液化天然氣加氣站工藝系統運行過程的探討

孔欣郁，顧 棟

液化天然氣加氣站工藝系統運行過程的探討

孔欣郁1，顧 棟2

（1. 重慶燃氣集團股份有限公司， 重慶 400020； 2. 中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400016）

歸納、總結了常規液化天然氣（LNG）加氣站的工藝流程，并以此為例，詳細敘述了在LNG加氣站不同工藝過程中，其工藝介質的狀態和流向，以及主要操作閥門的啟閉狀態，可為設計、制造、運營等部門相關技術人員熟練掌握工藝系統、改進工藝流程提供參考。

液化天然氣（LNG）；LNG加氣站；工藝系統；介質的狀態和流向；操作閥門

在節能減排政策的推動下，國家加強完善了天然氣車用領域的相關政策、規范，同時高速增長的天然氣供應量也保障了天然氣加氣領域的資源供應，確保天然氣作為車用燃料的成本遠低于燃油成本，受此影響，各類企業在全國加氣站的建設如火如荼。近幾年，隨著LNG應用技術的不斷發展和成熟，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用，從使用效果來看，其相對車用燃油具有污染少、費用低、安全可靠等優點，因此LNG加氣站的建設將在今后較長一段時間內呈現加速發展的態勢［1］。

LNG加氣站的快速發展和建設必將帶動其下游相關產業的發展——重慶耐得、張家港富瑞、成都華氣厚普、重慶巨創等LNG加氣站設備集成廠家亦是在此背景下得到了較快的發展。由于各個廠家企業文化、技術力量、硬件設施等條件的參差不齊，致使其生產的產品具有較大差異，每個廠家都有一套獨特的工藝流程和控制系統，這對設計人員及加氣站運行人員提出了較高的要求，每涉及一個廠家設備均需要重新熟悉和掌握其工藝和控制系統。

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

1 LNG加氣站主要工藝過程組成及簡化工藝流程

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

根據LNG的物理特性和LNG加氣站的功能需求，結合國內各主流加氣站的工藝流程，確定常規LNG加氣站運行時，主要包含以下工藝過程［2］：

1) LNG槽車卸液；

2) LNG儲罐的自增壓；

3) LNG儲罐的自降壓；

4) LNG加氣機預冷及充裝加注；

5) LNG儲罐的升溫調飽和。

其中“LNG儲罐的升溫調飽和”為非必需功能，可根據加氣站的氣源是否長期為低溫液的情況來確定其是否設置。

常規加氣站簡化工藝流程見圖1。

2 工藝系統運行過程詳述

2.1 LNG槽車卸液

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

2.1.1 潛液泵預冷

開啟儲罐的底部出液閥、頂部進液閥、潛液泵進液閥V5、回氣閥V7、出口閥V8、氣相閥，罐內部分液態LNG流經泵池，經泵池溢流口處的回至儲罐；當泵入口與溢流口溫度均低于－100 ℃，且兩者相差小于3 ℃，再延時15 min后完成預冷。預冷時儲罐和管道溫度要逐步降低，禁止急冷，防備溫度驟降對設置和管件造成毀傷［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。儲罐內壓力較高氣體從上進液口經壓力平衡閥V4后，通過卸車口進入槽車底部，可利用槽車內的過冷液體將此氣體部分液化，使 LNG儲罐壓力下降至于槽車壓力相同。當儲罐壓力與槽車壓力之差小于0.1 MPa時壓力平衡結束(圖2)。

圖2 潛液泵預冷工序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。當槽車壓力增至大于儲罐壓力后槽車液體經卸車管壓力平衡閥 V4流至 LNG儲罐。卸車過程中通過調節槽車增壓閥V1開度保證槽車壓力的穩定。槽車壓力一般控制在0.6 MPa左右，當槽車卸完或儲罐裝滿后停止卸車。自增壓卸車方式優點是流程簡單，管道連接簡單，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LNG槽車卸液口進入潛液泵，潛液泵將LNG增壓后充入LNG儲罐。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，啟動泵，開始卸車，當槽車卸完或儲罐裝滿后停止卸車。該方式的優點是速度快，時間短，自動化程度高，不消耗LNG液體對槽車增壓；缺點是需要消耗電能(圖4)。

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

2.2 LNG儲罐的自增壓/升溫調飽和

由于LNG加氣站氣源較為廣泛，故其組分、熱值、過冷度等參數均有所不同，故一般工藝系統設置儲罐自增壓和升溫調飽和功能，以適應不同的LNG氣質來源。

2.2.1 LNG儲罐的自增壓

一般加氣卸車完畢時，儲罐壓力過低無法使用，需要升高儲罐壓力。打開儲罐上進液閥，關閉下進液閥，啟動低溫泵，LNG經低溫泵打出，經過增壓器氣化，氣化后的氣體回到儲罐氣相空間提高儲罐壓力，當儲罐內的壓力，到了適合的壓力后即停機。

2.2.2 LNG儲罐升溫調飽和

當低溫液體的溫度過低無法使用時，需要升高低溫液體的溫度。打開儲罐下進液閥，關閉上進液閥，啟動低溫泵，LNG經低溫泵打出，經過增壓器吸熱，液體溫度升高后回到儲罐底部，儲罐內的溫度，到了適合的溫度后即停機(圖5)。

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

2.3 LNG儲罐的自降壓

當儲罐壓力過高且液體溫度還較低時，為減少排放可啟用系統降壓功能。打開儲罐上進液閥，關閉下進液閥，關閉增壓器進口閥（V9），啟動低溫泵，LNG經低溫泵打出，經過增壓器旁路閥（V8），液體送至儲罐頂部，利用液體的過冷量將儲罐氣相空間的部分氣體再液化，達到降低儲罐氣相壓力的目的(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，啟動潛液泵，LNG經潛液泵升壓輸出，經加氣機液相流量計計量后，開始給汽車加氣；同時車載瓶氣相部分經過加氣機氣相流量計計量，經氣相閥（V11）輸送回儲罐氣相空間(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 閥門啟閉狀態一覽表［4］

閥門啟閉狀態見表1。

表1 操作閥門啟閉狀態一覽表Table 1 The operation of the valve opening and closing state list

3 結 語

本文詳細描述了 LNG加氣站必不可少的四大主要工藝過程，即LNG槽車卸液—LNG儲罐的自增壓/升溫調飽和—LNG儲罐的自降壓—LNG車輛充裝加注［5］，將復雜多變的加氣站LNG工藝流程加以簡化，同時在簡化流程圖中作出工藝介質的流向線、編制閥門狀態啟閉表，使其更加直觀，便于理解。各行業相關技術人員可參考前文對工藝過程的描述，對照工藝過程工序圖和閥門啟閉狀態表，加強對LNG加氣站各核心工藝的理解，掌握工藝過程中介質的狀態和流向以及各操作閥門的啟閉狀態，利于其面對新型、復雜的LNG加氣站工藝問題時，抓住重點，以核心工藝為基礎，制定出經濟、可行的處理方案。

［1］陳叔平 任金平 李延娜 馬志鵬．橇裝式 LNG汽車加氣站發展現狀及前景[J]. 城市燃氣，2013(4)：10-14.

［2］吳佩英．LNG汽車加氣站技術的發展與應用[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加氣站工藝流程設計及自動控制系統研究[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年畢業于重慶大學建筑環境與設備工程，研究方向：從事燃氣工程技術工作。E-mail：13628323872@139.com。