由于目前LNG和L-CNG加氣站設備速度過(guò)快，相關(guān)規范標準不夠健全，已建的LNG和L-CNG加氣站存在設備選型與加氣能力不匹配，設備規格參數差異大、接口不標準等問(wèn)題。本文針對LNG和L-CNG加氣站，在確定擬建加氣站日加氣能力、建站位置、占地面積、加氣時(shí)間集中與否、停運影響大小、LNG存儲時(shí)間等基本條件的基礎上，根據國家相關(guān)標準要求和行業(yè)經(jīng)驗，給出加氣站主要設備的選型方法，為合理化LNG和L-CNG加氣站設備選型提供參考。
1 LNG/L-CNG加氣站介紹
LNG加氣站是為汽車(chē)儲氣瓶充裝車(chē)用LNG的場(chǎng)所。LNG加氣站的主要設備有：儲罐、潛液泵撬、加液機等。如圖1所示，圖中LNG槽車(chē)和LNG燃料車(chē)為站外設備。
儲罐用于存儲LNG，加液機用于給用戶(hù)充裝LNG，LNG泵撬包含低溫潛液泵、增壓氣化器及EAG氣化器等設備。潛液泵置于泵池，浸泡在LNG中，用于LNG加注及卸車(chē)。增壓氣化器具備在卸車(chē)時(shí)為槽車(chē)增壓，不卸車(chē)時(shí)為儲罐調溫和調壓的功能，EAG氣化器為安全放散氣體加熱，保證放散氣體密度低于空氣密度而達到安全泄放的目的。LNG加氣站的功能主要有：卸車(chē)功能、槽車(chē)增壓功能、調飽和功能、加氣功能和泄壓功能等。
L-CNG加氣站是指能將LNG轉化為CNG，并為CNG汽車(chē)儲氣瓶充裝車(chē)用CNG的場(chǎng)所。L-CNG加氣站主要設備包括LNG儲罐、L-CNG泵撬、L-CNG氣化撬、順序控制盤(pán)、CNG儲氣系統及加氣機等。其工藝流程如圖2所示。
L-CNG泵撬由柱塞泵及其配套管道等附件組成，用于將儲罐內的LNG加壓并輸送至氣化撬。L-CNG氣化撬用于將LNG氣化為CNG。順序控制盤(pán)用于將CNG依照一定的次序輸送至儲氣系統。儲氣系統分為儲氣瓶或者儲氣井，加氣機則用于向汽車(chē)充裝CNG。L-CNG加氣站的功能主要包括加氣功能和泄壓功能，LNG柱塞泵從LNG儲罐內抽出LNG，加壓進(jìn)入高壓氣化器氣化后，進(jìn)入CNG儲氣裝置。當CNG儲氣裝置內壓力超過(guò)某一設定壓力值時(shí)，安全閥自動(dòng)打開(kāi)，釋放儲氣裝置內的氣體，降低壓力，確保安全。
在實(shí)際中，有許多LNG和LCNG合建的案例，這種合建站中，儲罐、控制系統等設備可以共用，具有較強的經(jīng)濟性。
2、LNG/L-CNG加氣站設備選型方法
2.1LNG儲罐
(1) 確定儲罐容積和儲罐數量
目前國內的加氣站儲罐主要有30m3和60m3，根據標準要求和現場(chǎng)經(jīng)驗，對儲罐的選擇有如下限制條件：
①儲罐滿(mǎn)足GB50156《汽車(chē)加油加氣站設計與施工規范》中表3.0.12和表3.0.15中不同建站等級對LNG儲罐總容積和單罐容積的規定。
②選用多個(gè)儲罐時(shí)，各儲罐容積須相同。
③30m3的儲罐最多選2臺，60m3的儲罐最多3臺。
根據經(jīng)驗，LNG/L-CNG加氣站所需儲罐總容積按式(1)計算：
計算得到后，儲罐按照如下規則選?。?/span>
0＜V≤30時(shí)，選擇1臺容積為30m3的儲罐；30＜V≤60時(shí)，選擇2臺容積為30m3的儲罐，也可選擇1臺容積為60m3的儲罐；30＜V≤60時(shí)，選擇2臺容積為30m3的儲罐，也可選擇1臺容積為60m3的儲罐；60＜V≤120時(shí)，選擇2臺容積為60m3的儲罐；120＜V≤180時(shí)，選擇3臺容積為60m3的儲罐。當V＞180時(shí)，說(shuō)明儲罐容積大于國標規定的最大允許罐容，需減小日用氣量或縮短儲存時(shí)間。
(2) 確定儲罐安裝形式
根據建站位置（站外臨近建筑物的性質(zhì)、規模和類(lèi)型），以及土地資源情況（面積和形狀），確定儲罐安裝形式。判斷方法如下：
判斷1：當建站土地面積＞1000m2時(shí)，若建站位置不在人口和建筑物密集區、地面安裝情況下與站外安全間距不足；或建站位置在人口和建筑物密集區、地面安裝情況下與站外安全間距不足，則選擇臥式儲罐，安裝方式全地下或半地下，不宜全撬裝。
判斷2：當建站土地面積＞1000m2時(shí)，若建站位置在人口和建筑物密集區、地面安裝情況下與站外安全間距充足，則選擇臥式儲罐，安裝方式不受限制，可以地上、全地下或半地下，全撬裝。
判斷3：若建站土地面積≤1000m2且為正方形；或建站土地面積＞1000m2、建站位置不在人口和建筑物密集區、地面安裝情況下與站外安全間距充足且儲罐結構、安裝方式不受限制，則選擇立式儲罐。
同時(shí)，應考慮臺風(fēng)、地震等自然災害對立式和臥式儲罐存在不同程度的影響，以及部分地區需要遵循當地法規對儲罐高度或形式的要求。
(3) 確定儲罐保溫方式
LNG儲罐普遍采用性?xún)r(jià)比較高的珠光砂填充儲罐?？紤]站點(diǎn)液源質(zhì)量較差、日均加氣量較少及BOG對站點(diǎn)運營(yíng)的影響，可以采用高真空纏繞儲罐，其日蒸發(fā)率優(yōu)于珠光砂填充儲罐。
2.2LNG泵撬
(1) 確定低溫潛液泵數量
潛液泵實(shí)際排量（本文氣量均指標態(tài)）設定為2萬(wàn)~2.5萬(wàn)m3/d，LNG加氣站低溫潛液泵數量按以下規則確定：
判斷1：若日加氣量≤2.5萬(wàn)m3且停機不敏感和加氣時(shí)間分散，或日加氣量≤1.5萬(wàn)m3且加氣時(shí)間集中，或土地資源面積＜1000m2，則潛液泵數量N1=1。
判斷2：當土地資源面積≥1000m2時(shí)，若日加氣量≤2.5萬(wàn)m3且停機敏感，或1.5萬(wàn)m3≤日加氣量≤2.5萬(wàn)m3且加氣時(shí)間集中，或2.5萬(wàn)m3≤日加氣量≤4.5萬(wàn)m3且停機不敏感和加氣時(shí)間分散，則潛液泵數量N1=2。
判斷3：當土地資源面積＞2000m2時(shí)，若2.5萬(wàn)m3≤日加氣量≤4.5萬(wàn)m3且停機敏感或加氣時(shí)間集中，或4.5萬(wàn)m3≤日加氣量≤6.5萬(wàn)m3且停機不敏感和加氣時(shí)間分散，或4.5萬(wàn)m3≤日加氣量≤5.5萬(wàn)m3且加氣時(shí)間集中，則潛液泵數量N1=3。
判斷4：當土地資源面積＞2000m2時(shí)，若5.5萬(wàn)m3≤日加氣量≤6.5萬(wàn)m3且停機敏感或加氣時(shí)間集中，或6.5萬(wàn)m3≤日加氣量≤8.5萬(wàn)m3，則潛液泵數量N1=4；
判斷5：當土地資源面積＞2000m2時(shí)，若8.5萬(wàn)m3≤日加氣量≤10.5萬(wàn)m3，則潛液泵數量N1=4。
(2)增壓氣化器選型
綜合考慮經(jīng)濟性及卸車(chē)時(shí)間（控制在2h左右）最優(yōu)配比，推薦選用300m3/h的增壓氣化器。
(3)EAG氣化器選型
綜合考慮經(jīng)濟性及單位時(shí)間內可能造成的排放量，推薦選用150m3/h的EAG氣化器。
2.3加液機
通常選用單加液槍加液機，當加氣量較大且受場(chǎng)地面積或安全間距限制時(shí)，可選雙加液槍雙回氣槍加液機。加液機每條槍加液能力按照15000m3/d計，每增加1條加液槍按照增加10000m3/d計。
加液槍數量N2=(日加氣量/單槍加注能力)取整。若選擇單槍加液機，則加液機數量N3=N2；若選擇雙槍加液機，則加液機數量N3=N2/2。
當設計日加氣量小于1.5萬(wàn)m3且加氣時(shí)間集中時(shí)，需在原配置基礎上增加一臺加液機作為備用。對于加氣相對分散、站點(diǎn)停運影響大且僅有一臺加液機的站點(diǎn)，可在原配置基礎上增加一臺加液機作為備用。
2.4 L-CNG泵撬
(1)確定泵的低溫部件設計溫度上限Tmax和下限Tmin，及出口工作壓力下限pmin：Tmax≤-196℃，Tmin≥50℃；pmin≥25MPa。
(2)確定柱塞泵的數量和平均排量Qc柱塞泵的平均排量總和需大于等于加氣站小時(shí)排量Q。柱塞泵通常設計排量有1500L/h、2500L/h等規格，1500L/h加氣能力為700~800m3/h。判斷方法為：
判斷1：若設計日加氣量≤5000m3且停機不敏感和加氣時(shí)間分散，則選用1臺1500L/h柱塞泵。
判斷2：若設計日加氣量≤5000m3且停機敏感或加氣時(shí)間集中，則選用2臺1500L/h柱塞泵。
判斷3：若5000m3＜設計日加氣量≤10000m3，或10000m3＜設計日加氣量≤15000m3且停機不敏感，則選用2臺1500L/h柱塞泵。
判斷4：當土地資源面積≥1000m2時(shí)，若10000m3＜設計日加氣量≤15000m3且停機敏感，或15000m3＜設計日加氣量≤20000m3，則選用3臺1500L/h柱塞泵。
判斷5：當土地資源面積≥1000m2時(shí)，若20000m3＜設計日加氣量≤30000m3，則選用4臺2500L/h柱塞泵。
判斷6：若設計日加氣量＞30000m3，則從4臺開(kāi)始，每增加10000m3，則增加1臺2500L/h柱塞泵，總數不超過(guò)6臺。
2.5 L-CNG氣化撬
(1)確定高壓空溫式氣化器的規格和數量L-CNG高壓空溫式氣化器常用規格有1000m3/h、1500m3/h、2000m3/h和2500m3/h。實(shí)際大小按如下方式進(jìn)行計算：柱塞泵的實(shí)際排量（換算為標方）乘以系數，系數取值方法為：當氣化器安裝于地下時(shí)，系數取1.5；當氣化器安裝于半地下時(shí)，系數取1.4；當氣化器安裝于地上時(shí)，系數取1.3。原則上氣化器數量與柱塞泵數量一一對應。
(2)確定高壓水浴式氣化器的類(lèi)型和數量原則上環(huán)境最低溫度低于5℃時(shí)需配置水浴式氣化器，其排量大小與高壓空溫式氣化器一致。一般情況下水浴式氣化器僅需配置一臺，當站點(diǎn)加氣量較大，柱塞泵配置數量大于4臺及以上時(shí)，可配置二臺。
2.6程序控制盤(pán)
程序控制盤(pán)的常用規格有1500m3、2000m3、2500m3、3000m3、4000m3/h，根據小時(shí)排量向上取對應的數值作為程序控制盤(pán)流量。順序控制盤(pán)可根據工程要求選擇為機械式或氣動(dòng)式。機械式程序控制盤(pán)一般為串聯(lián)式結構，氣動(dòng)式程序控制盤(pán)一般為并聯(lián)式結構。
2.7儲氣系統
儲氣設備可根據工程情況選擇儲氣瓶組或者儲氣井，推薦常用的高中低壓容積配比關(guān)系為1∶2∶3、1∶1∶2或1∶1∶1。儲氣瓶一般設置3~6只單瓶，單瓶水容積相等，可選0.92m3、1.13m3、1.3m3、2m3，可露天放置；儲氣井埋設于地下，常用單井規格為2m3、3m3、4m3、5m3水容積。
2.8CNG加氣機
針對高、中、低壓三級存儲系統，加氣機進(jìn)氣管線(xiàn)采用三線(xiàn)。根據經(jīng)驗，單支CNG加氣槍的日平均加氣量通常為2500m3，加氣機一般選為雙槍機(5000m3/d)。判斷方法為：
判斷1：如果日加氣量≤5000m3，則選用1臺三線(xiàn)雙槍加氣機。
判斷2：如果5000m3<日加氣量≤30000m3且停機不敏感和加氣時(shí)間不集中，則雙槍加氣機數量N4=(日加氣量/5000)取整；若停機敏感且加氣時(shí)間集中，則雙槍加氣機數量N4=(日加氣量/5000)取整+1。
判斷3：如果日加氣量＞30000m3，則雙槍加氣機數量N4=(日加氣量/5000)取整。當站點(diǎn)受場(chǎng)地限制，既需要滿(mǎn)足較大加氣量，又無(wú)法布下足夠的雙槍加氣機，且加氣車(chē)輛以小型車(chē)為主時(shí)，可選擇三線(xiàn)四槍加氣機。
2.9卸車(chē)撬
(1) 選擇是否帶泵
卸車(chē)時(shí)可采用自增壓卸車(chē)、泵卸車(chē)或聯(lián)合卸車(chē)。一般考慮減少卸車(chē)時(shí)間、減少BOG產(chǎn)生和容易卸干凈，選擇帶泵的卸車(chē)撬，卸車(chē)時(shí)間一般在2h左右；不帶泵的卸車(chē)撬，僅能采用自增壓卸車(chē)，卸車(chē)時(shí)間一般在4h左右，產(chǎn)生BOG較大，而且不容易卸干凈。
(2) 增壓氣化器選擇
增壓氣化器主要用于對儲罐增壓和卸車(chē)時(shí)對槽車(chē)增壓，一般選用300m3/h的增壓氣化器。
(3) EAG氣化器選擇
EAG氣化器主要用于將所有需要緊急排放的氣體或液體增溫至常溫后經(jīng)放散塔集中排放，一般選用150m3/h的EAG氣化器。
2.10控制系統
LNG/L-CNG站級SCADA系統根據其監控站點(diǎn)的工藝設備配置情況分為不同的種類(lèi)。通常根據儲罐和泵的數量來(lái)確定控制系統。采集控制柜和動(dòng)力拖動(dòng)柜組成站控系統的關(guān)鍵部分，LNG/L-CNG加氣站控制系統能夠實(shí)現加氣站運營(yíng)必須的控制。
采集控制柜必須與儲罐數量保持匹配，根據加氣站中LNG儲罐配置數量及泵配置數量，選擇站控系統中采集控制柜采集和控制的配置規格，如LNG單泵（單罐）采集控制柜、LNG雙泵（雙罐）采集控制柜、LNG雙泵（三罐）采集控制柜。
動(dòng)力拖動(dòng)柜要與泵規格、數量保持匹配，如單泵、雙泵、三泵，確定動(dòng)力拖動(dòng)柜的配置規格，如L-CNG單泵動(dòng)力拖動(dòng)柜、L-CNG雙泵動(dòng)力拖動(dòng)柜、L-CNG三泵動(dòng)力拖動(dòng)柜。
3 結語(yǔ)
本文基于擬建LNG/L-CNG加氣站的日加氣能力、建站位置、占地面積、加氣時(shí)間集中與否、停運影響大小、LNG存儲時(shí)間等條件，給出了加氣站內關(guān)鍵設備的選型方法。包括LNG儲罐、LNG泵撬、加液機、L-CNG泵撬、L-CNG氣化撬、程序控制盤(pán)、儲氣系統、CNG加氣機、卸車(chē)撬及控制系統等。根據該方法選擇LNG/L-CNG加氣站的主要設備，能夠在滿(mǎn)足加氣站基本加氣能力的基礎上，節省投資和運維成本，提高加氣站的運行效率，對LNG/L-CNG加氣站的建設具有指導意義。
