增压气化器的入口压力将远高于其出口压力，这样使用使潜液泵调压速度快、调压时间短、压力高。优点：升压需要的时间短，减少放空损失，缺点：需要电耗。图3.3潜液泵调压流程3.2.2 自增压调压流程自增压调压是将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储罐的气相空间使LNG储罐进行调压。采用这种调压方式时,增压气化器的入口压力为LNG储罐没有调压前的气相压力与LNG储罐内液体所产生的液柱静压力（容积为60n?的储罐充满时约为0.03MPa）之和，出口压力为LNG储罐的气相压力（0.6MPa）,因此自增压调压流程调压速度慢、调节压力低。优点：不耗电能缺点：升压时间长，理论计算需要逾5h。图3.4自增压调压流程3.2.3 调压流程确定LNG橇装汽车加气站储罐升压是为了得到一定压力的饱和液体，在升压的同时饱和温度也会相应升高。LNG橇装汽车加气站的升压形式采用下进气方式，升压方式分别为潜液泵调压，增压器进行调压。潜液式调压优点在于升压时间短，放空损失少，缺点依然是需要电耗。自增压调压优点是不需要消耗电能，缺点是升压时间长，理论计算需耍5h左右。本项目采用潜液泵调压不仅可以加大增压器的传热面积,大大缩短了升压时间,一般需要1h左右，从而保证了加气时间。因此本LNG加气站应采取潜液泵调压方式可以大大缩短LNG的调饱和时间，避免加气车辆的长时间等待。流程为:3.3 加气流程LNG橇装加气站中储罐里装有饱和液体状的LNG经过泵加压通过计量器计量由加气枪给汽车加气。由于车载储气瓶为上进液喷淋式所以加进去的LNG可以迅速吸收车载气瓶内气体的热量，使瓶内压力降低，不仅可以减少放空气体的产生，还可以提高加气速度。本LNG加气站是通过LNG潜液泵将储罐中的饱和LNG经由泵加压后经过加气枪输送给LNG汽车加气，最高的加气压力可达L6MPa,通过液相软管对LNG汽车气瓶进行加液,由气相软管对气瓶中的BoG进行回收，以保证气瓶的加气速度和正常的工作压力。流程为：LNG储罐>LNG潜液泵加气机LNG车载气瓶3.4 卸压流程当储罐中的系统压力大于设定值时，系统中的安全阀将自动打开，释放系统中的气体，降低储罐中的压力，保证系统安全运行。本LNG加气站随着BOG的产生逐渐的增大，为保证储罐的安全，需要打开相关的自动减压阀阀门，释放罐中的蒸汽，目前的做法为直接放空，但这样一方面会造成资源的浪费，另一方面增加了安全方面的隐患。有关BoG的回收后面会详细计算回收。流程为：LNG储罐A低温管路安全阀目前全球根据资料对先进工艺的LNG汽车加气站的调查了解，正常工作状态下，系统的放空装置与操作过程和流程设计有密不可分的关系。操作和设计过程中应该尽量减少使用增压器。操作过程中如果需要使用增压器给储罐增压时，应该在车辆加气前2h进行，并且根据储罐LNG压力情况进行适当增压，同时也不宜在卸完车后立即增压。3.5 总工艺流程图mi调区EAGM>WLNG,M荒僻L加气LNG槽车"LNG,LNG克丰图3.5总工艺流程图4设备的选型4.1 LNG储罐LNG储罐其既有供给LNG的能力，又有接收LNG的能力。LNG储罐是LNG加气站最为核心的设备。从LNG槽车或LNG生产场接收到LNG,调节LNG使其达到饱和状态，然后供给LNG汽车车用燃料LNG瓶。4.1.1 储罐容积的计算本公交站按每日佳气车辆IOO辆计算，根据其LNG汽车情况进行LNG橇装站设计。经测算，每辆车天然气耗量约为IOom3d,则100辆LNG公交车每天需要加天然气IOOOOm3,因此该LNG橇装汽车加气站的设计规模确定为10000m3d,按照某市现有车辆配置气瓶容器及加气量来确定储存规模。表4.1储存规模计算表车载气瓶单车最大加气量车次总加注量升升次升m3nm32751981803564035.6421114757510552601826.0115403LNG储罐的容积为:P°b(4.1)式中V储存容积，m3t储存时间，dQr平均日用气量，kg/dPy最高工作温度下的液化天然气密度，kgm3b最高工作温度下的储罐允许充装率根据液化天然气的输送来源情况，并综合考虑到加气速度、日加气LNG汽车数量以及卸车时间等因素,大概确定该加气站的储存时间为2天。经计算，该站LNG现有储存容积为58.8m3o因此，取该站的储存规模为60即订购一套容积为60m3储罐的LNG转运橇。根据加气站的等级划分按GB501562002（2006年版）第3.0.4条的规定，LNG加气站的等级划分见下表,由图可知本项目LNG加气站属于一级站。表4.2液化石油气加气站的等级划分级别液化石油气罐容积/m3总容积单罐容积一级45<V<=60<=30二级30<V<=45<=30三级V<30<=304.1.2 储罐围护结构的选择根据LNG储罐围护结构的隔热方式分类有高空粉末隔热,正压堆积隔热,高真空多层隔热3种形式。下面依次介绍并进行本站储罐维护结构的选择。真空粉末隔热真空粉末隔热方式为夹层抽真空的方式，填充物为珠光砂粉末，这种隔热方式常用于小型LNG储罐。真空粉末绝热储罐技术和生产技术与液氧、液氮等储SS的隔热形式基本一样，由于长期建造目前我国的一些生产厂家的制造技术基本成熟，对后期的运行维护也相对方便、灵活，并且很多气化站都是用这种方式。正压堆积隔热正压堆积隔热方式采用绝热材料，中间的夹层通入氮气,并且其绝热层通常比较厚,这样的隔热方式被应用与大中型LNG储罐和储槽中。通常应用于立式LNG子母式储罐中。高真空多层隔热高真空多层隔热采用高真空多层缠绕隔热，多用于槽车储罐和LNG汽车加气站储罐。该LNG加气站的LNG储存量不大，因此对保冷性能耍求特别高，因此选用真空多层缠绕绝热储罐。根据LNG储存量的要求，并考虑到橇装设备必须运输方便，因此LNG转运橇选用60n?的卧式储罐。其卧式储罐内罐采用不锈钢材料，0Crl9Nil0>304等。外罐多采用普通低合金钢，如16MnR。内外罐之间的支承宜采用在低温下既有较高强度又有较低热导率的低温玻璃钢结构。在建设LNG储罐中无论设计、制造、购买、安装、定期检测等环节中都应满足LNG储罐的有关规范标准，保证LNG加气站的安全运行。另外在加气站运行时还应该实时检测控制储罐的日蒸发率在0.25%以下。并且为了储罐的安全考虑，还要设计安装报警设备以及相关的调节阀、安全阀。罐顶部分还因设置安全防爆装置，下部分设有夹层抽接口及温度测试口。根据系统的工作压力，并考虑经济性，确定储罐内罐的设计压力为L2MPa,外罐设计压力为-0.1MPa。储罐连接的LNG管道上也应该配备紧急切断阀，防止紧急情况出现的时候可以迅速关掉阀门，防止事故发生。1胆支撑受”层户般外先4Lg½<4<>½卜.进液竹出液管 下液位管白液位管工进液管气相管图4.1LNG储罐结构图表4.3LNG储罐主要参数表型式卧式圆筒形、高真空多层缠绕绝热储罐有效容积/m360充装率/%90内罐的工作温度IC-146外罐的工作温度环境温度内罐的设计温度/C-196外罐的设计温度/-1950内罐的材质Ocrll8Ni9外罐的材质16MnR内罐设计压力从Pa1.2外罐设计压力汉Pa-0.1内罐工作压力汉Pa0450.80外罐工作压力从Pa-0.1蒸发率肠<0.24.2 LNG低温泵因LNG属于低温易燃气体，所以在所选取的输送泵设备也必须能够在低温状态下正常工作，并且拥有较好的气密性及隔热能力和电气安全性能。LNG低温潜液泵由泵体和泵池2部分组成，泵体为浸没式两级离心泵，也就是说潜液泵是一个离心泵。潜液泵体浸入泵池中，所有运动部件全部由低温液体冷却和润滑。而LNG低温潜液泵整体被安装在一个真空绝热的泵池中,正常工作过程中始终处于深冷状态，确保LNG潜液泵能够安全运行。另一部分为泵池，泵池可以快速进行检修，其周围空间不能有维修工具死角阻碍维修的顺利进行；泵池的压力、温度通过检测装置随时可以监控。选用LNG潜液泵能够利用LNG潜液泵卸液。另外办公区的的控制室可以对泵的运行控制；泵的出口压力也可以实时显示。由于LNG低温泵的特殊工作环境对于低温输送泵有以下几个要求：LNG低温泵不仅可以产生足够的动力，还可以和不同的LNG汽车储气系统相匹配进行工作；在LNG低温泵运行的时应尽量注意热量的产生及散热，防止因温度过高而发生LNG的气化；尽量避免两相流的出现，否则低温输送泵会出现损坏现象。421LNG低温潜液泵计算根据参考文献回可知LNG槽车的设计压力为：6=0.8MP4,LNG储罐的设计压力为：P2=l.2MPa,流量Q=0.093Ms=334.8z,管路摩阻总损失M=1.477m,则需要增压泵来提供的压头为：h=A+(p2-p1)h=1.477+0.4=40.97"?所以潜液泵的扬程为:H=(L05-l.2)z=43.0249.16m根据查阅资料显示LNG低温潜液泵可供0250m扬程。4.2.2LNG低温潜液泵参数表4.4LNG低温泵技术参数工作温度/-146设计温度/-196设计流量/(Lmin,)0-320设计扬程/m220最大扬程/m255转速范围/(一mi)1500-6000所需进口净正压头/m0.7-3.0表4.5泵池主要参数表几何容积75L适用介质LNG、LN2内简直径320mm外简直径450mm工作压力1.6MPa0.1MPa(内筒/外简)工作温度一162°C常温(内筒"卜筒)4.3 加气机加气机的