L-CNG加气站的设计原理与工艺流程

一、简述L-CNG加气站

1、L-CNG加气站的特点

L-CNG加气站将LNG经高压液体泵加压后气化后对CNG汽车加气, 同时也可以采用低压液体泵向LNG汽车加气。相比同样容量CNG加气站，L-CNG加气站的投资和运行成本更低 。以下介绍L-CNG加气站的其他优势。

①无需敷设天然气管道, 只需用LNG槽车来运载LNG。虽说槽车价格较高, 但一辆槽车可同时为多个加气站服务, 能节省费用, 且随着L-CNG加气站规模的扩大, 其利用率增加，折旧费用减少。

②传统CNG加气站使用的压缩机、冷却装置、脱水以及脱硫装置等电力消耗很大, 而L-CNG加气站仅低温泵耗费较少电能, 其他支出很少。一般CNG压缩机功率为低温泵的5~ 15倍 。

③低温LNG储罐单位容积储存密度高, 用地少, 甚至可以埋藏在地下, 起到安全、绝热的保护作用, 减少了设备投资费用。而普通CNG加气站需体积巨大的高压天然气储罐。这点相比CNG加气站，L-CNG加气站更具备优势。

2、L-CNG加气站工艺流程

与单纯通过气体压缩机来提高压力的CNG加气站相比, L-CNG加气站的高压可以很容易通过低温泵来实现。在质量流量和压缩比相同条件下, 低温泵的投资、能耗和占地面积等均远小于气体压缩机，由于进入气化器的LNG 处于高压, 而LNG加气机却不需要很高的压力, 所以必须使用两个低温泵。

二、l-CNG加气站主要设备及技术要求

1、LNG槽车

LNG的运输状态一般是常压, 温度为110K左右。由于LNG的易燃易爆性, 安全和绝热是最重要的技术要求。

安全主要包括防止压力过高和消除燃烧可能性两个方面, 主要是设置安全阀门、爆破片等超压排泄装置。根据经验, 槽车的储罐必须设置两套安全阀在线安装的双路系统, 并设置一个转换开关, 在更换或维修时需要进行切换工作。

绝热方式主要有3种: 真空粉末绝热、真空纤维绝热和高真空多层绝热。其中高真空多层绝热以占用体积小、重量轻和绝热效率高的独特优势, 随着工艺成熟而逐渐得到广泛应用。

LNG 的卸载方式有两种。一是采用压力卸载( 自增压卸载) , 即将在增压器中气化的LNG 返回槽车储罐增加压力卸载LNG。这种方法简单, 仅需少量管路和阀门。二是采用安装在槽车上的低温泵来卸载, 时间短、效率高, 尽管存在造价高、结构复杂等问题, 但仍然是未来的发展趋势。

2、LNG储罐

LNG储罐作为主要设备之一, 安全性是最重要的性能要求。储罐可采用卧式或立式、地上或地下的形式, 其设计、制造、安装以及定期检测等应满足LN G 储罐的有关规范和标准。

储罐的主要技术要求如下：

①储罐要设计一个最高液位限定值, 防止液面过高。若过高可通过溢流阀从溢出管排出。在充注LNG时, 应考虑到液体受热后的体积膨胀而出现液位超高的情况。如充注的LNG 相对于储存压力来说是已经膨胀了的LNG, 则可以充注到最高液位；反之则应预留适当的空间。

②储罐在首次充注LNG 前, 或在需进行内部检修而停止使用后, 要进行惰性处理, 目的是利用惰性气体将罐内的空气或天然气置换出来, 避免形成天然气与空气的混合物。

③储罐还应配有压力控制装置, 应设置一定数量的压力安全阀和真空安全阀, 分别预防罐内发生超压和负压。低温储罐一般采用双层金属结构。内罐一般采用低温不锈钢材料, 如0Cr18N i9 等。外罐多采用普通低合金钢, 如16MnR 等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导热系数的低温玻璃钢结构。内外罐之间可以采用堆积绝热或高真空多层绝热方式进行绝热。如果采用高性能的高真空多层绝热方式, 维持中空部分的真空度是至关重要的。首先, 在抽真空时要确保腔内材料充分放气, 并确保多层材料层间真空度达到规定要求。其次, 可在腔内放置吸附剂, 或采用添加吸附剂的层间隔热材料,如填炭纸等, 以吸附腔内材料可能释放出的少量气体。

3、LNG低温泵

LNG低温泵是整个L-CNG加气站的动力装置, 其性能要求最主要是能耐低温且绝热效果好, 以及承受高压(出口压力高于25 MPa）。其次是气密性和电气方面的安全性能要求比普通泵高很多。

L-CNG加气站一般使用非潜液式的立式无轴封电动泵, 它有单级与多级之分。其特点是将泵体与电动机的机壳通过密封结构连在一起, 即叶轮直接安装在电动机的主轴上, 从而成为一个整体而无需轴封, 因此不存在LNG 的泄漏问题。由于两者是静密封, 使得泵对工作环境的适应性大为增强, 很适合输送LNG之类的低温可燃液体。

下图为非潜液式电动低温泵的结构。在泵的LNG 排出口引出少量低温流体来对电机进行冷却,然后从回气管流回泵内。设置翅片和气/ 液迷宫是为了避免由于导热引起电动机温度过低, 同时使底部轴承在适宜的温度范围内工作。

低温泵的防护应能达到如下要求: ①必须有足够的压力和流量范围, 以适应不同级别的汽车LNG储存系统。现在一般采用的变频技术均可满足此要求；②尽可能减少运行时产生的热量, 以防止引发LNG气化； ③不可出现两相流, 否则会造成泵的损坏。

4、LNG高压气化器

气化器通常采用空浴式, 即LNG 通过吸收环境热量来达到气化目的, 其能耗很低。为提高LNG 与环境的换热效率和气化速度, 气化器主体部分一般采用耐低温的铝合金纵向翅片管, 同时拥有很大的换热面积。影响气化器工作的因素主要有流量、工作周期, 大气温度、相对湿度、风力、日照等气象条件以及工作压力等。

气化器应设置切断阀和安全减压阀。为防止泄漏的LNG进入闲置气化器, 应安装两个进口阀门,并采用其他安全措施排出聚集在两个阀门之间的LNG。

此外, 气化器应配备切断热源的装置来确保安全; 还需安装温度检测设备, 用来测量其LNG和热交换介质的进出口温度, 确保传热效率。

5、LNG加注机和CNG加注机

加注机应能承受一定的低温或高压。一般应满足几点基本要求: ①出于安全考虑, 不宜安装在距储罐很近的地方；②加注完成后可通过控制系统轻松关闭；③能够显示加注的燃料总量、金额及单价。

三、总结

L-CNG 加气站不使用高压压缩机, 代之以低温泵, 运行费用大大降低, 投资成本和占地面积也明显减小。

LNG 汽车是天然气汽车的发展趋势。L-CNG加气站以其高度灵活性, 目前可以为CNG汽车加气, 并逐步向为LNG 汽车加气过渡, 也可同时向老的CNG汽车和新的LNG汽车加气，L-CNG加气站也可作为现有CNG加气站的备用气源, 平时储备LNG，在CNG加气站气源中断或供气不足时发挥作用以确保供气的连续性，可以相信, L-CNG加气站将会随着各种相关技术的成熟而不断出现，成为未来天然气加气站的一种多元存储与供应方式。

文章来源：长征天民