一、总则
1.技术要求
⑴ 用LNG通过成套设备给LNG汽车提供动力燃料;
⑵ 设备为室外安装,整体采用撬装结构,便于现场安装,设备在生产厂内整体组装、调试;
2.产品优势
⑴ LNG气源广泛;
⑵ 技术成熟,LNG站运营经验丰富,售后服务先进;
⑶ 运营成本低,设备工作功率约为30KW;
⑷ 占地面积小,投资少。
二、 设备描述
1. 设备原理
LNG加液站的主要工作过程是将LNG低温储罐内的液体经低温潜液泵加压后,通过管线输送至LNG加液机,经过计量后加注至以LNG为燃料的车辆内。
本设计采用撬装式,即将低温储罐、增压汽化器、管道、控制阀门、低温潜液泵、泵池以及加注系统等集中安装在撬装上。该站具有以下特点:
⑴ 高度集中、一体化设计,占地面积小:现场安装量小,投入使用快;
⑵ 撬装设计,便于运输和转移,具有良好的机动性;
⑶ 关键部件采用进口原装件,电气仪表系统按防爆设计,安全可靠;
⑷ 工艺管线短,预冷时间短,加注速度快;
⑸ PLC全自动控制,人机界面良好,操作方便。
为了系统安全,保证减少防爆电气件的使用,降低成本,控制柜独立于撬块外,安装在安全区域的控制房中,符合国家规范要求。
2. 主要技术参数及指标
项目名称 |
LNG加气站技术指标 |
储存能力 |
60m3; |
日加气能力 |
不低于112500Nm3; |
系统最高允许工作压力 |
1.6 MPa |
储罐设计压力 |
1.44 MPa |
设计温度 |
-196℃~50℃ |
加气计量精度 |
高于±1% |
能耗 |
低于0.05Kwh/Nm3; |
单车加气时间 |
5~7分钟 |
加气预冷 |
启动予冷时间不超过30s |
卸车时间 |
不大于1.5小时 |
储罐内LNG液体利用率 |
高于92% |
日蒸发率 |
≤0.2% |
噪声 |
≤55dB |
无故障工作时间 |
≥5000h |
主要功能要求 |
具有低温泄漏、爆燃、消防、生产保护等安全监控、报警系统和应急保护等功能; |
三、 LNG撬块
LNG撬装包括以下主要工艺设备:
1. 储存设备
LNG储罐一台,工作压力1.2MPa,容积60m3。采用卧式高真空多层缠绕绝热,双层结构,内筒为06Cr19Ni10奥氏体不锈钢,外筒为Q345R容器板材制造,内外筒之间采用缠绕并抽高真空绝热。最大的危险性在于真空破坏,绝热性能下降。从而使低温深冷储存的LNG因受热而气化,储罐内压力剧增,此时安全放散阀自动开启,通过集中放散管释放压力;其次可能的危险性还有储罐根部阀门之前产生泄漏,如储罐进出液管道或内罐泄漏,若内罐泄漏,此时爆破片就会打开,从而降低内外的压力,不会引发储罐爆裂,且这些事故发生概率很小。
储罐性能技术参数:
产品名称 |
CFL-60m3/1.2液化天然气储槽 |
|
|
内容器 |
夹套 |
工作压力MPa |
1.2 |
-0.1(真空) |
设计压力MPa |
1.44 |
-0.1(外压) |
工作温度℃ |
-162 |
常温 |
设计温度℃ |
-196 |
50 |
贮存介质 |
液化天然气 |
|
主体材质 |
O6Cr19Ni10 |
Q345R |
全容积m3 |
60 |
39 |
装量系数 % |
0.90 |
1.0 |
有效容积 m3 |
54 |
39 |
筒体厚度mm |
14 |
|
封头厚度mm |
16 |
|
容器重量㎏ |
~26509 |
|
外形尺寸(直径×高) |
DN2600/DN3200×13305 |
|
容器类别 |
Ⅱ类 |
|
形 式 |
立式固定 |
|
绝热形式 |
高真空多层缠绕绝热 |
|
设计使用年限 |
20 |
2. LNG低温泵及泵池
LNG低温泵包括泵体和泵池两部分,泵体为浸没式两级离心泵,整体浸入泵池中,无密封件,所有运动部件由低温液体冷却和润滑。LNG低温泵由一台变频器控制。根据LNG燃料加注泵的性能曲线对LNG 低温泵进行选型为美国ACD公司生产的浸没式两级离心泵,这是一种LNG加气站通用的低温液体泵,利用低温液体实现自身润滑,所以结构简单,易于维护,其突出特点:一是变频设计,适合于加气站这样的多工况条件使用,二是其技术参数易于满足LNG加气站的设计设计参数,因此在LNG汽车加气站的设计中被广泛采用。进口压头小、具有防气蚀功能、稳定性好、安全性能高,节能效果显著、检修维护简便等特点。
主要特点:
² 泵体和电机完全浸没在介质中,从而杜绝了产品损失,并保证了泵的快速启动;
² 真空绝热套(泵池)使冷损降至极限,创造了安全的工作条件;
² 无密封及浸润型设计使维护要求降至最低;
² 直立型的设计使泵运转更稳定,运转寿命更长;
² 可变频调速的电机(可选)扩展了泵的工作范围。
美国ACD公司生产的TC-34低温潜液泵主要参数表
名称 |
单位 |
技术参数 |
|
工作介质 |
|
LNG |
|
设计流量 |
卸车 |
L/min |
350-420 |
调压 |
100 |
||
加气(最大) |
200 |
||
进口压力 |
MPa |
0.6 |
|
出口压力 |
MPa |
1.2 |
|
扬程 |
m |
144 |
|
转速 |
卸车 |
rpm |
4800-5800 |
调压 |
2000 |
||
加气(最大) |
3000 |
||
所需进口净正压头 |
m |
0.6 |
|
入口口径 |
inch |
2 |
|
出口口径 |
inch |
1 |
|
电机功率 |
HP(kw) |
15(11) |
|
电源 |
|
380V 50HZ |
3. LNG加液机
(1) LNG加液机功能
LNG加注机主要任务是完成对车载气瓶的加气及计量,在加气过程中完成对管路、流量计中的残存气体的排空和预冷控制;发出对低温泵的启停、调压的控制的命令信号;完成对加气量和回气量的准确计量、显示、结算;完成对各种运行参数的采集、显示、控制,同时具有对加气量、计量方式等的设定及与站控系统的通讯等功能。同时可以显示加气流量,计量,总累等参数。
(2) LNG加气机的主要特点:
1) 具有非定量加气和预置定量加气功能,具有体积加气和质量加气选择功能;
2) 本安和防爆设计,安全可靠
3) 加气软管设有拉断保护装置,拉断现象出现时系统转入保护状态,无低温液体和气体流出;
4) 采用独立的计量控制系统;
5) 具有压力、温度补偿功能,计量精度通过相关部门认证;
6) 非定量加气时以流速或压力参数控制自动停泵;
7) 有掉电时数据保护、数据延长显示及重复显示功能,停电也可交班。
8) 选用高亮度液晶显示屏,字体清晰醒目。
9) 采用自动控制低温阀门,304不锈钢管;
10) 选用进口质量流量计,单套加气机选用2台流量计,实现液体加注、回气的计量功能,实现精确计量的目的。加气枪选用优质产品,功能安全可靠。
11) 加气机面板采用不锈钢,包括所有必要的计量元件、阀门、安全装置,具有显示计量结果和售气量功能,即加气量、金额、单价等,这些数据可以通过通讯接口传送给控制系统的上位机,进而实现数据的远程采集和管理。
12) 具有班累计功能提高交班效率,保证累计数据真实可靠。有掉电时数据保护、数据延长显示及重复显示功能,停电也可交班。具有完善的数据传输软件可与计算机管理系统实现通讯及控制。
13) 加气枪可以连续加气而不会出现枪头与加气口冻结、密封失效等导致LNG外泄等故障现象。加气时能自动识别车用钢瓶是否充满,并能自动停机。
14) 采用全真空模块设计:所有管线采用真空设计,最大程度减少系统BOG.
15) 操作易简单,一键即可完成预冷、加液功能,加注机根据设定条件自动判定加液结束;
16) 充分利用质量流量计的温度压力自动补偿功能,计量精度更高;
17) 加注机电控箱采用全封闭工艺,有效防止了电气控制系统受潮短路或老化。
18) 具有定气量、定金额加液的功能;
19) 加注完毕后,加液机上的打印机自动打印出小票;
20) 选装配套上位机软件后,可以实现数据查询和统计,系统监控等功能;
21) 具备IC卡功能、有防爆小票打印机和整机防爆功能。
22) 加气机预装紧急停车(ESD)控制按钮。
主要参数表
适用介质 |
液化天然气(LNG) |
流量范围 |
0~150L/min |
计量精度 |
±1.0% |
额定工作压力 |
1.6MPa |
环境温度 |
-40℃—55℃ |
管路温度 |
-196—55℃ |
计量单位 |
Kg、L、Nm3 |
读数最小分度值 |
0.01Kg、(L、Nm3) |
单次计量范围 |
0—9999.99Kg、(L、Nm3) |
累计计量范围 |
99999999.99Kg、(L、Nm3) |
加液软管 |
1英寸不锈钢真空绝热软管 4m |
气相回收软管 |
1/2英寸不锈钢软管 4m |
加液枪头 |
1英寸LNG专用加液枪 |
气相管接头 |
1/2英寸快速接头 |
工作电源 |
220VAC 5A |
防爆等级 |
整机防爆Exdibem II AT4 |
4. 站控系统
站控系统主要承担的任务是对储罐、低温泵、站内工艺阀门以及加气机的监控和管理,完成卸车、储存、调压、加气等各种工艺过程的采集、控制、显示、报警等监控功能,又具有参数查询、历史记录查询及报表打印等管理功能。同时要完成对加气站的安全状态进行监测,通过泄漏报警探测器及时发现泄漏隐患,并予报警并关闭紧急切断阀,确保人身安全。
站控系统由传感器、变送器、电磁阀、PLC、工控机等设备组成。
站控系统主要功能
A. 控制功能
控制系统状态模式的设计
加气站的工艺分为卸车、增压、加气和待机等运行模式,控制系统针对这几种不同的工艺运行模式分别自动进行切换和控制。
泵的运行控制
控制系统针对不同的工艺运行模式,对低温泵进行启停和调速控制,以保证各种运行模式下所需的速度和压力,保证在安全高效下运行。
流程阀门的自动控制
控制系统针对不同的工艺运行模式各工艺阀门的开闭进行自动控制。
B. 数据采集显示功能
控制盘上实时显示的参数有:储罐压力、储罐液位、泵池温度、泵的出口压力、泵的转速、泵的运行时间、售气机温度、卸车流量、售气流量累积等。
四、设备工艺流程
1. 卸车流程
卸车流程采用汽化器卸车和LNG潜液泵卸车两种卸车方式。
⑴ 汽化器卸车
采用300m3/h增压汽化器卸车:LNG通过槽车的增压口进入增压汽化器,增压汽化器将LNG汽化,在将汽化后的气态天然气通过LNG槽车气相口进入车内给槽车增压,使LNG槽车的压力升高,与加气站内的低温储罐形成压差,在压力作用下,使LNG进入撬内的低温储罐,完成自增压卸车过程。
⑵ 潜液泵卸车
将LNG槽车的出液口和气相口与储罐的进液口和气相口相连,对潜液泵和管道充分完全预冷后,按下卸车启动按钮,潜液泵开始运行,通过LNG潜液泵系统自动卸车,将槽车内的LNG卸入撬内的低温储罐,完成潜液泵卸车过程。
2. 调压过程
以LNG为燃料的汽车发动机需要车载气瓶内的饱和液体压力较高,而运输和储存需要LNG饱和液体压力越低越好。所以在给汽车加注之前须对储罐中的LNG进行升压。加注站储罐升压得目的是得到一定压力的饱和液体,在升压的同时饱和温度相应升高。增压过程中低温储罐的LNG从储罐出液口流出,经过工艺管线流到增压汽化器中,通过汽化器与大气换热。升温气化后的天然气在经过储罐的下进液口进入储罐。在此过程中升温后的天然气与储罐中LNG充分混合达到对LNG增压升温的目的。
3. 加气过程
潜液泵和管道充分完全预冷后,储罐中的LNG通过潜液泵将液体打入LNG加注机,经计量后加注到以LNG为燃料的车载瓶中。
加注时,将加液枪和回气枪连接到汽车加液口和回气口上,介质通过加气管路进入汽车储罐,流量计将脉冲信号传输给微机控制器,微机控制器进行处理后,通过显示器显示总量和金额。
4. 放散系统
天然气加注站配有一套放散系统。当站内储罐长期存放LNG时,因系统漏冷得影响,LNG将缓慢的蒸发使储罐内的压力不断升高,当储罐内气相区压力升高到超出储罐安全阀设定压力值时,安全阀将自动打开排空泄放。
5. BOG回收系统
由低温阀门、BOG空温汽化器、调压阀、流量计等组成,可有效的利用LNG撬装加液站中气化后的LNG,供城市管网或站内自用。
附录:
表1.LNG加气站、L-CNG加气站、LNG/L-CNG加气站的等级划分
级别 |
LNG加气站 |
L-CNG加气站、LNG/L-CNG加气站 |
|||
LNG储罐总容积(m3) |
LNG储罐单罐容积(m3) |
LNG储罐总容积(m3) |
LNG储罐单罐容积(m3) |
CNG储气总容积(m3) |
|
一级 |
120<V≤180 |
≤60 |
120<V≤180 |
≤60 |
12 |
二级 |
60<V≤120 |
≤60 |
60<V≤120 |
≤60 |
9 |
三级 |
≤60 |
≤60 |
8 |
||
注:V为LNG储罐总容积。 |
摘自:NB/T1001-2011《液化天然气(LNG)汽车加气站技术规范》。
表2.LNG加气站、L-CNG加气站、LNG/L-CNG加气站与加油站合建站的等级划分
合建站等级 |
LNG储罐总容积(m3) |
LNG储罐总容积与油品储罐总容积合计(m3) |
一级 |
≤120 |
150<V≤210 |
二级 |
≤60 |
90<V≤150 |
三级 |
≤60 |
≤90 |
注1:V为LNG储罐、油罐总容积。 注2:油罐的单罐容积不应大于GB50156的油罐规定;LNG储罐的单罐容积不应大于表1的规定。 |
摘自:NB/T1001-2011《液化天然气(LNG)汽车加气站技术规范》。