LNG氣化站與加氣站匯總

1、第十章LNG氣化站與加氣站第十章LNG氣化站與加氣站 LNG氣化站是一個接收、儲存和分配LNG衛(wèi)星站，也是城鎮(zhèn)或燃氣企業(yè)把LNG從生產(chǎn)廠家轉(zhuǎn)往用戶的中間調(diào)節(jié)場所。 2002年11月，國內(nèi)首座車用LNG加注站LNG科技示范站在北京市公交315路總站建成并投入試運行，從而為天然氣汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和LNG加氣站技術的提高打下良好的基礎。第一節(jié) LNG氣化站一、LNG氣化站的典型的工藝流程 LNG氣化站一般包括：卸車工藝、儲存增壓工藝、加熱氣化工藝、BOG 處理工藝、安全泄放工藝、計量加臭工藝。 圖9.1 LNG氣化站工藝流程圖 第一節(jié) LNG氣化站 名稱 作用備注低溫儲罐 LNG的儲存 一般體積 40

2、150 m3儲罐增壓器使儲罐內(nèi)壓升高，實現(xiàn)LNG 流向空溫式氣化器空溫式氣化器將LNG氣化成氣態(tài)，向管網(wǎng)供應水浴式加熱器空溫式氣化器出口的天然氣溫度達不到要求時，使用該設備加熱冬季空溫式氣化器出口氣體溫度不到5時，還須使用水浴式加熱器使其溫度達到15。BOG 儲罐儲罐靜置過程中，由于漏熱將有部分LNG氣化，形成BOG。為了防止儲罐內(nèi)壓力過高，將 BOG 輸送到BOG 儲罐。BOG加熱器使BOG在進入BOG 儲罐之前的加熱EAG加熱器用于蒸發(fā)氣放散前的加熱，避免天然氣放散溫度低，密度高，不易散排氣筒用于天然氣的放散加臭裝置天然氣本身無味，需要在出站前加入臭劑，便于用戶檢漏和安全使用表9-1 LN

3、G氣化站各設備的作用第一節(jié) LNG氣化站（1）卸車工藝 采用槽車自增壓方式。集裝箱儲槽中的LNG在常壓，-162條件下，利用自帶的增壓器給集裝箱儲儲槽增壓至，利用壓差將LNG液相管線送入氣化站低溫儲槽。卸車進行末段集裝箱儲槽內(nèi)的低溫NG氣體，利用BOG氣相管線進行回收。圖9.2 槽車自增壓卸車工藝第一節(jié) LNG氣化站（2）儲存增壓工藝 中小型LNG儲存氣化站常用的增壓方式通常有兩種，一種是增壓氣化器結(jié)合自力式增壓調(diào)節(jié)閥方式；一種是增壓氣化器結(jié)合氣動式增壓調(diào)節(jié)閥方式。一般可選用增壓氣化器結(jié)合氣動式增壓調(diào)節(jié)閥方式。 圖9.3 儲存增壓工藝第一節(jié) LNG氣化站（3）加熱氣化工藝 采用空溫式和水浴式相

4、結(jié)合的串聯(lián)流程，夏季使用空溫式自然能源，冬季用熱水水浴式加熱器進行增熱，可滿足氣化站內(nèi)的生產(chǎn)需要。 空溫式氣化器分為強制通風和自然通風兩種，一般采用自然通風空溫式氣化器。自然通風式氣化器需要定期除霜、定期切換。在兩組空溫氣化器的入口處均設有氣動切斷閥，正常工作時兩組空溫氣化器通過氣動切斷閥在控制臺處的定時器進行切換，切換周期可設為6小時/次。當出口溫度低于0時，低溫報警并連鎖切換空溫氣化器。 水浴式加熱器根據(jù)熱源不同，可分為熱水加熱式、燃燒加熱式、電加熱式等等。一般采用熱水加熱式，利用熱水爐生產(chǎn)的熱水與低溫LNG傳熱。冬季LNG出口溫度低于0時，低溫報警并手動啟動水浴加熱器。第一節(jié) LNG氣化

5、站（4）BOG（Boil Off Gas）處理工藝 由于吸熱或壓力變化造成LNG的一部分蒸發(fā)為氣體，BOG氣體包括：1)LNG 儲槽吸收外界熱量產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體；2)LNG 卸車時儲槽由于壓力、氣相容積變化產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體；3)進入儲槽內(nèi)的LNG與原儲槽內(nèi)溫度較高的LNG接觸時產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體；4)儲槽內(nèi)壓力較高時進行減壓操作產(chǎn)生的氣體。 槽車采取自壓回收方式回收BOG。回收的BOG的處理采用緩沖輸出的方式。圖9.4 BOG 處理工藝第一節(jié) LNG氣化站（5）安全泄放工藝 天然氣在溫度低于-120左右時密度重于空氣，一旦泄漏將在地面聚集，不易揮發(fā)；而常溫時，天然氣密度遠小于空氣密度，易擴散。根據(jù)其特

6、性，按照規(guī)范要求必須進行安全排放，一般采用集中排放的方式。 安全泄放工藝系統(tǒng)由安全閥、爆破片、EAG 加熱器、放散塔組成。設置EAG加熱器，對放空的低溫天然氣進行集中加熱后，經(jīng)阻火器后通過25m高的放散塔高點排放。（6）計量加臭工藝 主氣化器及緩沖罐氣體進入計量段，計量完成后經(jīng)過加臭處理，輸入用氣管網(wǎng)。計量采用氣體渦輪流量計，計量精度級。量程比大于1:16，可滿足最小流量和最大流量時的計量精度要求。 加臭設備為撬裝一體設備。根據(jù)流量計或流量計積算儀傳來的流量信號按比例地加注臭劑，也可按固定的劑量加注臭劑，臭劑為四氫塞吩，加臭以隔膜式計量泵為動力。第一節(jié) LNG氣化站二、LNG氣化站主要設備（1

7、）LNG儲罐 儲槽采用地上式金屬單罐，其結(jié)構(gòu)形式為真空粉末絕熱、立式（臥式）圓筒形雙層壁結(jié)構(gòu)。1）儲罐容積的確定 為了保證在用氣高峰季節(jié)也能正常供應，氣化站中應儲存一定數(shù)量的液化天然氣。氣化站儲罐設計總?cè)莘e可按下式計算： （9-1）式中 V為總儲存容積，m； n為儲存天數(shù)，d； K為月高峰系數(shù)，推薦使用K； Gr為年平均日用氣量，kg/d； y為最高工作溫度下的液化天然氣的密度，kg/m3； b為最高溫度下的儲罐允許充裝率。第一節(jié) LNG氣化站（2）空溫式氣化器 空溫氣化（加熱）器包括有 LNG主氣化器、儲槽增壓器、BOG 加熱器、EAG 加熱器。主要工藝參數(shù)LNG 主氣化器儲槽增壓器BOG

8、加熱器EAG 加熱器設計進口溫度-196-196-196-196運行進口溫度-162-162-162-162設計出口溫度-2050-196-2050-2050運行出口溫度環(huán)境溫度 -10-162常溫常溫設計壓力用戶要求用戶要求用戶要求用戶要求運行壓力用戶要求用戶要求用戶要求用戶要求表9-2 空溫氣化器類型及其工藝參數(shù)第一節(jié) LNG氣化站1） LNG空溫式氣化器計算傳熱面積的計算：空溫式氣化器的傳熱面積按下式計算：（9-2） 式中 A氣化器的傳熱面積，； W氣化器的氣化能力，kg/s； q氣化單位質(zhì)量LNG所需的熱量，kJ/kg，q=h2-h1； h1進入氣化器時LNG的比焓，kJ/kg； h2

9、離開氣化器時氣態(tài)天然氣的比焓，kJ/kg； K氣化器的傳熱系數(shù)，kW/k； t加熱介質(zhì)與液化天然氣的平均溫差，k。第一節(jié) LNG氣化站LNG氣化過程中的熱負荷為： （9-3）式中 QLNGLNG氣化過程中的熱負荷，kW/s； rLNG氣化潛熱，kJ/kg； m2LNG質(zhì)量流量，kg/s； t1LNG氣化前的溫度，k； t2LNG氣化后的溫度，k。空氣的熱負荷為： （9-4）式中 Qair空氣加熱過程中的熱負荷，kW/s； m1空氣質(zhì)量流量，kg/s； T1空氣加熱前的溫度，k； T2空氣加熱后的溫度，k。第一節(jié) LNG氣化站空氣平均溫差tm采用對數(shù)平均溫差： （9-5）式中 tm空氣加熱過程中

10、的對數(shù)平均溫差，k； t1空溫式氣化器熱端溫差，k； t2空溫式氣化器冷端溫差，k。第一節(jié) LNG氣化站 (3)水浴式加熱器 水浴式加熱器根據(jù)熱源不同，可分為熱水式、蒸汽加熱式、電加熱式等。其結(jié)構(gòu)為將導熱盤管放入熱水槽中，導熱管中的低溫天然氣與熱水進行熱交換，成為常溫天然氣。 (4)緩沖罐 設置緩沖罐的主要目的是為了緩沖經(jīng)過加溫后的BOG氣體，穩(wěn)定出站天然氣壓力。一般設計選用1臺200m3高壓儲罐。 (5)加臭裝置 小型LNG氣化站一般可配備200kg臭劑罐，采用電磁驅(qū)動隔膜式柱塞計量泵驅(qū)動加臭劑四氫塞吩的滴入，滴入量控制在15-20mg/m3。第二節(jié) LNG加氣站一、LNG加氣站的工藝流程

11、LNG加氣站的工藝流程一般包括四個流程：卸車流程、調(diào)壓流程、加氣流程以及一個卸壓流程 。圖9.5 LNG加氣站的工藝流程框圖第二節(jié) LNG加氣站（1）LNG卸車流程 卸車流程主要是指將由LNG集裝箱或者LNG槽車運送來的LNG轉(zhuǎn)移至加氣站內(nèi)LNG儲罐的過程，LNG卸車主要有三種方式：卸車增壓器卸車、潛液式低溫泵卸車、增壓器和泵聯(lián)合卸車。LNG卸車工藝的一個關鍵之處在于BOG氣體的及時排放，防止因儲罐內(nèi)壓力增高過快而對卸車速度產(chǎn)生阻礙。解決的辦法是將此部分氣體進行排放處理，比較簡單的方法，是在自動減壓閥上并聯(lián)一個截止閥，卸車過程中打開，提高流量，卸車結(jié)束后關閉。（2）調(diào)壓流程 調(diào)壓流程主要是利用

12、增壓裝置對儲罐內(nèi)LNG進行增壓。升壓方式也有3種：通過儲罐自增壓裝置升壓、通過低溫泵進行升壓、通過儲罐壓力調(diào)節(jié)器與泵低速循環(huán)聯(lián)合使用進行升壓。第二節(jié) LNG加氣站（3）加氣流程 通過LNG泵將儲罐中的飽和LNG經(jīng)由泵加壓后經(jīng)過加氣槍給LNG汽車加氣，最高的加氣壓力可達，通過液相軟管對LNG汽車氣瓶進行加液，由氣相軟管對氣瓶中的BOG進行回收，以保證氣瓶的加氣速度和正常的工作壓力。（4）卸壓流程 主要是指在卸車、加氣以及加氣站的日常運行過程中，儲罐內(nèi)的壓力會隨著BOG的產(chǎn)生逐漸的增大，為保證儲罐的安全，需要打開相關的自動減壓閥閥門，釋放罐中的蒸汽，目前的做法為直接放空，但這樣一方面會造成資源的浪

13、費，另一方面增加了安全方面的隱患。第二節(jié) LNG加氣站二、LNG加氣站主要設備 LNG加氣站設備主要包括LNG槽車、LNG儲罐、調(diào)壓氣化器、LNG低溫泵、加氣機及LNG車載系統(tǒng)。（1） LNG槽車及儲罐 LNG槽車目前單臺最大容積為3，槽車設計壓力，運行壓力。 LNG通常儲存在工作溫度為111K、工作壓力一般為的低溫儲罐內(nèi)，LNG儲罐由內(nèi)、外殼組成，采用真空粉末絕熱技術，LNG儲罐內(nèi)層材質(zhì)為不銹鋼（9Ni鋼、奧氏體不銹鋼和36%Ni的殷鋼等），外層為碳鋼。對于1104Nm3加氣能力的LNG汽車加氣站而言，選用有效容積為50m3雙金屬真空粉末LNG儲罐，工作壓力為，工作溫度為-162，設備重量為

14、22000kg，能夠滿足加氣站正常情況下兩天的用氣。（2）調(diào)壓氣化器及LNG車載瓶 調(diào)壓氣化器主要是空溫式氣化器。在冬季溫度較低，單純依靠空溫式氣化器所提供的熱量不足時可以串接一臺水浴式加熱器。目前國內(nèi)可生產(chǎn)3種規(guī)格，45L、300L和410L，分別用于轎車、中型車和公交車。第二節(jié) LNG加氣站（3） LNG加氣機 目前國內(nèi)市場上的LNG加氣機主要為加拿大FTI國際集團有限公司的FTI系列加氣機。國內(nèi)已建成的LNG加氣機采用的計量方式是雙管計量方式，即采用兩個質(zhì)量流量計分別測量加氣和回氣的質(zhì)量，二者之差作為計量的最后結(jié)果。另一種計量方式是單管式計量方式。 在歐美國家的LNG汽車所使用的氣瓶均為

15、噴淋式儲氣瓶，這樣就可以在加注的過程中，利用液態(tài)LNG的冷量將氣態(tài)的LNG重新液化。第二節(jié) LNG加氣站技術參數(shù)國內(nèi)國外（加拿大FTI系列）計量方式雙管計量單管計量額定工作壓力/Mpa1.6001.725計量相對誤差/%0.50.1最大質(zhì)量流量/（kg/min）52.580環(huán)境溫度/-3055-2060外形尺寸高1.800m高2.340m長1.085m長0.840m寬0.40m寬0.560m質(zhì)量/kg250300控制方式電腦控制系統(tǒng)電腦控制系統(tǒng)管道溫度/-16255-16255環(huán)境相對濕度/%9595加氣方式定量、非定量定量、非定量計量方式kg，Lkg，L操作方式鍵盤式觸摸屏國內(nèi)外加氣機的技術

16、參數(shù)比較 第二節(jié) LNG加氣站（4）LNG低溫泵 LNG泵的選型主要是依據(jù)加氣機的加氣速率及泵與增壓器聯(lián)合卸車時的卸車速率，由于加氣機類型為單個加氣機，為保證加氣機的正常工作，可選用流量范圍為40200L/min，功率約為12KW，工作壓力為的浸沒式低溫液體泵。（5）LNG增壓氣化器 增壓氣化器是一種專門用于液化天然氣調(diào)壓的換熱器，由于液化天然氣的低溫特性，使得LNG氣化器必須要有相應的熱源提供熱量才能氣化。熱源可以為環(huán)境空氣和水，也可以是燃料的燃燒或者蒸汽。第二節(jié) LNG加氣站 現(xiàn)階段LNG加氣站中的氣化器類型主要為空溫式氣化器。下面將針對空溫式氣化器的規(guī)格進行計算。1）預增壓階段的耗液量

17、利用空溫式氣化器實現(xiàn)儲罐的自增壓是指在一定的時間內(nèi)利用空溫式氣化器將罐頂?shù)臍庀鄩毫υ黾拥侥骋灰笾档倪^程。在此階段，液體經(jīng)氣化器氣化后全部用來增壓。在此過程中此時頂部氣體滿足氣態(tài)方程： （9-6）式中 P氣相壓力，Pa； V氣相容積，m3； Z氣體壓縮因子； T氣體溫度，k ； R氣體常數(shù)，J/kgk。在時刻： 第二節(jié) LNG加氣站根據(jù)以上三式可得： （9-9）式中 ma單位時間內(nèi)氣化的液體量，kg/s； P0增壓前的氣相壓力，Pa； V a與ma相對應的液體體積，m3； T0增壓前的飽和溫度，k； L在P、T0下液體的密度，kg/m3； 增壓時間，s； g在P、T下氣體的密度，kg/m3；

18、V0增壓前的氣相容積，m3。第二節(jié) LNG加氣站2）正常排液階段的增壓耗液量 此階段，排液閥打開，儲罐開始向外排液。排液量mc與增壓耗液量ma存在如下關系。 （9-10） 在設計氣化器取ma的值時，應按照公式9-9、9-10中計算結(jié)果中的較大的值進行選取，這樣既能滿足與增壓的需要，又能滿足正常排液的需要。第三節(jié) LNG加氣站LNG加氣站種類及特點第三節(jié) LNG加氣站LNG撬裝站 LNG常規(guī)站第三節(jié) LCNG加氣站 LCNG加氣站與常規(guī)的CNG加氣站相比，優(yōu)點：（1）無需在城市鋪設管線，只需購買LNG槽車來裝卸液化天然氣；（2）運行費用大大降低；（3）由于采用液體直接氣化，加氣量大，速度快，可同

19、時給10輛以上汽車同時加氣是常規(guī)CNG加氣站不可比擬的。第三節(jié) LCNG加氣站LCNG加氣站第三節(jié) LCNG加氣站一、LCNG加氣站工藝流程 LCNG加氣站是在LNG加氣站的基礎之上增加了液體高壓泵，高壓氣化器等裝置。 圖9.6 LCNG加氣站流程方框圖第三節(jié) LCNG加氣站二、LCNG加氣站主要設備 LCNG加氣站在設備上主要有以下幾個：LNG高壓泵，LNG高壓氣化器，順序控制盤，CNG儲瓶或者是儲氣井以及一個CNG加氣機，并且在環(huán)境溫度較低的情況下還要添加一個水浴式氣化器用以連接空溫式氣化器。 （1） LNG高壓泵 LCNG加氣站一般使用非潛液式的立式無軸封電動泵，它有單級與多級之分。其特點是將泵體與電動機的機殼通過密封結(jié)構(gòu)連在一起，