LNG汽车加气站设计之探究

文章来源：泰山燃气 

随着山东省十三五天然气发展规划，LNG汽车加气站在我们的生活中日益发挥着重要作用，在其设计施工过程中，必须深入分析和探究每一个环节，大力推广并引入新材料、新工艺和新技术，精细化设计，保证LNG加气站运行的安全性与经济性。

1.LNG 加气站日加气能力

LNG 加气站的日加气能力和储存规模设计应综合考虑服务车辆的特性、用地红线以及站外环境等因素。目前，LNG加气站服务对象主要为长途客货车、公交车、环卫车等，未来随着LNG 技术的发展和加气网点逐渐成熟，服务对象也将延伸至出租车甚至小轿车。根据设计经验及相关统计数据，各类LNG车辆的日加气量可根据各类车型日行驶里程的统计数据进行估算，并应根据加气站的设计使用年限预留一定的发展空间；每辆车加气时间按3～5 min 计算较合适。

2.总图布置

加气站总图布置需因地制宜，实现交通组织和工艺布置的最优。

首先是交通组织，由于加气车辆进入加气位比离开加气位要费时费力得多，而且加气高峰期容易形成排队等候的现象，因此总图布置应优先确保入口处车辆有足够的转弯半径和排队等候的空间。

其次是工艺布置，根据生产工艺和运营管理的需要，LNG 加气站站区一般由生产区( 储存区、加气区) 和辅助区( 站房、卫生间等) 组成。储存区主要有防护堤、LNG 储罐和潜液泵橇，加气区则由罩棚及加气机组成；站房根据运营管理的需要可设置营业室、办公室、值班室、配电间、控制间等。

根据LNG 加气站设计及现场运营的经验，当生产区( 储存区、加气区) 和辅助区( 站房、卫生间等) 分开布置时，总图布置应考虑：（1）生产区宜整体靠近出口侧，以保证足够的入口空间并实现与辅助区站房的分离；（2）储存区和加气区应相互靠近以减少工艺管道的长度，LNG 泵与加气机之间的低温管不宜超过40 m；（3）宜于储存区近出口侧设置槽车，且车头朝向出口，以合理布置LNG 槽车的车流组织便于槽车在事故状态迅速撤离现场；（4）当加气站用地紧张，没有条件建设独立的加气区时，加气机可布置于储存区的边缘，这时加气机宜平行布置于储存区靠近出口的两侧，为后面的车辆留出一定的停车等候的空间。

3.工艺设计

LNG 加气站工艺管道主要分为卸车工艺管道、储罐与潜液泵橇之间工艺管道、潜液泵橇与加气机之间工艺管道三部分。工艺布置很大一部分是低温工艺管道的设计，工艺设备布置应在服从总图布置的前提下，力求管线最短，以减少流体水头损失，也可减少吸热量。

以储罐与LNG 泵池之间的低温液相管与回气管( 均为D57×3.5不锈钢无缝钢管) 为例，LNG 加气站设计中液相工艺管道和气相工艺管道设计分析如下：

（1）工艺管道中，液相管道主要用以输送LNG 物料，气相管则用于有效排除系统产生的BOG(蒸发气) 及平衡压力，前者应注重降低阻力，后者应力求有效排除BOG。

（2）LNG 加气站所用的低温输送泵为潜液泵，即泵和电机整体浸没在LNG 中运行，LNG 对活动件进行润滑并对电机进行冷却。LNG 从LNG 储罐经液相管自流到泵池中，再通过潜液泵加压后向外输送，而泵池产生的BOG 则通过气相管引回储罐气相空间。为保证LNG 可自流到泵池中以及潜液泵所需的气蚀余量，泵池需位于储罐的低位，因泵池结构及流体力学性质，稳态时储罐、泵池及其之间工艺管道的物料物态等因，其中储罐气相空间和泵池气相空间压力分别为p和p+pgh。当泵池BOG 大量产生时，泵池气相空间的压力将升高并导致泵池液位下降，当液位降至回气管管口高度后BOG 从回气管排至储罐气相空间。

（3）液相管的阻力。LNG 的粘度很小，110 K时饱和LNG 的粘度为121.34×10－6 Pa·s( 20 ℃水的粘度为1.005×10－3Pa·s)；LNG 的粘度随压力的上升略有升高，当110K 的LNG 压力增至1.0MPa时，其粘度为122.77 ×10－6 Pa·s。按潜液泵340 L/min 的流量由柯列勃洛克公式可算得D57 × 3.5不锈钢无缝钢管的沿程阻力系数λ为0.0199，则单位管长的沿程阻力( 比摩阻) 为715 Pa /m。

（4）在储罐与潜液泵橇的布置中，可将两者轴线呈L 型布置，此时不在同一高度的两个接口之间的工艺管道，均可通过两个弯头进行连接，从而最大限度地减少弯头的数量以降低阻力。

由以上分析可知，在工艺管道设计时，对可能出现气液两相流的管道及重力自流管道应给予优先考虑。

4.消防设计

LNG加气站的储存区、加气区属甲类火灾危险性区域， LNG 具有低温、易燃、易爆、易蒸发、易扩散、易产生静电的物性，应根据LNG 加气站等级和储存规模设置灭火器、泡沫发生系统、消防给水系统等，消防系统按灭火剂进行划分主要有干粉、泡沫及消防水等类型。

（1）干粉灭火剂

干粉灭火剂适用于扑灭固体物质、油类、可燃性气体、电气设备等物品的初起火灾，是扑灭高压力、大流量天然气火灾的最有效措施。干粉灭火剂多用于移动式灭火器，其放置位置应考虑射程及取用方便，8kg干粉灭火器喷射时间为14～18s，射程为4.5 m; 50 kg 干粉灭火器喷射时间为50～55 s，射程为6～8 m。

（2）泡沫灭火剂

泡沫灭火剂是扑灭可燃、易燃液体的有效灭火剂，它主要是在液体表面生成凝聚的泡沫漂浮层，起窒息和冷却作用，适用于扑救油脂类、石油产品等初起火灾，不适用于扑救忌水化学品和电气火灾。10L的泡沫灭火器喷射时间为60s，射程为8 m；65 L的泡沫灭火器喷射时间为170 s，射程为13.5 m。另一方面，当LNG 发生泄漏时，高倍数泡沫灭火系统可喷射出大量泡沫覆盖在泄漏的LNG上面，以减少来自空气的热量，有效降低LNG 蒸发的效率，营造可控的安全气化环境，从而降低地面可燃气体浓度，降低起火燃烧、爆炸的可能性。

（3）消防水

LNG与水之间有非常高的传热系数，因此当泄漏的LNG接触到水时，LNG 将激烈地吸热沸腾，并伴随大的响声、水雾喷出和LNG 蒸气爆炸，即“LNG冷爆炸”。另一方面，LNG受到水的冲击时，将增加LNG 与空气的接触面积，使危险性增加。

LNG加气站的消防水并不用于扑灭明火，而主要用于降温——吸收和控制火灾产生的热量，减轻热辐射对储罐和设备的影响，避免储罐及设备因受热超压引发更大灾害。