大型载重车辆“油改气”项目方案介绍.docVIP

大型车辆大型车辆“油改气油改气”项目方案介绍项目方案介绍 二零一零年十一月 江江 苏苏 华华 仑仑 石石 油油 能能 源源 发发 展展 有有 限限 公公 司司 - 2 - 目目 录录 公司简介公司简介 .- 5 - 1. 天然气汽车天然气汽车 - 6 - 2. 天然气加气站概述天然气加气站概述 - 8 - 3. 汽车燃料方案的决定因素汽车燃料方案的决定因素 - 9 - 4. 项目建设的必要性项目建设的必要性 - 10 - 4.1 建立城市多元化能源供应保障体系的有效途径建立城市多元化能源供应保障体系的有效途径 .- 10 - 4.2 缓解和改善城市环境污染的必然选择缓解和改善城市环境污染的必然选择 .- 10 - 5 大型载重车辆选择大型载重车辆选择 LNG 燃料的优势燃料的优势.- 11 - 5.1 车辆的适用性车辆的适用性 .- 11 - 5.2 LNG 替代燃油的经济性替代燃油的经济性- 12 - 5.3 安全保障技术安全保障技术 .- 12 - 5.4 LNG 安全性安全性- 13 - 5.5 LNG 环保性环保性- 14 - 6 LNG 技术方案技术方案.- 14 - 6.1 LNG 撬装加气站设施方案及工艺流程撬装加气站设施方案及工艺流程- 14 - 6.2 LNG 常规加气站设施方案及工艺流程常规加气站设施方案及工艺流程- 17 - 7. 安全问题安全问题 - 21 - 7.1.安全的重要性及系统安全的思想安全的重要性及系统安全的思想 .- 21 - - 3 - 7.2. 安全设计是系统安全的基础安全设计是系统安全的基础 .- 21 - 7.3. LNG 加气站危险性分析加气站危险性分析.- 22 - 7.3.1 物（物料和装置）的不安全状态 .- 22 - 7.3.1.1 物料的危险性 - 22 - 7.3.1.2 装置的危险性 - 22 - 7.3.2 人的不安全行为 .- 24 - 7.3.2.1 运行时的误操作 - 24 - 7.3.2.2 事故状态的误操作 - 24 - 7.3.3 环境的不安全表现 .- 25 - 7.3.3.1 正常操作环境 - 25 - 7.3.3.2 事故环境 - 25 - 7.3.3.3 自然环境 - 25 - 7.4. LNG 加气站安全设计加气站安全设计.- 26 - 7.4.1 安全设计的原则 .- 26 - 7.4.2 场地准备 .- 27 - 7.4.3 总平面布置安全设计 .- 27 - 7.4.4 建（构）筑物安全设计 .- 27 - 7.4.5 工艺安全设计 .- 28 - 7.4.6 电源仪表风系统及惰性气体系统的设计 .- 30 - 7.4.7 自动控制及报警系统安全设计 .- 30 - 7.4.8 电气安全设计 .- 31 - - 4 - 7.4.9 排水系统安全设计 .- 32 - 7.4.10 灭火系统设计 .- 32 - 7.5 防冻预防及处理措施防冻预防及处理措施 .- 33 - 7.5.1 防冻预防措施 .- 33 - 7.5.2 防冻处理措施 .- 34 - 7.6 消防安全机构、消防管理制度和事故抢险预案消防安全机构、消防管理制度和事故抢险预案 - 35 - 7.6.1 消防安全机构 - 35 - 7.6.2 消防管理制度 .- 35 - 7.6.3 事故抢险预案 .- 35 - 7.7.事故紧急预案事故紧急预案 .- 36 - 7.7.1 泄漏但未发生火灾 - 36 - 7.7.2 泄漏后发生火灾 - 37 - 8. 结论结论 - 37 - - 5 - 公司简介公司简介 江苏华仑石油能源发展有限公司是一家以石油及能源开发为主 的投资控股公司，主要从事国内天然气母站(储存及配送) 、子站(加 气站)终端销售及综合利用业务项目的投资,天然气市场的开发，企事 业的煤改气,油改气项目的技术咨询服务及新增用户的天然气供应(配 送) 。公司开展了一系列兼并收购、合资合作等工作，已投资及意 向投资的项目七个之多；收购并控股了江苏兴元燃气发展有限公司, 拟投资二千六百万元 CNG 及 LNG 接收站也将进入实施阶段,此项目 投产其合理经济半径一千公里之内的天然气销售业务将纳入华仑能 源业务扩张范畴，形成了以 LNG 、CNG、城市燃气为核心业务的 实体。华仑能源的业务定位是发展清洁能源、低碳经济，重点是天 然气综合利用和终端市场销售业务。 江苏兴元燃气发展有限公司是江苏华仑石油能源发展有限公司 的控股子公司，其主要业务是压缩天然气（CNG）和液化天然气 （LNG）存储、运输和销售。公司的业务区域范围是长三角地,主要 经营领域：一是大型载重车辆 LNG“气代油”业务，二是城市公交 和出租车 CNG 及 LNG“气代油”业务，三是非管道工业用气和高 端工业用户 CNG 及 LNG 业务。 1. 天然气汽车天然气汽车 根据其使用燃料不同、燃料的使用形态不同和使用方不同，燃 气汽车可按下图所示分类。 - 6 - 天然气是公认的洁净燃料。天然气汽车被称为绿色环保汽车， 其环境效益、社会效益非常显著，是清洁燃料汽车的主要发展方向。 LNG（液化天然气）汽车由于更加安全、环保、适用、方便、 机动等优势，近年来异军突起。LNG 汽车被业界公认为是天然气 汽车发展的理想途径。 针对技术成熟已进入商业实用化的 LNG 和 CNG（压缩天然气） 汽车作以介绍。 1. CNG 汽车 CNG 是目前国内车用天然气的主要储存方式，国内天然气汽 车起始阶段一直使用 CNG。 CNG 技术的优点：CNG 技术相对成熟；车辆改装方便 简单，改车成本小。 CNG 汽车的主要缺点是：车载储气瓶体积大，与同体积 LNG 比较，天然气能量密度低，同体积气瓶 CNG 燃料相当于 LNG 燃料的 30%。由于车载气瓶储存量小，续驶里程少，因此 液化石油气汽车（LPGV） 吸附天然气汽车 （ANGV） 压缩天然气汽车 （CNGV） 液化天然气汽车（LNGV） 天 然 气 汽 车 N G V 燃 气 汽 车 混双燃料汽车 两用燃料汽车 单燃料燃气汽车 - 7 - 加气次数较多。 2. LNG 汽车 LNG 是天然气的另一种储存方式。它在车载气瓶中储存液态 天然气。近几年逐步在国内试用，其技术已日趋成熟。LNG 是天 然气经净化后低温液化而成，液态体积是气态体积的 1/625。温度 为-162，工作压力为 0.40.8MPa，它克服了 CNG 储存少的缺陷。 较之 CNG 它的主要优点是： 续驶里程长：LNG 充装量大，如 LNG 配备双储气瓶 （450L*2）,便可连续行驶 1000km 以上。而 CNG 续驶里程仅在 200km 左右。 更方便：在同等燃气效能情况下，LNG 车载气瓶重仅为 1.45kg/Nm3， ，而 CNG 车载气瓶则为 5.75kg/Nm3。盛装同等气量 时，瓶重相差约 4 倍，因此，LNG 比 CNG 携带更方便。 更安全：LNG 车载气瓶压低（0.4-0.8Mpa） ；CNG 车载气 瓶压高（20Mpa） ； 更清洁：LNG 是天然气在液化工厂经过脱硫、脱碳、脱水、 除杂净化后液化所得，比 CNG 更清洁、环保的燃料； 加气快：同时加注 200Nm3气体时，LNG 车 2-5 分钟，CNG 车 15-20 分钟； 领域广：公交车、城际客车、重型货柜车、货运专线车、近 海渔船等。 缺点是：车辆停运时间长会造成因液体自然蒸发需要进行 放空。新车购置费高于柴油车。 - 8 - 2. 天然气加气站概述天然气加气站概述 1天然气汽车加气站有三种形式，即 CNG 站、L-CNG 站、 LNG 站。 CNG 加气站，利用压缩机将原料气加压到 25MPa,加入车载气 瓶。通常利用城区管网作为原料气供应来源的称为标准站；也有采 用母子站形式供气的，即在郊区门站或长输管线附近建设母站，用 CNG 拖车在母站装气，运到城区中的子站。 2L-CNG(液化-压缩天然气)加气站利用 LNG 槽车将液化天 然气（LNG）送至加气站，经低温高压泵加压至 25MPa 后，送入 高压气化器，气化至环境温度后加入车载气瓶。 3LNG 加气站，即用 LNG 槽车将液化天然气（LNG）送至 加气站，经低温泵加入车载气瓶。 前两种方式，车载气瓶储存的是高压气态天然气，后一种方式 车载气瓶储存的是低温液态天然气。 新型 LNG 加注站比 CNG 加气站占地小，节电，加液速度快，安 全性好，可以和加油站合建。撬装式 LNG 加注站的建设成本远低于 CNG，建设周期短。撬装式 LNG 汽车加注站为 LNG 普及提供了方便途 径，解决了加注难的问题。 LNG 是通过专用低温液罐车从 LNG 接收站或 LNG 液化厂运输到 加注站的。现在，国内低温液罐车的生产已具规模，既有整车槽车， 也有半挂槽车。 LNG 汽车的车载储液瓶是专门存放 LNG 的低温绝热瓶，可以存 储-162C 的低温 LNG，并在有效期内保持低温。新型 LNG 车载瓶安 - 9 - 装有阀门、液位计、气化器和电子控制系统，能使加注站的 LNG 快 速注入液瓶，通过液瓶阀门管路进入气化器变成气态天然气，按一 定压力送入发动机。 目前，很多国家都将 LNG 列为石油之后的首选燃料，LNG 正以 每年 12%的增量高速增长，成为油气产业新热点。日本、韩国、美 国和欧洲都在大规模新建 LNG 接收站，准备大量储存天然气。全世 界海上远洋运输的天然气均是 LNG 形式，上海沪东中华造船厂建造 的一条 LNG 运输船，可以装载 1.47 万立方米 LNG，全部气化后为 9000 万立方米，可以供上海全市居民使用一个月。 3. 汽车燃料方案的决定因素汽车燃料方案的决定因素 加气站是清洁燃料汽车的基础设施，清洁燃料汽车技术和加 气站建站模式是互相关联的，清洁燃料汽车技术是采用 CNG 技术 还是 LNG 技术；在加气站的建站模式上是采用 CNG 站、L-CNG 站、LNG 站或三者兼而有之。这些问题的决策取决于如下因素： (1) 车辆的适用性：如城市公交、重型货车（按载重量细分为 大型、中型、小型） 、城际大巴适应何种燃料; (2) 资源的可靠性，即气源的供应是否有保证; (3) 资源的经济性，即气源的价格、运输成本等； (4) 经济性：即各类汽车运输业的经济效益，包括改车、运营； 加气站投资商的经济效益。 (5) 安全性：即各类汽车技术及各类模式加气站的安全性能。 上述因素既有独立性的一面，又有关联性的一面。 - 10 - 4. 项目建设的必要性项目建设的必要性 4.14.1 建立城市多元化能源供应保障体系的有效途径建立城市多元化能源供应保障体系的有效途径 传统的汽车燃料为汽油、柴油。近年来，受石油市场价格持续 走高和能源短缺等因素的影响，我国成品油价格飞速增长。因此迫 切希望新的燃料来替代和补充。利用天然气替代燃油，发展天然气 车辆，可以有效改善长三角地区车辆燃料的供应结构，建立多元化 能源供应保障体系。 4.24.2 缓解和改善城市环境污染的必然选择缓解和改善城市环境污染的必然选择 随着汽车工业的快速发展,汽车保有量增加,石油能源紧缺和燃 油车辆对城市空气污染日益严重.据统计,2005 年汽车拥有量已达 3160 万辆,汽车燃油消耗已达 2 亿吨/年,2010 年国内各类汽车保有 量将达到 5600 万辆,汽车燃料问题更加突出。城市空气中,80%的 CO、48%的 NOX、58%的 HC 和 8%的微粒来自汽车尾气。此外,汽车排 放的大量 CO2加剧了温室效应,环境问题是汽车工业面临的又一难题.国 家“十一五”发展规划提出建设资源节约型和环境友好型社会的战 略任务,将节约资源作为基本国策,将汽车产业作为重点领域,将发展 石油替代燃料作为重要途径. LNG 是一种清洁、高效的能源，交通运输车辆使用 LNG 替代燃 油会创造巨大的环保效益。 长三角地区每天有大量的运输车辆运行，大气污染较为严重， 在城区发展清洁燃料运输车辆已成为各方面的共识。液化天然气车 辆在燃料燃烧过程中，排放的废气中不含铅，基本不含硫化物，并 - 11 - 显著降低车辆的颗粒物质(PM)、氮氧化物(NOX)和温室气体(GHG)等 有害物质的排放，综合降低尾气污染排放量 85%以上。对城区燃油 车辆改造或置换成 LNG 单燃料汽车，将产生显著的社会效益和环保 效益。 LNG 替代燃油尾气排放的降低率 排放污染物COCHNOSO2CO2微粒铅化合物 降低率97%72%36%99%24%40%100% 5.5.大型载重车辆选择大型载重车辆选择 LNGLNG 燃料的优势燃料的优势 5.15.1 车辆的适用性车辆的适用性 （1）大型载重车辆现以汽、柴油为燃料，根据实际运行情况， 汽油与天然气的使用燃料比例为 1L:1Nm3；柴油与天然气的使用燃料 比例约为 1L:1.1Nm3。由于大型载重车辆连续工作时间长，耗气量大 等特点，要求一次加气量大，与 CNG 比较，使用 LNG 优势明显。 我国 LNG 车辆的技术研发已分别列为国家科技部“863”计划， 加气 LNG 一次可连续行驶约 300600km。 （2）清洁汽车的购置 目前国内已生产出了各种马力的 LNG 车辆，考虑到出厂的 LNG 车辆性能和尾气排放指标均优于改装车辆，建议 LNG 清洁汽车应优 先提倡购置新车。 5.25.2 LNGLNG 替代燃油的经济性替代燃油的经济性 经济效益见 LNG 车辆经济效益估算表。 表表-1-1 LNGLNG 车辆经济效益估算表车辆经济效益估算表 车 型汽油机柴油机 - 12 - 前置式公交车后置式中型公交车 项 目 （长 9-10m） （长 10-11m，自重 8.5- 9t） 发动机排量/L 5.66.0 燃料种类 LNG 汽油 （93#） LNG 柴油（0#） 价格/元 4.0/m36.34/L4.0/m36.20/L 百公里耗量 31(m3)31(L)33(m3)30(L) 百公里燃料费/元 124196.54132186 百公里效益/元 72.74 54 每天效益/元/250 公里181.35/天135/天 全年 330 天效益/万元 5.9854.455 效益/万元/（使用年限） 35.907/（6 年）26.73/（6 年） 燃气设备增加费/万元 3.02.5 使用期总效益/万元 32.90724.23 购置 LNG 新车所需费用比购置燃油车高出 5-7 万元，而现有车 辆改造为 LNG 车辆的费用大约在 4-6 万元，由于 LNG 为清洁能源车 辆发动机工作不积碳可大大降低车辆维护费用并结合表-1LNG 车辆 经济效益估算表可知：公交车辆投资回收期大约在 1.5-2 年；中长 途大型载重车辆投资回收期在 1 年左右。 5.35.3 安全保障技术安全保障技术 LNG 汽车技术的安全问题，主要是 LNG 的泄漏问题。为了能够 及时检测到 LNG 的泄漏，LNG 汽车及加气站设有泄漏检测、冷量检 测、气体检测及火焰检测等安全检测系统。LNG 一旦发生泄漏，系 统会采取自动保护措施。 LNG 汽车技术的安全措施如下： 在气瓶仓、汽化器仓、发动机仓及车内安装漏气检测探头， 一旦仓内有气体泄漏，安装在仪表台处的燃气报警控制器即发生声 光报警信号，提醒驾驶员必须停车检查； - 13 - 在发动机仓内安装自动感应式干粉灭火器，检测出现火焰时， 即自动开始灭火。 车载 LNG 气瓶需要经过火烧、碰撞、枪击、高空坠落等多项 极端可靠性试验。 总之，LNG 站用系统和车用系统自身安全性设计要求非常高， 发生事故的可能性很小，其安全性是有保障的。 5.45.4 LNGLNG 安全性安全性 天然气的燃点为 650，天然气的爆炸极限为 4.614.57%，且 密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄漏即挥发扩散；而 LPG 的 爆炸极限为 2.49.5%，燃点为 466，密度大于空气，泄漏后不易 挥发；汽油爆炸极限为 1.07.6%，燃点为 427；柴油爆炸极限为 0.54.1%，燃点为 260。由此可见，天然气比 LPG、汽油、柴油 更安全。 LNG 加气设施由于工作介质为低温低压，温度在-146，压力 一般不大于 1.2 MPa，车载气瓶采用双层抽真空绝热技术；CNG 车用 技术采用常温高压储存，压力高达 25MPa，相对于 CNG 加气站，储 存容器及生产设备都要安全。对周边环境所造成的危险性相对小得 多。 5.55.5 LNGLNG 环保性环保性 LNG 由于脱除硫和水分更为彻底，其组份比 CNG 更纯净，因而 LNG 汽车的排放性能要优于 CNG 汽车。与燃油车相比，LNG 汽车的尾 气排放中二氧化碳的量大大减少，废气污染物排放量综合降低 85% - 14 - 以上，被称为真正的环保汽车。 LNG 加气设施采用低温泵转运液体，噪音很小，环保性能更好。 6 6 LNGLNG 技术方案技术方案 LNG 由运输槽车由 LNG 液化工厂或 LNG 接收站运至 LNG 加气站 卸至低温储罐中，再经加气设备（低温泵、加气机）给 LNG 车辆加 注 LNG(如下图所示)。 6.16.1 LNGLNG 撬装加气站设施方案及工艺流程撬装加气站设施方案及工艺流程 1) LNG 撬装加气设施特点 LNG 撬装加气设施是将 LNG 低温储罐、增压器、真空管道、 控制阀门、低温泵、加气枪等设备在制造厂事先集中固定安装在一 个撬块上。主要应用于 LNG 车辆测试和早期推广，具有如下特点： （1）高度集成、一体化设计，占地面积小； （2）设备整体采购，现场安装工作量小，投入使用快； （3）类似集装箱设计，便于运输和转移，具有良好机动性； （4）关键部件采用进口原装件，电仪系统本安或防爆设计，安 全可靠； （5）工艺可靠，预冷时间短，加气速度快； （6）PLC 全自动控制，人机界面良好，操作方便。 2）工艺流程 - 15 - LNG 撬装加气设施工艺流程一般分为卸车流程、升压流程、加 气流程以及卸压流程等四部分。 （1） 卸车流程 把集装箱或汽车槽车内的 LNG 转移至 LNG 撬装加气设施的储 罐内，使 LNG 经过泵从储罐上进液管进入 LNG 储罐。卸车有 3 种 方式：增压器卸车、泵卸车、增压器和泵联合卸车。 增压器卸车 通过增压器将气化后的气态天然气送入 LNG 槽车，增大槽车的 气相压力，将槽车内的 LNG 压入 LNG 储罐。 泵卸车 将 LNG 槽车和 LNG 储罐的气相空间连通，通过 LNG 低温泵 将槽车内的 LNG 卸入 LNG 储罐。 增压器和泵联合卸车 先将 LNG 槽车和 LNG 储罐的气相空间连通，然后断开，在卸 车的过程中通过增压器增大槽车的气相压力，用泵将槽车内的 LNG 卸入储罐，卸完车后需要给槽车降压。 第种卸车方式的优点是节约电能，工艺流程简单，缺点是产 生较多的放空气体，卸车时间较长；第种卸车方式的优点是不用 产生放空气体，工艺流程简单，缺点是耗电能；第种卸车方式优 点是卸车时间较短，耗电量小于第种，缺点是工艺流程较复杂。 （2） 升压流程 LNG 的拖车发动机需要车载气瓶内饱和液体压力较高，一般在 0.450.8MPa，而运输和储存需要 LNG 饱和液体压力越低越好。所 以在给汽车加气之前须对储罐中的 LNG 进行升压升温。LNG 撬装 - 16 - 加气设施储罐升压的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。LNG 撬装加气设施的升压采用下进气方式， 升压方式有两种：一种是通过增压器升压，另一种是通过增压器与 泵联合使用进行升压。第一种方式优点是不耗电能，缺点是升压时 间长。第二种方式优点是升压时间短，减少放空损失，缺点是需要 电耗。 （3）加气流程 LNG 撬装加气设施储罐中的饱和液体 LNG 通过泵加压后由加 气枪通过计量后给汽车加气。采用双管加气，车载储气瓶为上进液 喷淋式，加进去的 LNG 直接吸收车载气瓶内气体的热量，使瓶内压 力降低，减少放空气体，并提高了加气速度。 （4）卸压流程 由于系统漏热以及外界带进的热量，致使 LNG 气化产生的气体， 会使系统压力升高。当系统压力大于设定值时，系统中的安全阀打 开，释放系统中的气体，降低压力，保证系统安全。 通过对目前国内外先进工艺的 LNG 加气设施的调查了解，正常 工作状态下，系统的放空与操作过程和流程设计有很大关系。操作 和设计过程中尽量减少使用增压器。设计中由于系统漏热所带进系 统的热量，先通过给 LNG 撬装加气设施储罐内的液体升温，充分利 用自然产生的热量，减少人为产生的热量，从而减少放空气体的量。 操作过程中如果需要给储罐增压时，应该在车辆加气前两个小时， 根据储罐液体压力情况进行增压，不宜在卸完车后立即增压。 6.26.2 LNGLNG 常规加气站设施方案及工艺流程常规加气站设施方案及工艺流程 1）设计规模 - 17 - LNG 常规加气站一般供应车辆数量为 300 辆左右，加气站加 气规模为：30000Nm3/d。以后在推广期可按这个方式建设加气站。 LNG 储量可根据具体储存时间设置。设置容积为 60m3 的 LNG 储罐 2 台。 2）设计压力 根据 LNG 车辆发动机的工作压力确定 LNG 加气站的系统工作压 力为 0.450.8Mpa，LNG 储罐的设计压力为 1.2 Mpa，管道及其余 设备的设计压力为 1.6 Mpa。 3）设计温度 因为工作介质为饱和液体，根据压力确定系统工作时的最低温 度为-146，系统的设计温度为-196。 4）工艺流程 LNG 常规加气设施工艺流程与撬装加气设施相似，分为卸车流 程、升压流程、加气流程以及卸压流程等四部分。 5）装置布置 装置布置的原则是按照工艺流程的顺序布置设备，尽量缩短管 线，方便操作维修，方便受气车辆进出。 6）设备选型 主要工艺设备低温泵、加气机等采用进口设备，储罐、增压器 采用国产设备。 （1）LNG 储罐 LNG 加气站的储存量不大，但保冷性能要求较高，装置选用真 空粉末隔热储罐。 LNG 储罐设 ITT 液位计、差压变送器、压力变送器、压力表各 - 18 - 一套，以实现对储罐内 LNG 液位、压力的现场指示及远传控制。外 罐顶部设安全防爆装置，下部设夹层抽真空接口及真空度测试口。 根据系统的工作压力，并考虑其经济性，确定储罐的设计压力 为 1.2/-0.1 MPa（内筒/外筒），设计参数如下： 充装率：90 内/外罐的工作温度：-146/环境温度 内/外罐的设计温度：-196/-1950 内/外罐的材质：0Cr18Ni9/16MnR 设计压力：1.2/-0.1 MPa（内筒/外筒） 工作压力：0.8/-0.1 MPa（内筒/外筒） 蒸发率：0.3/d （2）加气机 加气机是给车用 LNG 气瓶加气和计量的设备，选用国外优质产 品，主要包括流量计和加气枪两大部件。流量计采用质量流量计， 具有温度补偿功能；加气枪是给车载 LNG 气瓶加气的快装接头，LNG 加气机的主要参数如下： 最小喷嘴压力：0.41MPa 最大流量： 0.19 m3/min（液态） 喉管配置：单管计量 计量精度：0.5% 工作介质：LNG 工作温度：146 设计温度：196 （3）LNG 低温泵 - 19 - 目前国内已建成的 LNG 加气站投入使用的 LNG 低温泵均采用国 外进口泵，国内 LNG 低温泵技术还不成熟。LNG 低温泵的流量根据 加气站的设计规模、加气时间及加气机的流量选定，根据调查知加 满一个 335L 的气瓶需要 3 分钟左右。泵的设计流量为 0.340m3/min，单台泵的设计最大流量为 0.416m3/min。 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 燃料加气泵的性能曲线对 LNG 低温泵进行选型，所选 LNG 低温泵的主要参数如下： 介 质： LNG 工作温度： 146 设计温度： 196 设计流量：0.340 m3/min（液态） 最大流量：0.416 m3/min（液态） 设计扬程：220m 最大扬程：255m 转速范围：1500-6000RPM 所需进口净正压头：0.73m 电机功率： 11KW 电 源：3 相，380V，50HZ （4）增压器 增压器是完成加气系统升压升温的设备之一，选用环境式换热 器。增压器选用空温式加热器，增压藉助于列管外的空气给热，使 管内 LNG 升高温度来实现，空温式换热器使用空气作为热源，节约 - 20 - 能源，运行费用低。 选用处理量为 300Nm3/h 的空温式增压器 1 台。其主要工艺参数 如下： 单台处理量： 300Nm3/h 进口介质： LNG 出口介质： NG/LNG 进口温度： 高于或等于-162 出口温度： -146 最高工作压力： 0.80Mpa 设计压力： 2.5Mpa 设计温度： 196 （5）阀门 阀门是实现系统开闭、系统自动化控制和系统安全运行的关键 设备。这些阀门应具备耐低温性能，储罐根部阀，紧急切断阀和气 动调节阀均选用进口产品。 加气设施内工艺系统设有手动截止阀、球阀、调节阀、气动切 断阀、安全放散阀、止回阀等。LNG 储罐的进、出液管道上设有气 动紧急切断阀；为了实现自动化控制，LNG 低温泵的进出口均设有 气动阀和调节阀；增压器的出口设有气动调节阀；液相管道上两个 截止阀之间设置安全阀。 加气设施内安全放散阀选用全启式安全阀，LNG 储罐设置两个 安全阀，一用一备。 （6）仪表风系统 在需要紧急切断或需要实现自控的部位均设置气动阀，仪表风 - 21 - 系统就是为气动阀提供符合要求的控制气源，氮气或压缩空气。 7. 安全问题安全问题 7.1.7.1.安全的重要性及系统安全的思想安全的重要性及系统安全的思想 液化天然气（LNG）汽车加气站物料的低温深冷特性、易燃易爆 特性、低温装置的工艺操作条件的苛刻性以及站址周边复杂的环境 特征，决定了它安全的重要性。 关于“安全” ，美国安全工程师协会（ASSE）给出的定义是：安 全意味着可以容忍的风险程度。 “安全”是相对“风险”而言，世界 上没有绝对安全的事物，关注风险就是关注安全，系统安全是指系 统生命周期内可以容忍的风险程度。 7.2.7.2. 安全设计是系统安全的基础安全设计是系统安全的基础 一个系统运行的风险最小，或者说系统达到最佳的安全状态， 在很大程度上取决于系统的安全设计，安全设计是系统安全的基础。 安全设计即是分析人的不安全行为、物的不安全状态、环境的 不安全表现所带来的危险性以及消除这些危险所采取的安全技术措 施，将系统的安全置于系统的设计阶段。 系统的安全设计基于系统生命周期中安全的两个方面。本质 1 化安全。本质化安全是系统安全的根本保证，从系统总成或组件的 构思开始就融入安全设计的思想，一是保证系统在正常运行条件下 本身是安全的，也就是系统在其生命周期内不依赖保护设备也能安 全运行；二是系统的故障安全，当系统偏离正常的操作条件或控制 - 22 - 系统失效或失去控制电流（或气源）时，系统能保持稳定或停止在 安全的状态下；工程化安全。工程化安全是对本质化安全的补充， 2 其主导思想是依靠工程安全设施作为后备保护，加强系统在生命周 期内的安全性。 国家相关法律法规、标准规范是系统安全设计的指南，先进、 成熟、可靠的技术是系统安全的保障。 7.3.7.3. LNGLNG 加气站危险性分析加气站危险性分析 7.3.1 物（物料和装置）的不安全状态 7.3.1.1 物料的危险性 （1）低温过冷危险特性 LNG 的储存温度为162 ，发生泄漏后的射流或冷蒸气云， 会使所接触的一些材料变脆、易碎，或者产生冷收缩，致使管材、 焊缝、管件受损产生泄漏。特别是对 LNG 储罐可能会引起外罐脆裂 或变形，导致真空失效，绝热破坏。过冷液体或气体都会对人体产 生低温灼烧、冻伤等危害。 （2）火灾、爆炸特性 泄漏后 LNG 被空气气化、加热高于107 时，天然气比空气 轻，会在空气中快速扩散。气态天然气的容积约为液态的 600 倍， 天然气与空气混合后，体积百分数在一定的范围内遇火就会产生爆 炸，其爆炸下限为 4.6，上限为 14.57。 7.3.1.2 装置的危险性 （1）热膨胀和热蒸发带来的装置超压爆裂 - 23 - LNG 作为一种低温液体，储存于绝热储罐或充满管道中，任何 热传导或作业中的热量会导致系统中的一些液体蒸发为气体，同时 使液体受热膨胀。热膨胀和热蒸发性使系统压力升高，在安全泄压 装置故障或泄放能力不足时，储罐或管道会发生超压事故。因此不 希望外界热量带入和传入系统，不希望自身在输送过程中产生热量。 来自外界和自身的热量有：绝热系统由于冷损使漏热传入；LNG 槽车和车载储气瓶的气相部分的热量在卸车和加气时又回到加气站 系统；输送过程中的摩擦热；卸车或加气时，作业需要的增压 气体的热量；绝热破坏时的热膨胀和热蒸发；火灾事故时的热 辐射。 （2）LNG 储罐的危险性：液位超限产生的危险：LNG 储罐内在 卸车过程中要防止液位超限，液体的充装量不能超过上限，超装后 随着时间的推移，物料的热膨胀性和热蒸发性可能引起压力升高。 出液过低会使泵抽空，罐内出现负压，出液时最低液位应控制在 下限。内外罐夹层之间的真空破坏，漏热大量产生内罐由于热膨 胀和热蒸发超压。 （3）LNG 低温泵的气蚀：由于系统中气体的存在，LNG 低温泵可 能发生气蚀现象，气蚀现象引起泵体振动，致使泵不能工作。 （4）管道运行产生的危险：管道中的两相流与管道振动：LNG 的液相管道由于受热部分液体气化，体积膨胀，这种有相变的两相 流因流体的体积发生突然的变化，流体的流型和流动状态也受到扰 动，管子内的压力增大，这种情况可能激发管道振动。液击现象 与管道振动：在 LNG 的输送管道中，由于加气车辆的随机性，装置 反复开停，液相管道内的液体流速发生突然变化，有时是十分激烈 - 24 - 的变化，液体流速的变化使液体的动量改变，反映在管道内的压强 迅速上升或下降，同时伴有液体锤击的声音，液击造成管道内压力 的变化有时会很大，突然升压严重时可使管道破裂，迅速降压形成 的管内负压可能使管子失稳，导致管道振动。输送物料时管道的 静电：LNG 的电导率较低，在输送与装卸过程中，介质高速流动、 喷射、撞击等有可能产生并积蓄一定的静电荷，当装置的两个带电 体之间的静电位差达到一定数值时，会产生放电现象，可能会引燃 泄漏的天然气。 7.3.2 人的不安全行为 7.3.2.1 运行时的误操作 （1）LNG 储罐液位超限：卸车时由于液位仪表的失灵或人为误 读，使储罐超装。 （2）软管拉断：卸车或加气结束未卸下软管或加气枪车已启动 驶离，可能拉断卸车或加气软管，使软管中残留的液体泄漏。 （3）槽车增压时压力过高：LNG 槽车卸车时要求给槽车增压， 压力过高可能导致容器超压产生爆裂事故。增压过高时也可能导致 管道流速太大，振动剧烈，大量的产生静电荷。 （4）操作程序、顺序有误：操作程序、顺序有误时，可能导致 系统无法正常运行甚至发生事故。 7.3.2.2 事故状态的误操作 （1）处理泄漏事故时未切断储罐根部阀，导致事故范围扩大。 （2）发生泄漏时未切断电源、火源，导致火灾或爆炸事故发生。 - 25 - 7.3.3 环境的不安全表现 7.3.3.1 正常操作环境 （1）冷蒸气云的危害 卸车或加气时，由于软管接头连接经常摩擦，密封不严，有可 能产生微量泄漏。软管连接或卸下时有微量气体泄漏，卸车区或加 气区有可能形成冷蒸气云，冷蒸气云可对操作人员造成冷麻醉伤害。 冷蒸气云与空气中的水分形成云雾，使作业区域可视性差。 （2）加气时加气枪和车载气瓶的金属接头的低温可能伤害操作 人员。 7.3.3.2 事故环境 （1）LNG 泄漏的射流或冷蒸气云会造成其它设备的冷脆裂、冷变 形等现象。 （2）泄漏后 LNG 的射流或冷蒸气云使抢险人员不能靠近，致使 事故范围扩大。 （3）发生火灾爆炸时，热辐射强度大，LNG 储罐可能因热辐射 使罐内液体体积膨胀或蒸发，压力升高直至超压发生爆裂事故；热 辐射使抢险人员不能靠近，不能及时扑灭火灾。 （4）泄露的液体及流淌火灾，因具有良好的流动性，可能使事 故范围扩大。 - 26 - 7.3.3.3 自然环境 （1）雷电 雷电灾害引起以下三方面的效应： 热效应：雷电击中地面物体，雷电电流产生焦耳楞次热效 应，强大的雷电流在瞬间转换成热能，造成金属熔化飞溅。雷电的 放电火花或瞬时高温引燃泄漏的天然气。 电磁效应：雷电在它的放电通道产生的迅变电磁场，在空间 一定范围内产生电磁效应。可在金属导体部件之间产生电火花，可 以在电力线路上感应出过电压，过电压以雷电波的形式入侵电力用 户，击穿电气绝缘等，毁坏用电设备。 （2） 地震 地震力可使 LNG 储罐基础坍塌，管道断裂，LNG 立式储罐受灾程 度更大。 （3） 风压力和雪压力 风压力和雪压力可对建构筑物或设备造成破坏，如 LNG 立式储 罐、加气罩棚。 7.4.7.4. LNGLNG 加气站安全设计加气站安全设计 7.4.1 安全设计的原则 根据以上对 LNG 加气站的危险性分析，人的不安全行为、物的 不安全状态、环境的不安全表现所导致的最严重的事故一是低温容 器管道因热膨胀、热蒸发超压而发生的爆裂事故（物理爆炸） ；二是 物料泄漏后与空气混合物在爆炸危险范围内遇上火源发生爆炸（化 学爆炸） 。所以对 LNG 加气站系统而言，本质化安全设计原则是不发 - 27 - 生热膨胀、不泄露天然气、不产生火源。工程化安全设计的原则是 为本质化安全设计提供后备保护，如采取拦蓄泄漏的 LNG 液体和限 制 LNG 溢出措施、设计消防灭火系统等。 7.4.2 场地准备 7.4.2.1 避开人口密度大建筑物密集的地区。最好是城市的周边地 区。 7.4.2.2 场地最好挨近省道、国道或者高速公路以及交通的一些主 干道。 7.4.2.3 场地面积在 5-10 亩左右，不低于 5 亩。 7.4.2.4 场地宜位于全年最小频率风向的上风侧、临近有火源存在 的设施的上风侧。 7.4.2.5 在一些运输公司的内部我们可应要求建设专供内部使用的 加气站。一定条件后开放使用。 7.4.3 总平面布置安全设计 7.4.3.1 按防火规范留足防火间距。 7.4.3.2 流体局限化设计 根据规范 LNG 储罐的周围设置拦蓄区，在发生泄漏时，防止流 体流淌蔓延，将流体限制在一定区域内。便于使用泡沫灭火器隔绝 空气，限制流淌火灾。拦蓄区内设置集液池，收集泄漏的 LNG 和雨 水。 7.4.3.3 设置环形车道或回车场地 总平面布置时要考虑到方便消防车从场地中进退，方便 LNG 槽 车的进出，特别要考虑到事故状态下需要向 LNG 槽车倒出事故储罐 - 28 - 液体，要方便 LNG 槽车快捷进入。 7.4.4 建（构）筑物安全设计 7.4.4.1 耐火等级 建（构）筑物的耐火等级为 2 级、耐火时限 2 小时，所有混凝 土及钢构架、管架、支座、螺栓施工完毕后应涂覆耐火层。 7.4.4.2 耐低温设计 站内工艺设施的基础，如储罐、低温泵、加气机基础及防护堤 应采用抗冻性能好的混凝土，储罐钢支座应作耐低温处理。 7.4.4.3 抗震设计 （1）按照工程所在地抗震设防要求设计。 （2）考虑水平和垂直加速度引起的动作用力。 （3）考虑地震力和操作荷载的组合。 7.4.4.4 安全疏散口 拦蓄区及操作平台均设置两个安全疏散口，确保事故状态下操 作人员安全逃逸和事故抢险人员进入。 7.4.5 工艺安全设计 7.4.5.1 工艺流程安全设计 （1）合理确定设计参数：LNG 加气站系统虽是低温低压系统， 系统的设计压力不能太低，要综合考虑系统在热膨胀性和热蒸发性 压力下的安全性。 （2）采用车载储气瓶自增压方案：根据系统内的物料是低温液 态的特点，尽量不要给系统增加热量。卸车不采用升压方案，而采 用低温泵卸车；车载储气瓶的气体完全用于车载燃料系统不能再回 - 29 - 到站内储罐。 （3）加气时不给储罐升压，而采用车载气瓶自增压系统。 （4）为了防止因密度不同的分层而引起的翻滚现象，设置上进 液和下进液方式，对密度小的 LNG 采用下进液方式，密度大的采用 上进液方式。 7.4.5.2 过程安全装置的设计 （1）压力控制装置 泄压放散装置：系统压力升高超过最高系统工作压力时系统 应泄压放散，储罐设置安全阀自动泄压，防止压力超限；储罐设置 真空安全阀，防止储罐出现负压；液相管道两个阀门之间设置安全 阀，防止管道压力超限；气相管道上也设置安全阀；超压时自动放 散，同时设置人工放散阀，增加放散的灵活性。安全阀的泄放量要 满足超压泄放要求，安全阀要有全天候的热备用系统。 集中放散管：站内各工艺设施如储罐、低温泵、工艺管道等 设备设有集中放散管，进入放散管前，液体、气体应经空温式加热 器加热，放散管高出周围 25 米之内的建筑物 2 米，位置设置在站区 全年最小频率风向的上风侧，放散方向应垂直向上，放散管最低点 要有排除管内积水的措施。 （2）物料保存阀 物料保存阀设计的目的是在系统发生泄漏事故或火灾事故时， 将物料限制在储罐内，可采用的措施有：在储罐进液口安装止回 阀；在储罐的出液口安装过流阀，在物料流速太快时立即关闭； 在储罐的进液、出液、气相口上安装紧急切断阀，事故状态时立 即切断。 - 30 - （3）紧急切断系统（ESD） 系统内设置紧急切断系统，当监测仪表监测到系统偏离运行工 况无法修复或发生事故时，能自动报警并快速切断储罐等危险源装 置。将系统行止在安全状态，ESD 也可人工操作。 （4）设置程序控制装置 为防止人工误操作，设置联锁机构，如 LNG 储罐的液位仪表与 进液阀设置联锁，最高允许液位时，切断进液装置，防止超装。 7.4.5.3 装置布置 （1）设备管道布置时要考虑到操作、维修空间及安全逃逸通道。 （2）管道排列要依据介质危害程度排列，地下电气和仪表管不 能与工艺管线同沟，防止泄漏后天然气与电气火花相遇产生爆炸。 （3）管道及管系安全：配管设计要进行柔性计算，低温管道考 虑冷收缩要进行补偿，补偿尽量采用自然补偿式；管道支架要考虑 管道振动、地震力、温度变化等因素。 7.4.6 电源仪表风系统及惰性气体系统的设计 7.4.6.1 电源及仪表风系统应设置热备用系统。 7.4.6.2 惰性气体主要是氮气系统的设计主要用于储罐、管道检修 后的置换。 7.4.7 自动控制及报警系统安全设计 7.4.7.1 装置检测仪表 储罐上分别设置现场和远传液位计、压力表，并对液位、压力 实行联锁，超限自动报警、切断；低温泵的进出口、工艺管道上设 - 31 - 有现场和远传压力表、温度计，加气机上设有现场和远传流量计、 压力表、温度计，所有仪表均远传到控制室，实行在线实时控制。 7.4.7.2 现场监测仪表 （1）拦蓄区、作业区设置可燃气体泄漏报警器； （2）拦蓄区设置能连续检测 LNG 泄露的低温探测器； （3）拦蓄区、作业区设置火焰探测器。 7.4.7.3 所有检测、监测仪表与紧急切断系统联锁，当检测到系统 工艺参数超限时，立即启动 ESD，实现紧急切断和停车。 7.4.8 电气安全设计 7.4.8.1 按照爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 （GB50058）划定爆炸和火灾危险区域，在此爆炸区域内选择相应防 爆级别的电器设备、灯具、电缆等。 7.4.8.2 采用阻燃性电缆，并对电缆沟填实封堵，防止气体和液体 进入配电室和控制室内。 7.4.8.3 按照建筑物防雷设计规范 （GB50057）站内的气体区 爆炸危险区划为第二类防雷建筑物，站内信息系统安装的控制室划 为防雷击电磁脉冲的 LPZ1 防雷区，采取如下防雷措施： （1）防止直击雷：将加气区罩棚屋面彩钢板厚度设计大于 0.5mm（满足雷电直击要求） ，在办公楼屋面设置避雷网（网格不大 于 1010m） ，壁厚大于 4mm 的容器利用金属壳体直接作接闪器，但 应与防雷接地网可靠连接，保证良好的电气通路。当需设计避雷针 时，避雷针高度按照滚球法计算合适即可，不能加高，太高容易 “招雷” 。 - 32 - （2）防止感应雷：将所有工艺设施，如储罐、低温泵、管道、 放散管、加气机及钢结构的加气罩棚等，均应接到防雷电感应的接 地装置上； （3）防止雷电波侵入：电缆外皮、保护钢管接到防雷电感应的 接地装置上，架空工艺管道每隔 25 米接地一次，并与防感应雷接地 装置相连； （4）防雷击电磁脉冲（LEMP）：信息系统需要防雷击电磁脉冲， 主要措施是在信息系统设备所在的建筑物屋面设置避雷网；房间采 用屏蔽接地措施，即将建筑物内所有的金属构件、金属门窗、钢筋 混凝土的钢筋等自然构件、工艺设备、管道等电位连接，并与防雷 接地装置相连。 在低压进线屏上设置浪涌保护器，在信息系统的电源入口处设 置浪涌保护器。 7.4.8.4 按照化工企业静电接地设计规范 （HGJ28） ，对工艺装置、 管道等进行防静电接地，选择导电性能好的加卸气软管对 LNG 槽车 及受气车辆进行接地。 7.4.8.5 全站的防雷接地、防静电接地、电气接地及信息系统接地 共用接地装置，接地电阻不大于 4 欧姆。 7.4.9 排水系统安全设计 7.4.9.1 拦蓄区的集液池与外部排水管道之间无直接联系，防止 LNG 流入外部排水管道。 7.4.9.2 在集液池内设置可燃气体报警器，当拦蓄区集液池的雨水 需要排出时，要确认池内无泄漏的天然气，应采用尽可能长的明沟 - 33 - 排入市政排水系统。 7.4.10 灭火系统设计 7.4.10.1 干粉灭火系统 在拦蓄区、卸车区，加气区设置若干数量的干粉灭火器，一旦 排出的少量泄漏气体被引燃时，可快速释放干粉灭火，把事故消灭 在萌芽状态。 7.4.10.2 气体灭火系统 在控制室、配电室等建筑物内设置气体灭火器，如二氧化碳型 灭火器等扑灭电气火灾。 7.4.10.3 泡沫灭火系统 在拦蓄区设置移动高倍数泡沫发生器，用于事故状态下隔绝流体 与空气的接触；扑灭流淌火灾。作为移动式消防设施，能适用于不 同位置的火灾现场，灵活、快速地作出反应，迅速覆盖泄漏的 LNG。 7.57.5 防冻预防及处理措施防冻预防及处理措施 由于 LNG 是深冷液体，身体直接与低温物体表面接触会产 生严重的伤害，因此在加气站的日常工作中防止人员冻伤以及处理 好冻伤的突发情况也是加气站安全工作中的重要一环。 7.5.1 防冻预防措施 1、对有可能接触到 LNG 的操作人员配备一定数量的防冻用 品：防护服、无吸收性防冻手套（PV或皮革制成） 、防护鞋及面 罩护目镜。 - 34 - 2、加气站配备呼吸保护设备： （1）过滤呼吸保护装置：口罩；半面罩呼吸保护器； 全面罩呼吸保护器；动力空气净化保护器；动力头盔保护器。 （2）供气式呼吸保护器：长管洁