一、總則
1.技術要求
⑴ 用LNG通過成套設備給LNG汽車提供動力燃料;
⑵ 設備為室外安裝,整體采用撬裝結構,便于現場安裝,設備在生產廠內整體組裝、調試;
2.產品優勢
⑴ LNG氣源廣泛;
⑵ 技術成熟,LNG站運營經驗豐富,售后服務先進;
⑶ 運營成本低,設備工作功率約為30KW;
⑷ 占地面積小,投資少。
二、 設備描述
1. 設備原理
LNG加液站的主要工作過程是將LNG低溫儲罐內的液體經低溫潛液泵加壓后,通過管線輸送至LNG加液機,經過計量后加注至以LNG為燃料的車輛內。
本設計采用撬裝式,即將低溫儲罐、增壓汽化器、管道、控制閥門、低溫潛液泵、泵池以及加注系統等集中安裝在撬裝上。該站具有以下特點:
⑴ 高度集中、一體化設計,占地面積。含F場安裝量小,投入使用快;
⑵ 撬裝設計,便于運輸和轉移,具有良好的機動性;
⑶ 關鍵部件采用進口原裝件,電氣儀表系統按防爆設計,安全可靠;
⑷ 工藝管線短,預冷時間短,加注速度快;
⑸ PLC全自動控制,人機界面良好,操作方便。
為了系統安全,保證減少防爆電氣件的使用,降低成本,控制柜獨立于撬塊外,安裝在安全區域的控制房中,符合國家規范要求。
2. 主要技術參數及指標
項目名稱 |
LNG加氣站技術指標 |
儲存能力 |
60m3; |
日加氣能力 |
不低于112500Nm3; |
系統最高允許工作壓力 |
1.6 MPa |
儲罐設計壓力 |
1.44 MPa |
設計溫度 |
-196℃~50℃ |
加氣計量精度 |
高于±1% |
能耗 |
低于0.05Kwh/Nm3; |
單車加氣時間 |
5~7分鐘 |
加氣預冷 |
啟動予冷時間不超過30s |
卸車時間 |
不大于1.5小時 |
儲罐內LNG液體利用率 |
高于92% |
日蒸發率 |
≤0.2% |
噪聲 |
≤55dB |
無故障工作時間 |
≥5000h |
主要功能要求 |
具有低溫泄漏、爆燃、消防、生產保護等安全監控、報警系統和應急保護等功能; |
三、 LNG撬塊
LNG撬裝包括以下主要工藝設備:
1. 儲存設備
LNG儲罐一臺,工作壓力1.2MPa,容積60m3。采用臥式高真空多層纏繞絕熱,雙層結構,內筒為06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼,外筒為Q345R容器板材制造,內外筒之間采用纏繞并抽高真空絕熱。最大的危險性在于真空破壞,絕熱性能下降。從而使低溫深冷儲存的LNG因受熱而氣化,儲罐內壓力劇增,此時安全放散閥自動開啟,通過集中放散管釋放壓力;其次可能的危險性還有儲罐根部閥門之前產生泄漏,如儲罐進出液管道或內罐泄漏,若內罐泄漏,此時爆破片就會打開,從而降低內外的壓力,不會引發儲罐爆裂,且這些事故發生概率很小。
儲罐性能技術參數:
產品名稱 |
CFL-60m3/1.2液化天然氣儲槽 |
|
|
內容器 |
夾套 |
工作壓力MPa |
1.2 |
-0.1(真空) |
設計壓力MPa |
1.44 |
-0.1(外壓) |
工作溫度℃ |
-162 |
常溫 |
設計溫度℃ |
-196 |
50 |
貯存介質 |
液化天然氣 |
|
主體材質 |
O6Cr19Ni10 |
Q345R |
全容積m3 |
60 |
39 |
裝量系數 % |
0.90 |
1.0 |
有效容積 m3 |
54 |
39 |
筒體厚度mm |
14 |
|
封頭厚度mm |
16 |
|
容器重量㎏ |
~26509 |
|
外形尺寸(直徑×高) |
DN2600/DN3200×13305 |
|
容器類別 |
Ⅱ類 |
|
形 式 |
立式固定 |
|
絕熱形式 |
高真空多層纏繞絕熱 |
|
設計使用年限 |
20 |
2. LNG低溫泵及泵池
LNG低溫泵包括泵體和泵池兩部分,泵體為浸沒式兩級離心泵,整體浸入泵池中,無密封件,所有運動部件由低溫液體冷卻和潤滑。LNG低溫泵由一臺變頻器控制。根據LNG燃料加注泵的性能曲線對LNG 低溫泵進行選型為美國ACD公司生產的浸沒式兩級離心泵,這是一種LNG加氣站通用的低溫液體泵,利用低溫液體實現自身潤滑,所以結構簡單,易于維護,其突出特點:一是變頻設計,適合于加氣站這樣的多工況條件使用,二是其技術參數易于滿足LNG加氣站的設計設計參數,因此在LNG汽車加氣站的設計中被廣泛采用。進口壓頭小、具有防氣蝕功能、穩定性好、安全性能高,節能效果顯著、檢修維護簡便等特點。
主要特點:
² 泵體和電機完全浸沒在介質中,從而杜絕了產品損失,并保證了泵的快速啟動;
² 真空絕熱套(泵池)使冷損降至極限,創造了安全的工作條件;
² 無密封及浸潤型設計使維護要求降至最低;
² 直立型的設計使泵運轉更穩定,運轉壽命更長;
² 可變頻調速的電機(可選)擴展了泵的工作范圍。
美國ACD公司生產的TC-34低溫潛液泵主要參數表
名稱 |
單位 |
技術參數 |
|
工作介質 |
|
LNG |
|
設計流量 |
卸車 |
L/min |
350-420 |
調壓 |
100 |
||
加氣(最大) |
200 |
||
進口壓力 |
MPa |
0.6 |
|
出口壓力 |
MPa |
1.2 |
|
揚程 |
m |
144 |
|
轉速 |
卸車 |
rpm |
4800-5800 |
調壓 |
2000 |
||
加氣(最大) |
3000 |
||
所需進口凈正壓頭 |
m |
0.6 |
|
入口口徑 |
inch |
2 |
|
出口口徑 |
inch |
1 |
|
電機功率 |
HP(kw) |
15(11) |
|
電源 |
|
380V 50HZ |
3. LNG加液機
(1) LNG加液機功能
LNG加注機主要任務是完成對車載氣瓶的加氣及計量,在加氣過程中完成對管路、流量計中的殘存氣體的排空和預冷控制;發出對低溫泵的啟停、調壓的控制的命令信號;完成對加氣量和回氣量的準確計量、顯示、結算;完成對各種運行參數的采集、顯示、控制,同時具有對加氣量、計量方式等的設定及與站控系統的通訊等功能。同時可以顯示加氣流量,計量,總累等參數。
(2) LNG加氣機的主要特點:
1) 具有非定量加氣和預置定量加氣功能,具有體積加氣和質量加氣選擇功能;
2) 本安和防爆設計,安全可靠
3) 加氣軟管設有拉斷保護裝置,拉斷現象出現時系統轉入保護狀態,無低溫液體和氣體流出;
4) 采用獨立的計量控制系統;
5) 具有壓力、溫度補償功能,計量精度通過相關部門認證;
6) 非定量加氣時以流速或壓力參數控制自動停泵;
7) 有掉電時數據保護、數據延長顯示及重復顯示功能,停電也可交班。
8) 選用高亮度液晶顯示屏,字體清晰醒目。
9) 采用自動控制低溫閥門,304不銹鋼管;
10) 選用進口質量流量計,單套加氣機選用2臺流量計,實現液體加注、回氣的計量功能,實現精確計量的目的。加氣槍選用優質產品,功能安全可靠。
11) 加氣機面板采用不銹鋼,包括所有必要的計量元件、閥門、安全裝置,具有顯示計量結果和售氣量功能,即加氣量、金額、單價等,這些數據可以通過通訊接口傳送給控制系統的上位機,進而實現數據的遠程采集和管理。
12) 具有班累計功能提高交班效率,保證累計數據真實可靠。有掉電時數據保護、數據延長顯示及重復顯示功能,停電也可交班。具有完善的數據傳輸軟件可與計算機管理系統實現通訊及控制。
13) 加氣槍可以連續加氣而不會出現槍頭與加氣口凍結、密封失效等導致LNG外泄等故障現象。加氣時能自動識別車用鋼瓶是否充滿,并能自動停機。
14) 采用全真空模塊設計:所有管線采用真空設計,最大程度減少系統BOG.
15) 操作易簡單,一鍵即可完成預冷、加液功能,加注機根據設定條件自動判定加液結束;
16) 充分利用質量流量計的溫度壓力自動補償功能,計量精度更高;
17) 加注機電控箱采用全封閉工藝,有效防止了電氣控制系統受潮短路或老化。
18) 具有定氣量、定金額加液的功能;
19) 加注完畢后,加液機上的打印機自動打印出小票;
20) 選裝配套上位機軟件后,可以實現數據查詢和統計,系統監控等功能;
21) 具備IC卡功能、有防爆小票打印機和整機防爆功能。
22) 加氣機預裝緊急停車(ESD)控制按鈕。
主要參數表
適用介質 |
液化天然氣(LNG) |
流量范圍 |
0~150L/min |
計量精度 |
±1.0% |
額定工作壓力 |
1.6MPa |
環境溫度 |
-40℃—55℃ |
管路溫度 |
-196—55℃ |
計量單位 |
Kg、L、Nm3 |
讀數最小分度值 |
0.01Kg、(L、Nm3) |
單次計量范圍 |
0—9999.99Kg、(L、Nm3) |
累計計量范圍 |
99999999.99Kg、(L、Nm3) |
加液軟管 |
1英寸不銹鋼真空絕熱軟管 4m |
氣相回收軟管 |
1/2英寸不銹鋼軟管 4m |
加液槍頭 |
1英寸LNG專用加液槍 |
氣相管接頭 |
1/2英寸快速接頭 |
工作電源 |
220VAC 5A |
防爆等級 |
整機防爆Exdibem II AT4 |
4. 站控系統
站控系統主要承擔的任務是對儲罐、低溫泵、站內工藝閥門以及加氣機的監控和管理,完成卸車、儲存、調壓、加氣等各種工藝過程的采集、控制、顯示、報警等監控功能,又具有參數查詢、歷史記錄查詢及報表打印等管理功能。同時要完成對加氣站的安全狀態進行監測,通過泄漏報警探測器及時發現泄漏隱患,并予報警并關閉緊急切斷閥,確保人身安全。
站控系統由傳感器、變送器、電磁閥、PLC、工控機等設備組成。
站控系統主要功能
A. 控制功能
控制系統狀態模式的設計
加氣站的工藝分為卸車、增壓、加氣和待機等運行模式,控制系統針對這幾種不同的工藝運行模式分別自動進行切換和控制。
泵的運行控制
控制系統針對不同的工藝運行模式,對低溫泵進行啟停和調速控制,以保證各種運行模式下所需的速度和壓力,保證在安全高效下運行。
流程閥門的自動控制
控制系統針對不同的工藝運行模式各工藝閥門的開閉進行自動控制。
B. 數據采集顯示功能
控制盤上實時顯示的參數有:儲罐壓力、儲罐液位、泵池溫度、泵的出口壓力、泵的轉速、泵的運行時間、售氣機溫度、卸車流量、售氣流量累積等。
四、設備工藝流程
1. 卸車流程
卸車流程采用汽化器卸車和LNG潛液泵卸車兩種卸車方式。
⑴ 汽化器卸車
采用300m3/h增壓汽化器卸車:LNG通過槽車的增壓口進入增壓汽化器,增壓汽化器將LNG汽化,在將汽化后的氣態天然氣通過LNG槽車氣相口進入車內給槽車增壓,使LNG槽車的壓力升高,與加氣站內的低溫儲罐形成壓差,在壓力作用下,使LNG進入撬內的低溫儲罐,完成自增壓卸車過程。
⑵ 潛液泵卸車
將LNG槽車的出液口和氣相口與儲罐的進液口和氣相口相連,對潛液泵和管道充分完全預冷后,按下卸車啟動按鈕,潛液泵開始運行,通過LNG潛液泵系統自動卸車,將槽車內的LNG卸入撬內的低溫儲罐,完成潛液泵卸車過程。
2. 調壓過程
以LNG為燃料的汽車發動機需要車載氣瓶內的飽和液體壓力較高,而運輸和儲存需要LNG飽和液體壓力越低越好。所以在給汽車加注之前須對儲罐中的LNG進行升壓。加注站儲罐升壓得目的是得到一定壓力的飽和液體,在升壓的同時飽和溫度相應升高。增壓過程中低溫儲罐的LNG從儲罐出液口流出,經過工藝管線流到增壓汽化器中,通過汽化器與大氣換熱。升溫氣化后的天然氣在經過儲罐的下進液口進入儲罐。在此過程中升溫后的天然氣與儲罐中LNG充分混合達到對LNG增壓升溫的目的。
3. 加氣過程
潛液泵和管道充分完全預冷后,儲罐中的LNG通過潛液泵將液體打入LNG加注機,經計量后加注到以LNG為燃料的車載瓶中。
加注時,將加液槍和回氣槍連接到汽車加液口和回氣口上,介質通過加氣管路進入汽車儲罐,流量計將脈沖信號傳輸給微機控制器,微機控制器進行處理后,通過顯示器顯示總量和金額。
4. 放散系統
天然氣加注站配有一套放散系統。當站內儲罐長期存放LNG時,因系統漏冷得影響,LNG將緩慢的蒸發使儲罐內的壓力不斷升高,當儲罐內氣相區壓力升高到超出儲罐安全閥設定壓力值時,安全閥將自動打開排空泄放。
5. BOG回收系統
由低溫閥門、BOG空溫汽化器、調壓閥、流量計等組成,可有效的利用LNG撬裝加液站中氣化后的LNG,供城市管網或站內自用。
附錄:
表1.LNG加氣站、L-CNG加氣站、LNG/L-CNG加氣站的等級劃分
級別 |
LNG加氣站 |
L-CNG加氣站、LNG/L-CNG加氣站 |
|||
LNG儲罐總容積(m3) |
LNG儲罐單罐容積(m3) |
LNG儲罐總容積(m3) |
LNG儲罐單罐容積(m3) |
CNG儲氣總容積(m3) |
|
一級 |
120<V≤180 |
≤60 |
120<V≤180 |
≤60 |
12 |
二級 |
60<V≤120 |
≤60 |
60<V≤120 |
≤60 |
9 |
三級 |
≤60 |
≤60 |
8 |
||
注:V為LNG儲罐總容積。 |
摘自:NB/T1001-2011《液化天然氣(LNG)汽車加氣站技術規范》。
表2.LNG加氣站、L-CNG加氣站、LNG/L-CNG加氣站與加油站合建站的等級劃分
合建站等級 |
LNG儲罐總容積(m3) |
LNG儲罐總容積與油品儲罐總容積合計(m3) |
一級 |
≤120 |
150<V≤210 |
二級 |
≤60 |
90<V≤150 |
三級 |
≤60 |
≤90 |
注1:V為LNG儲罐、油罐總容積。 注2:油罐的單罐容積不應大于GB50156的油罐規定;LNG儲罐的單罐容積不應大于表1的規定。 |
摘自:NB/T1001-2011《液化天然氣(LNG)汽車加氣站技術規范》。