天然氣相比汽柴油具有明顯的價(jià)格和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，因此近年來車用天然氣發(fā)展迅速，其用戶主要為城市出租車、公交車、客運(yùn)車輛等。目前國內(nèi)加氣站的站型主要為CNG加氣站、LNG加氣站和L-CNG加氣站等。隨著國內(nèi)接收站和液化工廠的大量建設(shè)，以液化天然氣為氣源的LNG和L-CNG加氣站建站數(shù)量迅速增加。
加氣站的合理設(shè)備選型是保證其高效運(yùn)行的前提。設(shè)備選型必須在滿足日加氣量要求和高峰時(shí)段加氣要求的基礎(chǔ)上，確保設(shè)備流程簡單、操作方便，并盡可能節(jié)省投資和運(yùn)維成本。對(duì)于服務(wù)于公交車等關(guān)乎民生的加氣站，還要考慮必要的備用設(shè)備，保證重要設(shè)備檢修期間加氣站也能正常運(yùn)行。
由于目前LNG和L-CNG加氣站建站速度過快，相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不夠健全，已建的LNG和L-CNG加氣站存在設(shè)備選型與加氣能力不匹配，設(shè)備規(guī)格參數(shù)差異大、接口不標(biāo)準(zhǔn)等問題。本文針對(duì)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(yùn)影響大小、LNG存儲(chǔ)時(shí)間等基本條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，給出加氣站主要設(shè)備的選型方法，為合理化LNG和L-CNG加氣站設(shè)備選型提供參考。
一、 LNG/L-CNG加氣站介紹
LNG加氣站是為汽車儲(chǔ)氣瓶充裝車用LNG的場(chǎng)所。LNG加氣站的主要設(shè)備有：儲(chǔ)罐、潛液泵撬、加液機(jī)等。如圖1所示，圖中LNG槽車和LNG燃料車為站外設(shè)備。
儲(chǔ)罐用于存儲(chǔ)LNG，加液機(jī)用于給用戶充裝LNG，LNG泵撬包含低溫潛液泵、增壓氣化器及EAG氣化器等設(shè)備。潛液泵置于泵池，浸泡在LNG中，用于LNG加注及卸車。增壓氣化器具備在卸車時(shí)為槽車增壓，不卸車時(shí)為儲(chǔ)罐調(diào)溫和調(diào)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(dá)到安全泄放的目的。LNG加氣站的功能主要有：卸車功能、槽車增壓功能、調(diào)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(zhuǎn)化為CNG，并為CNG汽車儲(chǔ)氣瓶充裝車用CNG的場(chǎng)所。L-CNG加氣站主要設(shè)備包括LNG儲(chǔ)罐、L-CNG泵撬、L-CNG氣化撬、順序控制盤、CNG儲(chǔ)氣系統(tǒng)及加氣機(jī)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(chǔ)罐內(nèi)的LNG加壓并輸送至氣化撬。L-CNG氣化撬用于將LNG氣化為CNG。順序控制盤用于將CNG依照一定的次序輸送至儲(chǔ)氣系統(tǒng)。儲(chǔ)氣系統(tǒng)分為儲(chǔ)氣瓶或者儲(chǔ)氣井，加氣機(jī)則用于向汽車充裝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(chǔ)罐內(nèi)抽出LNG，加壓進(jìn)入高壓氣化器氣化后，進(jìn)入CNG儲(chǔ)氣裝置。當(dāng)CNG儲(chǔ)氣裝置內(nèi)壓力超過某一設(shè)定壓力值時(shí)，安全閥自動(dòng)打開，釋放儲(chǔ)氣裝置內(nèi)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(chǔ)罐、控制系統(tǒng)等設(shè)備可以共用，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。
二、LNG/L-CNG加氣站設(shè)備選型方法
1、儲(chǔ)罐
(1) 確定儲(chǔ)罐容積和儲(chǔ)罐數(shù)量
目前國內(nèi)的加氣站儲(chǔ)罐主要有30m3和60m3，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)儲(chǔ)罐的選擇有如下限制條件：
①儲(chǔ)罐滿足GB50156《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中表3.0.12和表3.0.15中不同建站等級(jí)對(duì)LNG儲(chǔ)罐總?cè)莘e和單罐容積的規(guī)定。
②選用多個(gè)儲(chǔ)罐時(shí)，各儲(chǔ)罐容積須相同。
③30m3的儲(chǔ)罐最多選2臺(tái)，60m3的儲(chǔ)罐最多3臺(tái)。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，LNG/L-CNG加氣站所需儲(chǔ)罐總?cè)莘e按式(1)計(jì)算：
計(jì)算得到后，儲(chǔ)罐按照如下規(guī)則選�。�
0＜V≤30時(shí)，選擇1臺(tái)容積為30m3的儲(chǔ)罐；30＜V≤60時(shí)，選擇2臺(tái)容積為30m3的儲(chǔ)罐，也可選擇1臺(tái)容積為60m3的儲(chǔ)罐；30＜V≤60時(shí)，選擇2臺(tái)容積為30m3的儲(chǔ)罐，也可選擇1臺(tái)容積為60m3的儲(chǔ)罐；60＜V≤120時(shí)，選擇2臺(tái)容積為60m3的儲(chǔ)罐；120＜V≤180時(shí)，選擇3臺(tái)容積為60m3的儲(chǔ)罐。當(dāng)V＞180時(shí)，說明儲(chǔ)罐容積大于國標(biāo)規(guī)定的最大允許罐容，需減小日用氣量或縮短儲(chǔ)存時(shí)間。
(2) 確定儲(chǔ)罐安裝形式
根據(jù)建站位置（站外臨近建筑物的性質(zhì)、規(guī)模和類型），以及土地資源情況（面積和形狀），確定儲(chǔ)罐安裝形式。判斷方法如下：
判斷1：當(dāng)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(qū)、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(qū)、地面安裝情況下與站外安全間距不足，則選擇臥式儲(chǔ)罐，安裝方式全地下或半地下，不宜全撬裝。
判斷2：當(dāng)建站土地面積＞1000m2時(shí)，若建站位置在人口和建筑物密集區(qū)、地面安裝情況下與站外安全間距充足，則選擇臥式儲(chǔ)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(qū)、地面安裝情況下與站外安全間距充足且儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)、安裝方式不受限制，則選擇立式儲(chǔ)罐。
同時(shí)，應(yīng)考慮臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害對(duì)立式和臥式儲(chǔ)罐存在不同程度的影響，以及部分地區(qū)需要遵循當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)對(duì)儲(chǔ)罐高度或形式的要求。
(3) 確定儲(chǔ)罐保溫方式
LNG儲(chǔ)罐普遍采用性價(jià)比較高的珠光砂填充儲(chǔ)罐�？紤]站點(diǎn)液源質(zhì)量較差、日均加氣量較少及BOG對(duì)站點(diǎn)運(yùn)營的影響，可以采用高真空纏繞儲(chǔ)罐，其日蒸發(fā)率優(yōu)于珠光砂填充儲(chǔ)罐。
2、LNG泵撬
(1) 確定低溫潛液泵數(shù)量
潛液泵實(shí)際排量（本文氣量均指標(biāo)態(tài)）設(shè)定為2萬~2.5萬m3/d，LNG加氣站低溫潛液泵數(shù)量按以下規(guī)則確定：
判斷1：若日加氣量≤2.5萬m3且停機(jī)不敏感和加氣時(shí)間分散，或日加氣量≤1.5萬m3且加氣時(shí)間集中，或土地資源面積＜1000m2，則潛液泵數(shù)量N1=1。
判斷2：當(dāng)土地資源面積≥1000m2時(shí)，若日加氣量≤2.5萬m3且停機(jī)敏感，或1.5萬m3≤日加氣量≤2.5萬m3且加氣時(shí)間集中，或2.5萬m3≤日加氣量≤4.5萬m3且停機(jī)不敏感和加氣時(shí)間分散，則潛液泵數(shù)量N1=2。
判斷3：當(dāng)土地資源面積＞2000m2時(shí)，若2.5萬m3≤日加氣量≤4.5萬m3且停機(jī)敏感或加氣時(shí)間集中，或4.5萬m3≤日加氣量≤6.5萬m3且停機(jī)不敏感和加氣時(shí)間分散，或4.5萬m3≤日加氣量≤5.5萬m3且加氣時(shí)間集中，則潛液泵數(shù)量N1=3。
判斷4：當(dāng)土地資源面積＞2000m2時(shí)，若5.5萬m3≤日加氣量≤6.5萬m3且停機(jī)敏感或加氣時(shí)間集中，或6.5萬m3≤日加氣量≤8.5萬m3，則潛液泵數(shù)量N1=4；
判斷5：當(dāng)土地資源面積＞2000m2時(shí)，若8.5萬m3≤日加氣量≤10.5萬m3，則潛液泵數(shù)量N1=4。
(2)增壓氣化器選型
綜合考慮經(jīng)濟(jì)性及卸車時(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(jì)性及單位時(shí)間內(nèi)可能造成的排放量，推薦選用150m3/h的EAG氣化器。
3、加液機(jī)
通常選用單加液槍加液機(jī)，當(dāng)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(jī)。加液機(jī)每條槍加液能力按照15000m3/d計(jì)，每增加1條加液槍按照增加10000m3/d計(jì)。
加液槍數(shù)量N2=(日加氣量/單槍加注能力)取整。若選擇單槍加液機(jī)，則加液機(jī)數(shù)量N3=N2；若選擇雙槍加液機(jī)，則加液機(jī)數(shù)量N3=N2/2。
當(dāng)設(shè)計(jì)日加氣量小于1.5萬m3且加氣時(shí)間集中時(shí)，需在原配置基礎(chǔ)上增加一臺(tái)加液機(jī)作為備用。對(duì)于加氣相對(duì)分散、站點(diǎn)停運(yùn)影響大且僅有一臺(tái)加液機(jī)的站點(diǎn)，可在原配置基礎(chǔ)上增加一臺(tái)加液機(jī)作為備用。
4、 L-CNG泵撬
(1)確定泵的低溫部件設(shè)計(jì)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(shù)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(shè)計(jì)排量有1500L/h、2500L/h等規(guī)格，1500L/h加氣能力為700~800m3/h。判斷方法為：
判斷1：若設(shè)計(jì)日加氣量≤5000m3且停機(jī)不敏感和加氣時(shí)間分散，則選用1臺(tái)1500L/h柱塞泵。
判斷2：若設(shè)計(jì)日加氣量≤5000m3且停機(jī)敏感或加氣時(shí)間集中，則選用2臺(tái)1500L/h柱塞泵。
判斷3：若5000m3＜設(shè)計(jì)日加氣量≤10000m3，或10000m3＜設(shè)計(jì)日加氣量≤15000m3且停機(jī)不敏感，則選用2臺(tái)1500L/h柱塞泵。
判斷4：當(dāng)土地資源面積≥1000m2時(shí)，若10000m3＜設(shè)計(jì)日加氣量≤15000m3且停機(jī)敏感，或15000m3＜設(shè)計(jì)日加氣量≤20000m3，則選用3臺(tái)1500L/h柱塞泵。
判斷5：當(dāng)土地資源面積≥1000m2時(shí)，若20000m3＜設(shè)計(jì)日加氣量≤30000m3，則選用4臺(tái)2500L/h柱塞泵。
判斷6：若設(shè)計(jì)日加氣量＞30000m3，則從4臺(tái)開始，每增加10000m3，則增加1臺(tái)2500L/h柱塞泵，總數(shù)不超過6臺(tái)。
5、 L-CNG氣化撬
(1)確定高壓空溫式氣化器的規(guī)格和數(shù)量L-CNG高壓空溫式氣化器常用規(guī)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(jì)算：柱塞泵的實(shí)際排量（換算為標(biāo)方）乘以系數(shù)，系數(shù)取值方法為：當(dāng)氣化器安裝于地下時(shí)，系數(shù)取1.5；當(dāng)氣化器安裝于半地下時(shí)，系數(shù)取1.4；當(dāng)氣化器安裝于地上時(shí)，系數(shù)取1.3。原則上氣化器數(shù)量與柱塞泵數(shù)量一一對(duì)應(yīng)。
(2)確定高壓水浴式氣化器的類型和數(shù)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(tái)，當(dāng)站點(diǎn)加氣量較大，柱塞泵配置數(shù)量大于4臺(tái)及以上時(shí)，可配置二臺(tái)。
6、程序控制盤
程序控制盤的常用規(guī)格有1500m3、2000m3、2500m3、3000m3、4000m3/h，根據(jù)小時(shí)排量向上取對(duì)應(yīng)的數(shù)值作為程序控制盤流量。順序控制盤可根據(jù)工程要求選擇為機(jī)械式或氣動(dòng)式。機(jī)械式程序控制盤一般為串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，氣動(dòng)式程序控制盤一般為并聯(lián)式結(jié)構(gòu)。
7、儲(chǔ)氣系統(tǒng)
儲(chǔ)氣設(shè)備可根據(jù)工程情況選擇儲(chǔ)氣瓶組或者儲(chǔ)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(chǔ)氣瓶一般設(shè)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(chǔ)氣井埋設(shè)于地下，常用單井規(guī)格為2m3、3m3、4m3、5m3水容積。
8、CNG加氣機(jī)
針對(duì)高、中、低壓三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)，加氣機(jī)進(jìn)氣管線采用三線。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，單支CNG加氣槍的日平均加氣量通常為2500m3，加氣機(jī)一般選為雙槍機(jī)(5000m3/d)。判斷方法為：
判斷1：如果日加氣量≤5000m3，則選用1臺(tái)三線雙槍加氣機(jī)。
判斷2：如果5000m3<日加氣量≤30000m3且停機(jī)不敏感和加氣時(shí)間不集中，則雙槍加氣機(jī)數(shù)量N4=(日加氣量/5000)取整；若停機(jī)敏感且加氣時(shí)間集中，則雙槍加氣機(jī)數(shù)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(jī)數(shù)量N4=(日加氣量/5000)取整。當(dāng)站點(diǎn)受場(chǎng)地限制，既需要滿足較大加氣量，又無法布下足夠的雙槍加氣機(jī)，且加氣車輛以小型車為主時(shí)，可選擇三線四槍加氣機(jī)。
9、卸車撬
(1) 選擇是否帶泵
卸車時(shí)可采用自增壓卸車、泵卸車或聯(lián)合卸車。一般考慮減少卸車時(shí)間、減少BOG產(chǎn)生和容易卸干凈，選擇帶泵的卸車撬，卸車時(shí)間一般在2h左右；不帶泵的卸車撬，僅能采用自增壓卸車，卸車時(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(duì)儲(chǔ)罐增壓和卸車時(shí)對(duì)槽車增壓，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。
10、控制系統(tǒng)
LNG/L-CNG站級(jí)SCADA系統(tǒng)根據(jù)其監(jiān)控站點(diǎn)的工藝設(shè)備配置情況分為不同的種類。通常根據(jù)儲(chǔ)罐和泵的數(shù)量來確定控制系統(tǒng)。采集控制柜和動(dòng)力拖動(dòng)柜組成站控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，LNG/L-CNG加氣站控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)加氣站運(yùn)營必須的控制。
采集控制柜必須與儲(chǔ)罐數(shù)量保持匹配，根據(jù)加氣站中LNG儲(chǔ)罐配置數(shù)量及泵配置數(shù)量，選擇站控系統(tǒng)中采集控制柜采集和控制的配置規(guī)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(guī)格、數(shù)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(guī)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。
三、結(jié)語
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(yùn)影響大小、LNG存儲(chǔ)時(shí)間等條件，給出了加氣站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備的選型方法。包括LNG儲(chǔ)罐、LNG泵撬、加液機(jī)、L-CNG泵撬、L-CNG氣化撬、程序控制盤、儲(chǔ)氣系統(tǒng)、CNG加氣機(jī)、卸車撬及控制系統(tǒng)等。根據(jù)該方法選擇LNG/L-CNG加氣站的主要設(shè)備，能夠在滿足加氣站基本加氣能力的基礎(chǔ)上，節(jié)省投資和運(yùn)維成本，提高加氣站的運(yùn)行效率，對(duì)LNG/L-CNG加氣站的建設(shè)具有指導(dǎo)意義。
