CNG、L-CNG合建站輸差分析和研究

程德才（重慶興燃能源有限責任公司，重慶 400000）

0 引言

輸差管控是衡量場站經營管理水平一個重要的指標。輸差的大小不僅直接影響場站的經濟效益，也對場站的安全管理具有一定的影響。產生輸差的原因眾多。針對單一的以管道氣為氣源的CNG加氣站的輸差原因分析比較完善[1-3]，而以管道氣和LNG雙氣源的CNG、L-CNG合建站的輸差影響因素則未見研究。本文針對CNG常規站和L-CNG的合建站開展輸差分析和研究，并提出改善輸差的措施和建議。

1 CNG、L-CNG合建站工藝特點

CNG常規站的一般流程是連接城市燃氣管網，以管道氣為氣源，通過調壓、計量、增壓、脫水后儲存在高壓儲氣設施內并進行CNG銷售；L-CNG加氣站則采取槽車外運LNG的方式，在站內將槽車內LNG卸載到站上低溫儲罐，LNG經柱塞泵“加壓”后氣化為CNG，儲存在高壓儲氣設施，通過加氣機給車輛加氣。CNG常規站和L-CNG的合建站則將兩套系統合理布局在一個場站。

2 輸差分析

鑒于目前管道氣結算都是采用標準體積計量，而LNG則以質量計量，CNG銷售也以質量計量因此，合建站輸差的計算：

式中：ΔQ為場站輸差（Nm3）， Qi0為輸差計算期內管道氣購進氣量（Nm3），Qi1為輸差計算期內LNG購進氣量（t）， P為LNG氣化率（Nm3/t），Qx為輸差計算期內場站銷售量（kg），ρN為車用CNG標準密度（293K，101.325kPa狀態下），（kg/m3），重慶為0.6804[4]，∑N1為輸差計算期開始時間點場站內管道（以N10表示）和儲氣設施（以N11表示）內的氣體，Nm3，∑N1=N10+N11；∑N2為輸差計算期結束時間點場站內管道（以N20表示）和儲氣設施（以N21表示）內的氣體，Nm3，∑N2=N20+N21。

輸差主要來自于：計量誤差、過程損耗、管道及儲氣井氣量差異和計算“偏差”。

2.1 計量誤差

合建站流量計包含：管道氣系統進氣體積流量計、CNG加氣機的質量流量計、L-CNG系統的地磅。

管道氣進氣計量廣泛采用羅茨流量計，計量精度為±1.5%，對氣源的氣質要求較高，若氣源臟，含水量高，則計量偏大[5]。

LNG計量則主要采用在液化工廠的地磅，以磅單作為結算依據，買方可通過地磅或其他法定計量儀器、設備復核。地磅最大允許誤差在±0.15%以內[6]。

加氣機采用質量流量計，基于科里奧利力原理，直接測量氣體的質量流量，受氣體密度、壓力和溫度影響較小，按國家計量檢定規程，加氣機質量流量計計量誤差是±1%[7]。

合建站采用不同的計量儀器，法定計量誤差的差異在一定程度上會引入輸差。

2.2 過程損耗

工藝系統中過程損耗主要有兩個方面：正常損耗和非正常損耗。

正常損耗指由于設備工藝或生產工藝要求，在正常生產過程中必須發生的、無法回收的對系統外的排放。非正常損耗指的是由于操作過程未嚴格遵守操作規程或工藝缺陷導致的損耗，可以通過對工藝系統的設計改進和操作規程的嚴格執行來避免。

2.2.1 正常損耗

正常損耗包含：排污、工藝放空、活動部件泄漏。

（1）排污

壓縮機、干燥塔、廢氣罐、儲氣井和售氣機排污。

（2）工藝放空

設備啟停階段自動卸壓以及由于工藝特點無法回收的放空氣體。

CNG常規站工藝系統：①停機后壓縮機排空；②干燥塔排空。

L-CNG工藝系統：①卸車完成軟管中殘留LNG和BOG的放空；②卸完液后管道中殘留LNG、BOG的放空；③柱塞泵運行前、中和停機的泄壓排空。

（3）活動部件的泄露

運動部件無法實現100%密封，比如壓縮機活塞、柱塞泵活塞桿處都會有一定的泄露。

2.2.2 非正常損耗

L-CNG加氣站主要采用增壓卸車方式。卸車環節導致的輸差包含兩個方面：

（1）槽車中的殘余LNG

L-CNG加氣站一般未設置地磅等卸車計量裝置。是否卸車完成，依靠場站操作人員的判斷：軟管內無流動聲音，槽車液位計歸零，軟管表面結冰狀況減少等。殘余量的多少與卸車增壓操作流程和場地坡度、卸車臺與槽車出液口法蘭中心線高差等有直接的關系。往往槽車中都有LNG的殘留，最大可達到幾百公斤。

（2）槽車中的BOG

在卸車過程中必須依靠BOG將槽車壓力增高，保持對儲罐的0.2MPa以上的正壓差。也就導致卸車完成后槽車中剩余壓力在0.3～0.5MPa，按一般0.1Mpa要求，未能回收利用的BOG量達到150～300kg[8]。

2.2.3 過程損耗統計

各環節的損失情況如表1所示。

表1 各環節的損失情況

2.3 管道及儲氣井氣量差異

CNG進入儲氣設施，儲氣設施供應加氣機后對車進行加氣。根據氣體狀態方程，天然氣密度與溫度相關，密度越低相應的密度越大。在輸差計算的起止時間點上，儲氣井內氣體溫度不一樣將導致同樣壓力狀態下儲氣井內氣體的量的差異。

2.4 計算偏差

LNG購進按質量計量，根據JJG996-2012《壓縮天然氣加氣機檢定規程》的要求，CNG銷售按質量結算，管道氣購進是按體積計量，在核算輸差時就必須進行單位的統一。

在進行輸差計算中，質量和體積的換算會由于選取的標準密度與實際氣體密度的差異引入“虛擬輸差”（實際不存在，運行報表上才有的輸差值），“虛擬輸差”大小決定于LNG氣化后的密度和LNG的占比、管道氣的密度等。

3 輸差管控措施

（1）嚴格執行排污操作，加強對氣質的監測。對場站來說，設備運行中的排污和放空是輸差的一個來源，而這部分只占0.5%以下。正常的排污是保證氣質的重要措施，氣質的穩定和“干凈”對流量計精度有直接影響，流量計精度變動帶來的輸差是直接影響場站經營效益的。

（2）減少設備啟停次數和故障停機次數。壓縮機、柱塞泵在啟停都會存在放空的情況，尤其是柱塞泵還需要預冷等，啟停次數增加對于設備磨損會加大，也會增加放空量，增加輸差。在合理配置儲氣設施和設備產能的基礎上，要合理安排設備運行調配。加強設備的維護保養，減少故障停機次數，也能減少放空量。

（3）通過操作規程和工藝優化，回收槽車中的BOG至0.1～0.2MPa，降低卸車過程的輸差。針對合建站，LNG卸車損失和計算輸差占了較大比重。可在卸車處增設卸車計量裝置，實時、單車核算卸車輸差。

（4）控制系統運行壓力，減少和避免安全閥超壓起跳，并加強對安全閥出口的泄漏監測。加氣站是將低壓轉變為高壓的過程，活動部件必然存在一定的“滲漏”，除此之外，跑冒滴漏是造成輸差的一個重要來源，法蘭、閥門、活塞等處是泄漏的高發部位，加強對這些部位的泄漏檢測，按技術要求進行操作和維保，避免或降低泄漏量。尤其加強對安全閥的監測，安全閥出口端直接連接放空管，加氣站的安全閥基本為彈簧安全閥，多次起跳后密封性能降低，直接進入放空管，往往無法第一時間發現。

4 結語

加氣站輸差直接反應場站設施設備運行和管理水平，是一項重要的工作，對于實際產生的輸差，可通過排污提升和保證氣質、降低卸車損耗、強化法蘭及安全閥等部位的檢查維護能降低輸差，提高經濟效益；但由于購進和銷售采取的計量單位的差異，在計算輸差時的單位換算由于選用的密度和實際密度的差異引入“虛擬誤差”，則可通過財務管理的方式來平衡或可通過具有檢測資質的機構對密度進行復核和修正。