作者：姚三三

第一作者单位：成都华气厚普机电设备股份有限公司

摘自《煤气与热力》2017年8月刊

从1989年3月14日我国第一座CNG汽车加气站营业算起，我国推广天然气汽车至今已近29 a。从2006年推广LNG汽车，至今也已逾10 a。从当初仅有四川、重庆、新疆等几个省、自治区有天然气汽车，发展到今天已遍布31个省、市、自治区逾300个地级及以上行政区域。截至2015年底，我国天然气汽车保有量已逾506×10⁴辆（其中LNG汽车约23×10⁴辆），天然气汽车加气站约7 400座（其中LNG加气站约2 700座），年消耗天然气逾300×10⁸ m³/a。

1   LNG、L-CNG加气站工艺流程

LNG、L-CNG加气站工艺流程。

①LNG加气站工艺流程

分为卸车、加气、调饱和、安全泄放4部分。

a.卸车工艺：LNG槽车→LNG卸车泵（或卸车增压气化器）→LNG储罐。通过LNG卸车泵或卸车增压气化器将槽车内的LNG从上进液管或下进液管注入LNG储罐。

b.LNG加气工艺：储罐→潜液泵→LNG加气机→车载钢瓶。将储罐内的LNG经过低温潜液泵增压后，通过加气计量装置，然后加注到LNG汽车钢瓶内。

c.调饱和流程：储罐→潜液泵→储罐调饱和气化器（与卸车增压气化器共用）→储罐。当储罐压力或温度过低，无法满足工艺设备运行要求时，将储罐内的LNG通过潜液泵输送到储罐调饱和气化器，使LNG气化后返回LNG储罐气相空间，实现储罐增压。

d.安全泄放：低压安全阀或储罐紧急放散阀→低压EAG加热器→阻火器→低压放散塔。由于系统漏热以及外界带进的热量，致使LNG气化产生气体，气化气体的产生会使系统压力升高。当系统压力大于设定值时，安全阀或储罐紧急放散阀打开，释放系统中的气体，降低压力，保证系统安全。

②L-CNG加气站工艺流程

分为卸车、LNG增压、换热气化、分级、加气、安全泄放6个部分。

a.卸车工艺：LNG槽车→LNG卸车泵（或卸车增压气化器）→LNG储罐。通过LNG卸车泵或卸车增压气化器将槽车内的LNG从上进液管或下进液管注入LNG储罐。

b. LNG增压、换热气化：低温往复式柱塞泵将LNG从低压增压至20～25 MPa，然后经高压空温式气化器将高压LNG等压气化成CNG。

c.分级、加气：CNG经过复热器（当CNG温度比较低时才开启）后进入顺序控制盘，通过其自动分配，使CNG分别储存于高、中、低压3组CNG储气瓶内。当加气机给车辆加气时，系统自动控制3组CNG储气瓶给加气机供气。此流程高度自动化，做到了一键加气，同时降低了柱塞泵的启动频率，减少了故障发生的概率。

d.安全卸放：低压安全阀或储罐紧急放散阀→低压EAG加热器→阻火器→低压放散塔；高压安全阀→高压EAG加热器→阻火器→高压放散塔。由于系统漏热以及外界带进的热量，致使LNG气化产生气体，气化气体的产生会使系统压力升高。当系统压力大于设定值时，安全阀或储罐紧急放散阀打开，释放系统中的气体，降低压力，保证系统安全。

2   LNG、L-CNG加气站主要设备选择

LNG加气站主要设备有：储罐、储罐调饱和气化器（卸车增压气化器）、低压EAG加热器、潜液泵、LNG加气机和低压放散塔。

L-CNG加气站主要设备有：储罐、储罐调饱和气化器（卸车增压气化器）、低压EAG加热器、低温往复式柱塞泵、高压EAG加热器、高压空温式气化器、顺序控制盘、CNG加气机、CNG储气瓶组以及高、低压放散塔。

LNG、L-CNG合建站是把LNG加气站和L-CNG加气站的工艺设备综合，LNG储罐、储罐调饱和气化器（卸车增压气化器）、低压EAG加热器等设备共用，高压、低压工艺流程分别按照LNG加气站和L-CNG加气站的工艺要求执行。

2.1  储罐

①储罐容积

根据站级大小选择储罐容积。一般LNG加气站储罐容积有30 m³、60 m³两种规格。LNG槽车容积一般为52 m³，考虑到储罐还有余液，则1辆槽车的LNG可以充装1台60 m³的储罐。

如果加气站的储罐容积为30 m³，则槽车（容积为52 m³）不能一次卸车完成，槽车利用率较低，因此需要几个加气站共用一辆槽车卸车。但是这种方式存在卸车计量的问题。

因此综合实际情况和经济性，建议在满足规范的前提下采用容积为60 m³的储罐。

②储罐绝热方式

储罐绝热方式有珠光砂、高真空缠绕2种。珠光砂储罐日蒸发率高于高真空缠绕储罐，但是其价格为后者的60%~70%，而且设计时考虑了BOG的回收。综合考虑认为，绝热方式采用珠光砂有较大的优势。

③储罐安装方式

储罐安装方式有立式和卧式2种。立式储罐占地面积小，但是视觉威胁大，一般建在郊区或高速公路旁。卧式储罐占地面积比立式储罐大，但是可以建成半地下、全地下的形式，而且可以缩小储罐与站外建筑物的防火间距，可以建在城镇。

2.2  LNG加气机、潜液泵

LNG加气机一般为单枪，因此本文只讨论单枪LNG加气机。LNG加气机的设计日加气量为1×10⁴ m³/d，LNG车辆一般是1天加气1次即可。以450 L的车载钢瓶为例，假设加气之前使用下限为15%，充装到90%上限，则每辆车需加气（折算为天然气）约210 m³。按照一辆车加气1次总时间为10 min计（含进出站、加气抄车牌等时间），则1 h（1 h加气6辆车）的加气量（折算为天然气）为1 260 m³/h。按照LNG加气机1 d工作16 h计，每天可以加气（折算为天然气）约2×10⁴ m³/d。如果仅用1台LNG加气机，将会给加气车辆造成很多不便，因此计算LNG加气机数量时要考虑增加，选用2台LNG加气机。对于日加气量（折算为天然气）≤2×10⁴ m³/d的加气站可以使用两台LNG加气机；对于日加气量（折算为天然气）≤4×10⁴ m³/d的加气站，建议选择4台LNG加气机。

一般情况下1台潜液泵可以带2台LNG加气机，但是如果要求潜液泵1用1备，或者潜液泵距离加气机较远的情况下也可以采用单泵带单机。

2.3  CNG加气机、高压空温式气化器、柱塞泵

①CNG加气机

高峰时段（加气不中断情况下），CNG加气机单枪最大加气量可达到200 m³/h，每天按照工作16 h计，单枪可加气3 200 m³/d。

普通的CNG出租车钢瓶容积为75 L，一般最多能充装15 m³的CNG，按照每天最多充装2次（也有充装3次的，根据实际情况），假设该区域有300辆CNG出租车，每天的加气量不大于9 000m³/d，则需要的加气枪为3支。CNG加气机选择2台三线双枪的加气机即可，设计加气量为9 000 m³/d，实际最大加气量为1.28×10⁴ m³/d。

②高压空温式气化器

2台CNG加气机，小时最大加气量为800 m³/h，从经济性考虑高压空温式气化器的设计气化量建议选择1 000 m³/h。当从气化器出来的天然气温度不满足要求时，应设置复热器。

③柱塞泵

柱塞泵应设备用。柱塞泵的设计排量（LNG）为1 500 L/h，但是实际中LNG为两相存在，而且由于转速的制约，根据实际投产的加气站统计，柱塞泵的实际排量（折算为天然气）为700~800 m³/h，加气站高峰时4枪同时加气，双泵即可满足。

2.4  储气瓶组、程序控制盘

①储气瓶组

一般建议采用4瓶组 （单瓶容积分别为1.33 m³或2 m³，对应的总容积分别为5.32 m³或8 m³）或6瓶组 （单瓶容积分别为1.33 m³或1.5 m³，对应的总容积分别为7.98 m³或9 m³），高、中、低压储气瓶数量比例分别为1∶1∶2、1∶2∶3。这样减小了柱塞泵起动的频率，延长柱塞泵活塞环等易损件的使用寿命，降低维护费用。

②顺序控制盘

通常顺序控制盘的设计流量为2 500 m³/h，实际厂家提供的流量都大于该设计流量。现在市场上的顺序控制盘有机械式和气动式2种。气动式顺序控制盘的流量较高，可达5 000 m³/h。由于气动式顺序控制盘需要气源和控制系统，因此无特别需要时通常采用机械式。

2.5  卸车增压气化器、EAG加热器

一般加气站建站面积较小，卸车时槽车会占用站内车道，因此卸车时间控制是关键。一般卸车都在21：00以后，此时加气车辆较少。卸车时间一般在3 h左右，可以采用潜液泵和卸车增压气化器共用，可以自动也可以手动控制。但是一般为减少潜液泵的磨损，不能长时间使用潜液泵，因此卸车增压气化器的气化量比较关键，一般采用300 m³/h。如果加气量大，1天须卸车2次及以上，建议在围堰外再增设1台300 m³/h的增压气化器。

低压EAG加热器通常和卸车增压气化器集成一体，安装在潜液泵橇上，以减少用地面积和现场管路。流量通常为150 m³/h。

高压EAG加热器采用立式，单独安装，根据柱塞泵设计排量和数量，流量通常为100 m³/h或200 m³/h。

2.6  站控系统

加气站自动控制系统主要承担对储罐、低温潜液泵、柱塞泵、气化器、站内工艺阀门以及加气机的监控和管理，完成卸车、储存、气化、加压、调压、加气等各种工艺过程的采集、控制、显示、报警等功能，又具有参数查询、历史记录查询及报表打印等管理功能，同时要完成对加气站的安全状态进行监测，通过泄漏报警器等监测设备及时发现泄漏等隐患，进行报警并关闭紧急切断阀。

站控系统由传感器、变送器、电磁阀、控制板、工控机等设备组成。根据站级不同可分为站级管理系统、区域级管理系统、集团级管理系统，可以根据具体情况进行配置。

站级管理系统：含加气设备监控系统、加气设备IC卡管理系统，并可以拓展基于电子标签的气瓶管理系统，以及视频监控系统。

区域级管理系统：可以实现多个站级管理系统的数据交换，实现IC卡和银行卡的联网、数据Web查询。

集团级管理系统：汇总多个区域级管理系统数据，为集团管控提供数据和决策依据。

3   设备品牌的选择

由于国外品牌的设备价格远高于国内品牌，例如柱塞泵，国内品牌价格为10×10⁴ 元/台，而国外品牌一般为40×10⁴ 元/台，购买1台国外品牌柱塞泵的成本基本上可以购买2台国产品牌柱塞泵及其成橇管路系统。此外，国外品牌柱塞泵对使用条件要求高，虽然易损件使用寿命长于国产配件，但是价格更高，配件采购周期较长，性价比低于国产品牌。