1 前言
隨著(zhù)我國能源結構調整進(jìn)程的加快，天然氣市場(chǎng)吸引了國內外各種投資主體爭先恐后的涌入?，F有大型燃氣企業(yè)以及民營(yíng)資本也著(zhù)力擴大生產(chǎn)規模，擴大經(jīng)營(yíng)領(lǐng)域和范圍，以面對新進(jìn)競爭對手。近幾年，城市燃氣經(jīng)營(yíng)權的競爭迅速從一、二線(xiàn)大中城市蔓延至三、四線(xiàn)中小城市及中心鄉鎮和縣級經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區。然而，由于高壓輸氣支線(xiàn)和門(mén)站建設投資巨大、建設周期長(cháng)，因此，在一定時(shí)期內，投資規模小、占地面積小、建設周期短的區域供氣站和點(diǎn)對點(diǎn)供氣站已成為率先占領(lǐng)市場(chǎng)的主要方式。本文從浙江幾個(gè)縣域城市區域供氣站入手，分析了幾種常規區域供氣站的特點(diǎn)及應用方向，探索并實(shí)踐了槽車(chē)與杜瓦瓶組聯(lián)合運營(yíng)技術(shù)，該工藝設計合理，運行安全可靠，是一種比較新型的LNG場(chǎng)站工藝系統，特別適用于應急保障供氣需求，該系統已經(jīng)在杭州周邊地區成功實(shí)踐，為燃氣企業(yè)在區域供氣站的建設探索出了新的思路。
2 區域供氣站的特點(diǎn)和應用方向
2.1 區域供氣站的特點(diǎn)
區域供氣站具有占地面積小、建設周期短、操作簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，基本可以實(shí)現當年建設當年通氣，因此在天然氣輸氣管網(wǎng)暫未敷設的地區，建設區域供氣站作為臨時(shí)供氣或者過(guò)渡氣源是一種非常理想的選擇。通常情況下，如果土地指標到位，建設一個(gè)供氣負荷為500m3/h的區域供氣站，總投資在1 000萬(wàn)元以?xún)?，最快建設周期僅3個(gè)月（含設備采購），場(chǎng)站占地面積一般不超過(guò)600平方米。
2.2 區域供氣站的應用方向
在我國，能源消費結構中天然氣的占比僅為4%，很多地區仍未通上管輸天然氣，由于受到地理位置或經(jīng)濟條件的限制，在這些區域大面積敷設燃氣管道的成本很高，投資回報周期會(huì )很長(cháng)。以浙江省建德市為例，該市為典型的丘陵地貌，東西狹長(cháng)，全市圍繞G25高速公路形成三個(gè)相對集中的區塊，如果敷設一條66.7公里連通整個(gè)區域的DN400中壓干管，僅工程建設費用就高達2.98億元，建設周期長(cháng)達3年。顯然，在短期內，這三個(gè)區塊各建一座區域供氣站是最快速的市場(chǎng)進(jìn)入方式。從發(fā)展、投資與效益角度考慮，區域供氣站主要有四個(gè)應用方向：一是經(jīng)濟欠發(fā)達的中小城市或距離大城市較遠的中心鄉鎮；二是受城市產(chǎn)業(yè)結構調整而外遷的高污染高能耗工業(yè)園區或單個(gè)能耗較大、具有油改氣潛力、經(jīng)濟效益較好的工業(yè)企業(yè)；三是位于山區或遠離城市的風(fēng)景旅游度假區；四是作為城市管網(wǎng)的調峰與應急保障。
3 常規區域供氣站工藝系統比較
3.1 CNG儲配站
CNG輸配站場(chǎng)站工藝系統由CNG氣瓶車(chē)、卸氣柱、減壓計量加臭裝置、換熱裝置等組成，其工藝流程如下圖1。
圖1 CNG儲配站工藝流程
壓縮天然氣氣瓶車(chē)進(jìn)入儲配站后，首先通過(guò)卸氣柱上的高壓軟管將CNG氣瓶車(chē)與卸氣柱連接，在減壓調壓裝置內天然氣經(jīng)換熱器加熱，通過(guò)二級或三級調壓，然后經(jīng)計量、加臭后進(jìn)入市政中壓管網(wǎng)。熱水循環(huán)系統通常由熱水鍋爐、循環(huán)水泵、供水回水管路組成，功能是加熱天然氣，防止壓縮天然氣在減壓過(guò)程中溫度的急劇下降。
優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟度較高，工藝較為簡(jiǎn)單，天然氣沒(méi)有相變，運行可靠。
缺點(diǎn)：高壓管道較多，管理和維護比較困難，安全風(fēng)險高。
CNG儲配站的規模普遍較小，供氣及調峰能力不強。另外，如果儲配站周?chē)?00公里內沒(méi)有CNG母站，則CNG氣瓶車(chē)運行調度會(huì )比較困難。
3.2 LNG瓶組站
LNG瓶組氣化站工藝系統由LNG杜瓦瓶組、氣化器、調壓計量、安全放散等組成，其工藝流程如下圖2。水熱水CNG氣瓶車(chē)卸氣柱減壓調壓計量加臭熱水循環(huán)系統出站：
圖2 瓶組氣化站工藝流程圖
在站區將LNG鋼瓶通過(guò)金屬軟管與站區氣、液相管道相連，利用鋼瓶?jì)鹊膲毫κ筁NG進(jìn)入到空溫式氣化器，在氣化器中液態(tài)天然氣氣化并加熱，轉化為氣態(tài)的天然氣，經(jīng)過(guò)調壓、計量、加臭后進(jìn)入站后燃氣主管道。在LNG瓶組氣化站內一般設置運行和備用兩組鋼瓶，且數量相同，當使用側的LNG鋼瓶的液位下降到10%以下時(shí)，切換到備用瓶組，用完的空鋼瓶及時(shí)充裝備用。
優(yōu)點(diǎn)：LNG瓶組站具有集成度高，工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，安裝操作簡(jiǎn)便，占有場(chǎng)地小，建設周期短，投資省的特點(diǎn)，特別適合建成無(wú)人值守站。
缺點(diǎn)：供氣規模小，不適合調峰用。另外，由于鋼瓶本體液位計非常容易損壞，估算鋼瓶?jì)却媪勘容^難，換瓶時(shí)機不容易掌握。實(shí)際運行中，還容易出現連接金屬軟管接頭密封泄漏等故障。
3.3 LNG氣化站
LNG氣化站工藝系統由LNG槽車(chē)、LNG槽罐、空溫式氣化器、水浴式復熱器、調壓計量、安全放散等組成，其工藝流程如下圖3：
圖3 LNG氣化站工藝流程圖
在站區內將LNG槽車(chē)與站內槽罐氣、液相管道相連，用卸車(chē)增壓器將槽車(chē)內壓力增高，然后利用槽車(chē)與儲罐間的壓差將LNG導入儲罐內。對外供氣時(shí)，儲罐內LNG出液進(jìn)入到空溫式氣化器，在氣化器中液態(tài)天然氣氣化并加熱，轉化為氣態(tài)的天然氣，經(jīng)過(guò)調壓、計量、加臭后進(jìn)入站后燃氣主管網(wǎng)。
優(yōu)點(diǎn)：儲氣規?？梢宰龅煤艽?，一般LNG氣化站做成150m3雙真空粉末罐形式，儲氣量達16.2萬(wàn)立方米。供氣能力和調峰、應急保障能力強。缺點(diǎn)：場(chǎng)地規模較大，工藝復雜，投資高，安全運行風(fēng)險較高。對場(chǎng)站管理 人員和操作人員的技術(shù)要求高。
另外，還有一種比較少見(jiàn)的非常規LNG氣化站，即槽車(chē)直供站。該氣化站直接將LNG槽罐作為儲罐，槽車(chē)通過(guò)卸車(chē)增壓器維持罐內壓力，槽車(chē)氣、液相管直接與站內氣、液相管連接，利用槽車(chē)內壓力將出液進(jìn)入到空溫式氣化器，在氣化器中液態(tài)天然氣氣化并加熱，轉化為氣態(tài)的天然氣。
4 槽車(chē)、杜瓦瓶組聯(lián)合供氣技術(shù)
4.1 工藝系統及工作原理
槽車(chē)、杜瓦瓶聯(lián)合供氣站工藝系統由LNG槽車(chē)、杜瓦瓶組、氣化器、調壓計量、安全放散系統、BOG系統等組成，其工藝流程如下圖4：
圖4槽車(chē)、杜瓦瓶聯(lián)合運行氣化站工藝流程圖
槽車(chē)、杜瓦瓶聯(lián)合供氣站是瓶組站技術(shù)和槽車(chē)直供技術(shù)的結合，LNG槽車(chē)氣、液相管與杜瓦瓶瓶組氣、液相管共同接在站內氣、液相匯流管上。工藝設計上，匯流管起點(diǎn)預留LNG槽車(chē)法蘭接口和切斷閥門(mén)，利用杜瓦瓶自增壓功能，將杜瓦瓶氣相與瓶組撬氣相匯流管連接，將LNG槽車(chē)氣相管與瓶組撬氣相匯流管連接。通過(guò)氣相匯流管，使得杜瓦瓶氣相與槽車(chē)氣相連通，在槽車(chē)罐內壓力較低時(shí)，可開(kāi)啟杜瓦瓶自增壓閥對槽車(chē)的增壓。其工藝連接示意圖如下圖5：
圖5 槽車(chē)、杜瓦瓶聯(lián)合運行工藝連接示意圖
正常運行時(shí)，槽車(chē)內壓力一般控制在0.4—0.6MPa，出站管網(wǎng)運行壓力為0.25—0.3MPa，整個(gè)供氣周期，槽車(chē)與出站管的壓差基本可維持在0.2—0.3MPa，這個(gè)壓差可確保槽車(chē)正常卸液。LNG通過(guò)匯流管并經(jīng)空溫式氣化器加熱后將-160℃左右的液態(tài)天然氣變成5℃左右的氣態(tài)天然氣，再經(jīng)過(guò)調壓、計量及加臭等一系列工藝流程后輸入區域供氣管網(wǎng)，實(shí)際工藝設備連接情況如下圖6LNG運瓶車(chē)LNG瓶組LNG匯流管加臭調壓計量空溫氣化器出站LNG槽車(chē)：
圖6 槽車(chē)、杜瓦瓶聯(lián)合運行氣化站實(shí)景
4.2 聯(lián)合站的特點(diǎn)
①供氣負荷大
標準的LNG槽車(chē)幾何容積為52m3,實(shí)際充裝率在90%左右，完全氣化后可對外供氣27000—28000 m3，與杜瓦瓶聯(lián)合運行后，供氣能力提高到30000 m3。聯(lián)合站供氣能力是普通瓶組站的13倍左右，較強的供氣能力使得LNG聯(lián)合運行站可以發(fā)展較多的用戶(hù)。
②應急保障功能強
槽車(chē)、杜瓦瓶聯(lián)合運營(yíng)站可實(shí)現互為備用供氣。正常情況下，小流量時(shí)采用瓶組供氣、大流量時(shí)采用槽車(chē)供氣。應急情況下，槽車(chē)和杜瓦瓶組兩種供氣方式可快速切換。
③換車(chē)/換瓶不影響正常供氣。
單純槽車(chē)直供站和瓶組站對換槽車(chē)及換瓶組的時(shí)間控制要求很高。太早，存液還未用完，新槽車(chē)需要等待，相應地就要增加運營(yíng)成本。太晚，存液已用完，新槽車(chē)還未到，場(chǎng)站面臨停氣危險。而槽車(chē)、杜瓦瓶聯(lián)合運行方式，由于具有相互備用功能，因此換車(chē)或換瓶的時(shí)機比較容易掌握，切換時(shí)也不會(huì )影響對外供氣。
④供氣模式靈活。在發(fā)展初期，供氣量較少的情況下，可以單獨采用杜瓦瓶組供氣。當瓶組供氣能力不足時(shí)，可直接接上LNG槽車(chē)供氣而不用對工藝系統作任何變動(dòng)。
4.3 運行參數設定
對于槽車(chē)、杜瓦瓶聯(lián)合運行方式，運行參數的設定非常重要。根據LNG工藝設備參數和實(shí)際運行經(jīng)驗，一個(gè)設計流量為500m3/h的氣化站，運行參數可按
照下工藝參數：
1 LNG槽車(chē)氣罐、工作壓力：0.35-0.6MPa；手動(dòng)放散壓力：≥0.65MPa；安全閥起跳壓力：0.74MPa
2 、LNG槽車(chē)出液量最大出液流量：0.1kg/s
3 、LNG杜瓦瓶自增壓壓力設定值：0.55MPa
4 、BOG匯管工作壓力：0.35-0.6MPa
5 LNG匯管、工作壓力：0.35—0.6MPa
6 主路調壓器、出口壓力設定值：0.25MPa
7 、副路調壓器、出口壓力設定值：0.22MPa
8 、超壓放散調壓器、放散壓力設定值：0.3MPa
9 、BOG調壓裝置、進(jìn)口壓力高于0.6MPa，手動(dòng)開(kāi)啟BOG調壓器閥門(mén)泄壓；低于0.55MPa，關(guān)閉BOG調壓器閥門(mén)。
5 運行過(guò)程中的操作要點(diǎn)
5.1 槽車(chē)換車(chē)時(shí)機
LNG槽車(chē)換車(chē)時(shí)機是場(chǎng)站運行的核心技術(shù)之一，換車(chē)時(shí)機的好壞取決對槽車(chē)存液的精準估算。一般來(lái)說(shuō)，從“叫車(chē)”開(kāi)始到槽車(chē)抵達場(chǎng)站需要1-2天時(shí)間，因此槽車(chē)換車(chē)時(shí)機主要是對提前量的掌握，
通常判斷槽車(chē)需要更換的方法有以下幾種：
①液位表觀(guān)察法。即觀(guān)察槽車(chē)自帶的液位表，當液位接近于零的時(shí)候，表示槽車(chē)存液基本用完。但實(shí)際運行中，該液位表往往是不準的，一般液位計顯示在30mm水柱以下時(shí)，表示存液基本用完。液位表只能作為參照，不能作為判斷存液用完的定性指標。
②壓力觀(guān)察法。即觀(guān)察槽車(chē)運行壓力，LNG槽車(chē)在不超過(guò)額定供氣流量的情況下，槽車(chē)內的壓力是非常穩定的，一般壓力波動(dòng)值在±0.02MPa，而當槽車(chē)存液快用完時(shí)，壓力會(huì )非常明顯下降。根據這一特征，就可以比較準確的得到換車(chē)時(shí)機。
③存液估算法。根據每車(chē)氣的氣質(zhì)報告和凈重，估算出該車(chē)氣的總儲氣量（等于凈重乘以氣化率），然后統計每天的外供氣量，通過(guò)比較總儲氣量、外供氣量和日平均供氣量三個(gè)參數，可以比較準確地估算出槽車(chē)存液量多少和存液可供應時(shí)間。
實(shí)際運行中，以上三種方法往往是結合在一起使用，這樣就可以準確把握槽車(chē)換車(chē)時(shí)機了。
5.2 瓶組換瓶時(shí)機
瓶組換瓶時(shí)機相對比較簡(jiǎn)單，因杜瓦瓶本身有1-3%的自蒸發(fā)率，因此換瓶時(shí)機選擇槽車(chē)換車(chē)前2-3天換瓶是最合適的，這樣可充分利用杜瓦瓶的應急保障功能，降低灌裝、運輸杜瓦瓶成本。
5.3槽車(chē)卸液操作要點(diǎn)：
①槽車(chē)過(guò)磅。正常裝液的LNG槽車(chē)滿(mǎn)裝總重一般在49噸左右，空車(chē)重量在29左右。LNG貿易結算的通常規則是，誤差低于1%按供應商發(fā)貨單結算，高1%按業(yè)主實(shí)際稱(chēng)重結算。因此，對于燃氣公司來(lái)說(shuō)，過(guò)磅是非常重要的。直供模式下，槽車(chē)罐體與車(chē)頭是要分離的，結算一車(chē)氣時(shí)，“滿(mǎn)罐”與“空罐”為同一罐體，過(guò)兩次磅，而滿(mǎn)車(chē)車(chē)頭與空車(chē)車(chē)頭并不是同一車(chē)頭，因此，過(guò)磅最精確的方法是只稱(chēng)“罐體”不稱(chēng)“車(chē)頭”。
②進(jìn)站安全措施。主要有三項：一是槽車(chē)掛靜電接地；二是槽車(chē)車(chē)輪枕木固定；三是槽車(chē)排氣管放阻火器。
③卸液軟管吹掃。槽車(chē)卸液軟管有不銹鋼金屬軟管和不銹鋼真空軟管兩種，無(wú)論采用何種金屬軟管，在與槽車(chē)及匯流管法蘭連接前，必須進(jìn)行吹掃。吹掃一般用氮氣，吹掃目的是防止管內及管口法蘭處水汽聚集。另外，運行中的軟管拆卸時(shí)，表面往往有大量冰霜覆蓋，因此在化霜和拆法蘭盤(pán)螺栓時(shí)要特別小心，拆下的軟管兩頭用干燥的毛巾塞住，防止水汽進(jìn)入，等要安裝時(shí)再拿掉毛巾。對于杜瓦瓶的連接軟管，因管徑小，管子短，直接用杜瓦瓶?jì)鹊奶烊粴忭槾祷騾R流管上的天然氣反吹均可達到吹掃的目的。
5.4 杜瓦瓶增壓槽車(chē)壓力操作要點(diǎn)
杜瓦瓶自身帶有自增壓閥，該功能可為槽車(chē)氣相空間增壓。增壓時(shí)，槽車(chē)氣相管與參與增壓的杜瓦瓶氣相管通過(guò)氣相匯流連通，杜瓦瓶先通過(guò)自帶的增壓閥提高鋼瓶?jì)葔毫?，增壓閥參數可以事先設定，運行時(shí)，關(guān)閉BOG排放，打開(kāi)杜瓦瓶的氣相閥，將鋼瓶?jì)菳OG充入槽車(chē)氣相空間，充氣量的多少和充氣速率可以通過(guò)增減投入的杜瓦瓶數量來(lái)控制。杜瓦瓶增壓過(guò)程中要嚴密監視槽車(chē)壓力，同時(shí)，在增壓過(guò)程中，杜瓦瓶不能對外供氣。
5.5 防“倒罐”操作要點(diǎn)
聯(lián)合運行模式中杜瓦瓶液相和槽車(chē)液相存在互相“倒罐”的可能。因此，無(wú)論何種工況，槽車(chē)與瓶組必須只有一種對外供氣方式，如果槽車(chē)與杜瓦瓶組運行模式要切換，必須遵循圖7的操作流程：
圖7槽車(chē)操作關(guān)鍵步驟
5.6 BOG控制要點(diǎn)
BOG主要來(lái)自槽車(chē)自蒸發(fā)BOG和杜瓦瓶自蒸發(fā)。BOG產(chǎn)生的速率取決于罐體保溫性能和環(huán)境溫度。BOG的產(chǎn)生會(huì )引起槽罐和杜瓦瓶壓力升高，如不及時(shí)排放，超壓運行時(shí)，會(huì )導致安全閥起跳，嚴重時(shí)還會(huì )引起儲液設備破裂。連續對外供氣工況下，BOG產(chǎn)生的量會(huì )非常少，BOG不會(huì )造成儲液設備壓力升高。BOG控制的要點(diǎn)是在安全閥動(dòng)作壓力前手動(dòng)排放。排放方式有兩種：一種是通過(guò)BOG調壓回路進(jìn)入出站管網(wǎng)，一種是直接排空。BOG是一種低溫氣體，直接排空會(huì )產(chǎn)生LNG浪費，操作危險性也較高，因此應優(yōu)先利用BOG調壓回路排入管網(wǎng)。
5.7 EAG控制要點(diǎn)
封閉管路LNG氣化會(huì )導致EAG的產(chǎn)生，這種情況非常危險。系統設計上LNG管路兩道截止閥之間安裝安全閥，可防止誤操作引起封閉段壓力劇增造成管道及相關(guān)設備、儀表?yè)p壞。聯(lián)合供氣站最容易發(fā)生EAG事故的部位是槽車(chē)與匯流管之間的金屬軟管，這個(gè)部位沒(méi)有安全閥，當兩側閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生EAG將金屬軟管脹裂。因此，在金屬軟管外表未全部化霜情況下，軟管兩側不能同時(shí)密閉。
5.8 易損件管理場(chǎng)
站內易損件主要是密封墊圈，由于LNG工藝系統的特點(diǎn)，在金屬軟管接頭、低溫閥門(mén)的密封元件四氟墊圈容易老化，多次使用后密封性能下降，需要經(jīng)切斷槽車(chē)供氣投運瓶組供氣拆除槽車(chē)連接滿(mǎn)槽車(chē)進(jìn)卸液位空槽車(chē)退出站金屬軟管吹掃切斷瓶組供氣投運槽車(chē)供氣接槽車(chē)軟管常更換。易損件管理的原則是多備勤換、進(jìn)出庫登記。
