LNG液化天然气技术1aPPT课件.ppt

LNG液化天然气技术主讲 杨平修西安数字技术学院 1 第一章LNG基础知识主要内容一 什么是LNG二 LNG组成及性质三 LNG的特点四 LNG的安全 2 一 什么是LNG LNG是液化天然气英文的简称 LiguefiedNaturalGas 它是天然气 甲烷CH4 在经过净化及在超低温状态下 一个大气压 162 冷却液化的产物 我国的国家标准BG T19204 2003中是这样定义的 一种在液态状态下的无色流体 主要由甲烷组成 组分可能含有少量乙烷 丙烷 氮或通常存在于天然气中的其他成分 液化后的天然气其体积大大减少 在0 一个大气压时约为天然气体积的1 600 也就是说1立方米LNG气化后可得600立方米天然气 在0 密度约为0 715kg m 20 密度约为0 6642kg m 液化天然气无色无味 主要成分是甲烷 很少有其他杂质 是一种非常清洁的能源 其液体密度约为424kg m 3 二 LNG组成及性质 组成LNG是以甲烷为主要组分的烃类混合物 其中含有通常存在于天然气中少量的乙烷 丙烷 氮等其他组分 密度LNG的密度取决于其组分 通常在420kg m 470kg m 温度LNG的沸腾温度取决于其组分 在一个大气压力下通常在 166 157 之间 沸腾温度随蒸气压力的变化梯度约为 当LNG转变为气体时 其密度为1 5kg m 比空气重 当温度上升到 107 时 气体密度和空气密度相近 4 一 LNG的特点1 超低温 在一个大气压力下 温度达到 162 2 气液膨胀比大 能效高 易于运输和储存 3 清洁能源 天然气被认为是地球上最干净的化石能源 4 安全性能高 由LNG优良的理化性质决定的 气化后比空气轻 易扩散 且无毒 无味 5 燃点较高 自燃温度约为450 6 爆炸极限 5 15 5 一 LNG的安全1 操作中的冷灼伤 LNG接触到皮肤时 可造成与烧伤类似的起泡灼伤 从LNG中漏出的气体也非常冷 并且能导致低温灼伤 2 毒性天然气是无毒的 3 窒息天然气是一个窒息剂 大气中含氧量约为21 当大气中氧含量低于18 时 会引起人的窒息 4 火灾LNG发生火灾时推荐使用干粉灭火器 6 第二章LNG气化工艺主要内容一 两个名词解释二 LNG相关设备 三 LNG的气化工艺 7 一 两个名词解释1 BOG气体 BoiloffGas LNG的闪蒸汽 槽车 储罐 低温钢瓶内的LNG自然吸热气化产生的气体 特点 低温 持续不断 约每日1 2 5 密度比常温空气重 2 EAG LNG系统中放散出来的天然气叫做EAG 特点 低温 密度比常温空气重 8 一 LNG相关设备主要介绍 1 LNG槽车2 LNG槽船3 LNG储罐4 LNG钢瓶5 LNG气化器 9 LNG槽车 将LNG从母站运输到气化站我国目前现有的陆上LNG运输均采用汽车槽车 单辆槽车最大水容积37m LNG运输能力22000Nm 气态天然气 槽车设计压力0 8MPa 运行压力0 3MPa 10 11 12 13 2 LNG槽船 将进口LNG或海上气田直接生产的LNG运输到岸的LNG运输设备 我国目前自主设计 自行建造的第一艘天然气LNG运输船由中国船舶工业集团公司所属沪东中华造船 集团 有限公司是国内建造LNG船的唯一一家企业 14 这艘KNG船造价高达1 6亿美元 几乎等于五艘普通巴拿马型散货轮的总造价 而其钢材消耗量却仅相当于一艘7万吨散货轮 整个船装载量为14 721万立方米 全部汽化以后容量将达9000万立方米 相当于上海全市居民1个月的天然气使用量 15 随着第一艘液化天然气 LNG 运输船正式交付船东 世界顶级船舶建造历史上又一次铭刻下了中国制造 零 的突破 这艘世界上最大的薄膜型LNG船长292米 宽43 35米 型深26 25米 堪称海上 巨无霸 但其建造工艺相当精致 LNG船运用保温瓶原理 为货舱设计了半米厚的隔热 内胆 由内藏珍珠岩的5 5万个绝缘木箱垒成两层 打造最关键的绝缘层内壁 0 7毫米厚度的合金钢板必须一小块一小块地拼接 全船焊缝长达120公里 工人在焊接时不能有一滴汗水沾上 钢衣 否则 保温内壁就有可能出现纰漏 要花1000个工时来修复 LNG运输船需能保证在零下163 低温下 像变魔术一样 把天然气 压 成液态 使其体积缩小到1 600 加上超长距离运输液化天然气的能力 LNG船成为国际上公认的高技术 高附加值 高可靠性的产品 16 17 18 3 LNG储罐 气站现场储存LNG的设备分类 按容积分 LNG储罐一般有50m 100m 和600m 等多种 按形式分 LNG储罐一般有立式和卧式两种 简介 LNG立式低温储罐 3 LNG储罐 气站现场储存LNG的设备分类 按容积分 LNG储罐一般有50m 100m 和600m 等多种 按形式分 LNG储罐一般有立式和卧式两种 简介 LNG立式低温储罐 19 100m3真空粉沫绝热贮罐 圆筒型 600m3大形真空粉沫绝热贮罐 圆筒型 20 LNG低温储罐很像暖水瓶 是双层结构 内胆存储低温液体 所以制作内胆的材料必须采用耐低温合金钢0Cr18Ni9 外壳的作用是为了形成内胆的的绝热层 它使外壳与内胆之间保持一定的距离 形成绝热空间 并通过支撑装置固定内胆 它要承受内胆和介质的重力载荷以及绝热层的真空负压 低温储罐绝热性能的一个重要技术指标 叫做蒸发率 对于LNG储罐一般为 0 2 它表示的一天24小时中 由于储罐绝热层泄露而使的外部热量传入储罐内胆 导致气化的液体体积与储罐容积的百分比变化 LNG卧式低温储罐结构 21 LNG低温储罐的接口与LPG储罐相似 有气相接口 LNG低温储罐结构进液口 出液口和液位检查口 不同的是 由于绝热和内部结构原因 所有接口都集中在储罐的一个封头上 一般不能随处开口 比如 安全阀是安装在气相管上的 不单独开口 一般也不单独设置排污口 另外需要特别说明的是 进液管一般有两个 一个下部进液管 还有一个上部进液管 22 地下或半地下LNG储罐的设置应符合下列规定 1 储罐宜采用卧式储罐 2 储罐应安装在罐池中 罐池应为不燃烧实体防护结构 应能承受所容纳液体的静压及温度变化的影响 且不渗漏 3 储罐的外壁距罐池内壁的距离不应小于1m 同池内储罐的间距不应小于1 5m 4 罐池深度大于或等于2m时 池壁顶至少应高出罐池外地面1m 5 半地下LNG储罐的罐池顶至少应高出罐顶0 2m 6 储罐应采取抗浮措施 7 罐池上方可以设置开敞式的罩棚 23 说明 1 采用卧式储罐可减小罐池深度 降低建造难度 4 本款的规定 是为了防止人员意外跌落罐池而受伤 6 罐池内在雨季有可能积水 故需对储罐采取抗浮措施 卧式LNG储罐 卧式LNG储罐 24 储罐基础的耐火极限不应小于3h LNG储罐阀门的设置应符合下列规定 1 储罐应设置全启封闭式安全阀 且不应少于2个 1用1备 安全阀的设置应符合 固定式压力容器安全技术监察规程 TSGR0004的有关规定 2 安全阀与储罐之间应设切断阀 切断阀在正常操作时处于铅封开启状态 3 与LNG储罐连接的LNG管道应设置可远程操作的紧急切断阀 4 与储罐气相空间相连的管道上应设置可远程控制的放散控制阀 5 LNG储罐液相管道根部阀门与储罐的连接应采用焊接 阀体材质应与管子材质相适应 25 说明 1 设置安全阀是现行国家标准 固定式压力容器安全技术监察规程 TSGR0004的有关规定 为保证安全阀的安全可靠性和满足检验需要 LNG储罐设置2台或2台以上全启封闭式安全阀是必要的 2 规定 安全阀与储罐之间应设切断阀 是为了满足安全阀检验需要 3 规定 与LNG储罐连接的LNG管道应设置可远程操作的紧急切断阀 是为了能在事故状态下 做到迅速和安全地关闭与LNG储罐连接的LNG管道阀门 防止泄漏事故的扩大 4 本款规定 是为了在LNG储罐超压情况下 能远程迅速打开放散控制阀 这样即可保证储罐安全 也能确保操作人员安全 5 阀门与储罐或管道的采用焊接连接相对法兰或螺纹连接严密性好的多 LNG储罐液相管道首道阀门是最重要的阀门 故本款从严要求 规避了在该处接口可能发生的重大泄漏事故 这是LNG加气站重要的一项安全措施 26 说明 1 液位是LNG储罐重要的安全参数 实时监测液位和高液位报警是必不可少的 要求 高液位报警器应与进液管道紧急切断阀连锁 可确保LNG储罐不满溢 2 压力也是LNG储罐重要的安全参数 对压力实时监测是必要 3 检测内罐与外罐之间环形空间的绝对压力 是观察LNG储罐完好性的简便易行的有效手段 4 本款要求 液位计 压力表应能就地指示 并应将检测信号传送至控制室集中显示 有利于实时监测这些LNG储罐重要的安全参数 27 说明 1 对LNG储罐的底与泵罐顶间的高差要求 是为了保证潜液泵的正常运行 2 潜液泵启动时 泵罐压力骤降会引发LNG气化 将气化气引至LNG储罐气相空间形成连通 有利于确保泵罐的进液 当利用潜液泵卸车时 与槽车的气相管相接形成连通 也有利于卸车顺利进行 3 潜液泵罐的温度和压力是防止潜液泵气蚀的重要参数 也是启动潜液泵的重要依据 故要求设置温度和压力检测装置 4 在泵的出口管道上设置安全阀和紧急切断阀 是安全运行管理需要 28 9 1 9L CNG系统采用柱塞泵输送LNG时 柱塞泵的设置应符合下列规定 1 柱塞泵的设置应满足泵吸入压头要求 2 泵的进 出口管道应设置防振装置 3 在泵出口管道上应设置止回阀和全启封闭式安全阀 4 在泵出口管道上应设置温度和压力检测仪表 温度和压力检测仪表应能就地指示 并应将检测信号传送至控制室集中显示 5 应采取有效的防噪音措施 使柱塞泵的噪声对周边环境的影响符合国家和地区相关规范的规定 29 说明 1 目前一些L CNG加气站柱塞泵的运行不稳定 多数是由于储罐与泵的安装高差不足 管路较长 管径较小等设计缺陷造成的 2 柱塞泵的运行震动较大 在泵的进 出口管道上设柔性 防震装置可以减缓震动 3 为防止CNG储气瓶 井 内天然气倒流 需在泵的出口管道上设置止回阀 要求设全启封闭式安全阀 是为了防止管道超压 4 在泵的出口管道上设置温度和压力检测装置 便于对泵的运行进行监控 5 目前一些L CNG加气站所购置的柱塞泵运行噪音太大 严重干扰了周边环境 其因 一是泵的结构型式本身特性造成 二是一些管道连接不当 在泵型未改变前 L CNG加气站建在居民区 旅业 公寓及办公楼等需求安静条件的地区时 柱塞泵需采取有效的防噪音措施 30 9 1 10气化器的设置应符合下列规定 1 气化器的选用应符合当地冬季气温条件下的使用要求 2 气化器的设计压力不应小于1 2倍的最大工作压力 3 高压气化器出口气体温度不应低于5 4 高压气化器出口应设置温度计 说明 要求 高压气化器出口气体温度不应低于5 是为了保护CNG储气瓶 井 CNG汽车车用瓶在受气充装时产生的汤姆逊效应温度降低不低于 5 此外 供应CNG汽车的温度较低 会产生较大的计量气费差 不利于加气站的运营 31 说明 1 液位是LNG储罐重要的安全参数 实时监测液位和高液位报警是必不可少的 要求 高液位报警器应与进液管道紧急切断阀连锁 可确保LNG储罐不满溢 2 压力也是LNG储罐重要的安全参数 对压力实时监测是必要 3 检测内罐与外罐之间环形空间的绝对压力 是观察LNG储罐完好性的简便易行的有效手段 4 本款要求 液位计 压力表应能就地指示 并应将检测信号传送至控制室集中显示 有利于实时监测这些LNG储罐重要的安全参数 32 1连接槽车的液相管道上应设置紧急切断阀和止回阀 气相管道上宜设置切断阀 说明 本条的要求是为了在出现不正常情况时 能迅速中断作业 2LNG卸车软管应采用奥氏体不锈钢波纹软管 其公称压力不得小于装卸系统工作压力的2倍 其最小爆破压力不应小于4倍的公称压力 说明 本条规定是依据 固定式压力容器安全技术监察规程 TSGR0004 2009第6 13条制定的 有的站采用固定式装卸臂卸车 也是可行的 LNG卸车 33 34 LNG储罐的增压与减压 1 增压随着LNG的使用 罐内液位不断下降 气相空间增大使罐内压力不断降低 LNG流出流速逐渐变慢直至停止 因此 正常运营操作中需不断向罐内补充气体 将罐内压力维持在一定范围内 才能使LNG气化过程持续下去 这个过程叫增压 它的原理如图所示 35 36 37 储罐的增压是由自动式增压调压器和小型室温式气化器组成的自动增压系统来完成的 当罐内压力低于自动增压器的设定值时 调压器打开 罐内液体靠液位差缓缓流入增压气化器 液体气化产生的气体流经调压器和气相管补充到储罐内 气体的不断补充使得罐内压力回升 当压力回升到调压器设定值以上时 调压器关闭 这时 增压气化器内的压力会阻止液体的继续流入 增压过程结束 38 2 减压 超压保护 LNG在储存过程中会由于储罐的环境温热而缓慢蒸发 导致储罐的压力逐步升高 最终危及储罐安全 因此 必须采用释放罐内气体的方法控制压力上限 方法是在储罐的气相管道上设置调压器 当储罐内压力升高到设定值时 减压阀便会缓慢打开 将罐内气体放出 当压力降回到设定值以下时 自动调压器自动关闭 需要指出的是 这里所说的调压器并不是我们常用的气体调压器 一般调压器出口端压力控制阀动作 像我们常用的放散阀 另外它是要耐受低温 释放出来的气体一般不放入大气 后续的工艺会将其回收利用 这部分气体简称BOG 39 LNG低温槽车卸车工艺原理与LPG不同 LNG与环境温度有很大的温差 有很大的冷能 所以LNG卸车不需要额外消耗动力 完全利用温差进行 低温槽车一般有三个接口 两个液相口 一个气相口 卸车过程中 一个液相口经管道连接到站上低温罐的进液口 用来输送液体 另外一个液相口与增压气化器连接用来增压 气相连接增压气化器出口 储罐的气相口BOG管道 卸完后回收槽车内气体 40 LNG低温槽车卸车工艺卸车过程是这样完成的 利用槽车自身的增压装置或卸车增压器给槽车罐增压后 使其压力超过站上储罐压力0 1MPa以上 然后打开液相阀门 液体便流入站上的储罐内 液体卸完后 通过气相管将槽车内的气体回收到BOG管中 卸车就完成了 卸车中有两个问题需要解决 一是随着液体进入储罐内液位升高 气相空间产生压缩效应 导致储罐压力升高 升高到接近槽车压力时 液体流量大大下降 直至停止 二是液体在管道中流动和进入储罐后可能产生气化 生成的气体也会进入储罐内 导致储罐压力升高 阻碍卸车 解决第二个问题的办法是给气体释放找一个出路 前面介绍的自动调压器就是一条放出气体的出路 但自动减压阀是为储罐放出自然蒸发气体而设置的 流量很小 阀的口径也很小 满足不了卸车中放出气体流量的要求 简单的方法 是在自动调压器旁并联一个截止阀 卸车过程中打开 提高流量 卸车结束后关闭 第二个问题 需要结合储罐进液口的结构和进液操作工艺才能实现 41 42 LNG储罐的仪表设置应符合下列规定 1 LNG储罐应设液位计和高液位报警器 高液位报警器应与进液管道紧急切断阀连锁 2 LNG储罐最高液位以上部位应设压力表 3 在内罐与外罐之间应设置检测环形空间绝对压力的仪器或检测接口 4 液位计 压力表应能就地指示 并应将检测信号传送至控制室集中显示 43 4 LNG钢瓶LNG低温钢瓶有DP175 DP195 DP210 DP410 DP480等几种 低温钢瓶的应用是很成熟的 在液氧和液氮行业应用很广泛 像LPG那样 瓶装方式也可以应用在LNG上 在这方面有成功的例子 44 不过低温钢瓶结构比普通钢瓶复杂 使用要求也比较特殊 所以还不能像LPG那样随便使用 但是经过近几年LNG瓶装燃气供应的实践 瓶组式民用小区供气 实验室用气 工业用气 瓶组或钢瓶 等方面得到广泛的应用 45 46 低温钢瓶结构示意图 47 1 外筒体 除保护内筒外 还与内筒体形成真空夹层 2 内筒体 用来储存低温液体 3 蒸发盘管 用来通过与外筒内壁的热交换 实现液气转换 4 液体进出口阀 用于低温液体的灌充和排出 5 安全阀 容器的压力高于最大工作压力自动泄压 6 放空阀 BOD回气口 用于排除容器灌装过程中内筒空间的气体 在满足容器顺利灌充的同时 又能控制灌充压力 此阀也可为降低容器压力 内压 作排气阀用 7 组合调压器 有两个作用 优先使容器气相空间高于设定压力的那一部分积聚气体 给增压过程中的最大增压力 驱动压力 一个控制值 限制 一般设定为0 8MPa 48 8 增压开启阀 用于开启容器压力建立系统的管道 使容器能够建立起一定的驱动压力 内压 来驱动容器内的低温气体 此阀除使用气体时容器的驱动压力不能稳定或容器的驱动压力低于用户的用气压力需要之外 一般情况下用户不需要打开 9 抽真空阀 用于容器夹层空间的真空封闭 10 外筒安全装置 用以防止LNG钢瓶的损坏而可能造成的事故 并能通过该装置控制事故的扩大 11 用气阀 用于LNG钢瓶液体汽化回路与用户用气进口端管道的开启 也可通过此阀调节控制气体流量 12 液面计 比较直观的指示容器内低温液体液面的高度 13 增压盘管 容器的增压系统工作后 将瓶底流出的低温液体与外筒内壁完成热交换 49 A 低温钢瓶的压力建立过程将容器上的增压阀打开之后 容器内的增压管道就会开通 并由此形成一个内部循环的液体汽化回路 在重力作用下 容器内的LNG流入增压盘管 并通过与外筒内壁接触的增压盘管完成热交换 在这种热交换的作用下 容器底部流出的LNG将被汽化成气体 并通过组合调节器向内筒的气相空间形成容器的驱动压力 内压 如此循环完成增压过程 50 B LNG钢瓶的用气过程 小用气量时 将容器的用气阀打开 在容器驱动压力 内压 的作用下 容器内的LNG将被压出 在容器内的LNG被压出过程中 通过与外筒内壁接触的蒸发盘管 将完成与外界的热交换 并由此热交换源源不断地被压出的LNG气化成气体供用户使用 这也就是容器的液 气转换过程 当用气结束后 应当立即关闭用气阀 避免无谓的液 气转换而白白浪费气资源 控制用气阀的开启程度 将有效的控制热交换产生的气体量 从而控制瓶装LNG使用时间 51 C LNG钢瓶的用气过程 大用气量时 采用方法 外接气化器 D LNG液体的灌装步骤 确认供液设备内的的介质是否与所需要灌充的低温液体介质相同 将LNG钢瓶放在磅秤上 用专用低温液体输送管将容器的液体进出口阀与供液设备上的液体输出阀相连接 记录钢瓶空重 并将磅秤砝码调到拟充液体重量 先打开LNG钢瓶放空阀 然后关闭LNG钢瓶上的增开阀 用气阀 最后打开液体进出口阀 先稍稍打开供液设备上输送阀门 以防止内筒温度高而压力迅速上升 待低温液体将LNG钢瓶内筒冷却后 再开大供液设备上的阀门 在灌充时请注意观察气瓶上的压力表 控制供液设备上的输送阀门和LNG钢瓶上的放空阀 将灌充压力控制在0 3MPa以内 观察磅秤砝码 是否达到拟充液体重量 当砝码显示被充容器已接近拟充液体重量时 请适当关小供液设备上的输送阀门 一旦磅秤显示气瓶已达到拟充液体重量时 请按顺序 先关供液设备上的输送阀门 然后再关上LNG钢瓶的液体进出口阀门 最后关LNG钢瓶上的放空阀 此顺序任何时候不允许颠倒 充装结束时 请注意及时松开液体输送管 以防止输送管破裂 52 E LNG钢瓶液体的取出 只要LNG钢瓶处于有压状态 一旦液体进出口阀被打开 就有LNG被压出 因此 LNG钢瓶的取出 其方法 操作步骤与液体的灌充相同 只不过此时钢瓶从原来的LNG受体变成了LNG的供体 原来的液体进出口阀转换成了液体出口阀 F LNG钢瓶的使用 确认单位时间用气量是否在本瓶的供应的范围内 因为LNG钢瓶上的蒸发盘管决定了气体流量 请在使用时不要超出 否则 太大的流量除了会因气体温度低而损坏与之接触的管道及附件之外 还会使容器的驱动压力 内压 得不到保持 如果确实需要较大的流量 可以外接气化器或将两只以上LNG钢瓶并联使用 确认用气压力在本瓶的供气压力范围之内 观察LNG钢瓶上的压力表 容器上的压力是否达到用户所需的工作压力 若未达到 需打开LNG钢瓶上的增开阀增压 一旦增压压力达到增压调节器所设定的驱动压力 内压 后 应立即关闭增开阀 以避免无谓的容器压力升高 用适当的管道将用户用气进口端与本LNG钢瓶的用气阀接头相连 检查确认上述过程无疏忽和遗漏 打开用气阀 并根据驱动压力的稳定程度决定是否打开增开阀 用气结束后 随手关闭LNG钢瓶上的用气阀 并检查LNG钢瓶上的其他阀门是否处于正常开 关闭状态 尤其是检查增开阀是否关闭 53 LNG空温式气化器主要技术参数 工作压力0 6MPa 设计压力1 0MPa 工作温度 162 设计温度 196 主体材料铝翅片管 LF21 出口温度低于环境温度10 54 三 LNG的气化工艺 55 1 LNG气化工艺简易流程 56 2 1 LNG气化站 57 姜堰LNG气化站 58 2 2 LNG撬装气化站 59 3 LNG气化工艺LNG的气化 调压的工艺原理与LPG相似 不同的是LNG温度很低 低温液体的气化工艺在液氧 液氮等的工业领域非常成熟 只是LNG气化工艺比液氧和液氮要复杂一些 LNG气化器一般采用空温式气化器 充分利用LNG的冷能 节约能源 在寒冷的地区 冬季环境温度很低的情况下 会使得气化后的气体温度很低 一般比环境温度还要低10 后续的管道 设备可能承受不了 因此 气化后一般经过增热装置 复热器将气体升温 以便达到允许的温度 复热器可以采用电加热式和循环水等不同方式 最后经过调压 计量 加臭后流向用户管网 60 4 BOG气体处理储罐和其他部位产生的BOG气体温度也是很低的 不能直接进入系统 也必须经过加热才能利用 一般也采用空温汽化器 经过加热后的BOG气体进入调压计量装置 优先原则 BOG气体的压力要略高于调压计量装置主调压器后的压力 这样BOG气体就优先于主气化器输出的气体进入出站管道 61 5 液封问题一般液相管道 两端有阀门 当管道内存有液体时关闭两端阀门 便形成液封 这个问题LPG也有 不过LPG的液封只有在管内完全充满液体的情况下才产生危害 而LNG管道内只要存在部分液体 便会产生危害 而且危害很大 原因是即使做了很好的保温 也不可能完全阻止管道升温 管道内残留液体就会不断地气化 压力可无限上升 直到管道或阀门破坏为止 采取措施是合理的布置阀门和加安全放散 62 6 管道保温液相管道必须做专门的保温处理 而气相管道一般不必保温 操作人员容易触及的部分相管 可做局部防冻处理 7 安全放散所有的低温管道上的安全阀和设备安全阀排出的气体 EAG 温度极低 气态天然气温度低于 107 时比重比空气重 低温气态天然气会向下集聚 所以不应就地排放 而应汇集到一起 经加热器升温后 使其密度小于空气 统一放散 EAG加热器也可采用空温式气化器 63 8 阀门 管材与管件阀门常用的LNG阀门主要有增压调节阀 减压调节阀 紧急切断阀 低温截止阀 安全阀 止回阀等 阀门材料为0Cr18Ni9管材 介质温度 20 的管道采用输送流体用不锈钢无缝管 材质为0Cr18Ni9 GB T14976 2002 法兰 法兰采用凹凸面长颈对焊钢制管法兰 HG20592 97 其材质为0Cr18Ni9 法兰密封垫片采用金属缠绕式垫片 材质为0Cr18Ni9 紧固件采用双头专用螺柱 螺母 材质为0Cr18Ni9 管道的冷收缩 在LNG的低温 162 情况下 不锈钢 0Cr18Ni9 管材的收缩率约为3 管道在冷热交换情况下会产生很大应力 严重时会造成管道破裂 所以在工艺设计和安装管道时 要采取有效措施 如增加弯管 加补偿器等 64 LNG汽车加气站 65 LNG汽车加气站建设LNG汽车加气站可根据使用要求和地区的燃气汽车的分类进行建设 可分为三大类型 LNG汽车加气站 CNG汽车加气站 LNG CNG汽车加气站 LNG 液化天然气 LiquifiedNaturalGas 简称LNG 被公认是地球上最干净的能源 无色 无味 无毒且无腐蚀性 其体积约为同量气态天然气体积的1 600 液化天然气的重量仅为同体积水的45 左右 其制造过程是先将气田生产的天然气净化处理 经一连串超低温液化后 利用液化天然气船运送 燃烧后对空气污染非常小 而且放出热量大 所以液化天然气应用领域广泛 市场前景十分被看好 CNG 压缩天然气 CompressedNaturalGas 简称CNG 是天然气加压并以气态储存在容器中 它与管道天然气的组分相同 CNG可作为车辆燃料使用 LNG LiquefiedNaturalGas 可以用来制作CNG 这种以CNG为燃料的车辆叫做NGV NaturalGasVehicle 液化石油气 LiquefiedPetroleumGas 简称LPG 经常容易与LNG混淆 其实它们有明显区别 LPG的主要组分是丙烷 超过95 还有少量的丁烷 LPG在适当的压力下以液态储存在储罐容器中 被用作民用燃料和车辆燃料 LNG汽车加气站 主要服务对象是以LNG作为单一燃料和混合燃料的汽车 66 LNG加气站主要由大容 储罐 潜液式 泵 加气机 控制系统及管路阀件等几部分组成 燃料经潜液式低温泵和真空绝热的输送管道 输送到加气机 加气机对加注量进行检测和计量 并配有计价显示系统 加气机上连接有通向汽车燃料箱的真空绝热软管及加注快速密封装置 操作过程与普通加油方法相似 加注时间也差不多 一辆客车加注燃料的时间约 分钟 67 68 LNG CNG汽车加气站 69 工作流程l 卸车流程 从LNG液化厂用低温运输槽车将LNG运至汽车加气站 通过加气站卸车接口 真空管道 卸车泵 阀门等将LNG灌注到加气站的低温贮罐中 2 调压流程 卸车后 用LNG低压泵将贮罐中的部分LNG输送到汽化器 汽化后通过气相管路返回贮罐 直到罐内压力达到设定的工作压力 3 加气流程 给车辆加气时 先将加注管路通过专用的LNG加液枪与汽车上的LNG贮罐相连接 控制贮罐内的压力将LNG输送到一种专业的低温潜液泵中 通过加气机来控制泵运转输送的流量 同时用LNG流量计计量出输送的液体 在控制面板上反映出质量和价格 70 LNG汽车加气站流程图 71 LNG LCNG汽车加气站 地下式 72 LNG LCNG橇装式加气站泵橇块 73 L CNG加注站主要设备 主要特点 1 流量22L min 最高42MPa2 单台功率 22KW3 冷端向上倾斜10度有利于泵腔脱气4 优质的真空绝热泵体可使冷量保持在泵体内 有利于泵的快速启动 5 进口腔的独特设计可将闪蒸气从进液中分开 保证低温液体均匀流入压缩缸内 6 具有气蚀保护7 轴封泄漏保护8 自运卸载控制9 自运供液控制10 驱动端和连接端氮气吹扫装置 74 L CNG系统采用柱塞泵输送LNG时 柱塞泵的设置应符合下列规定 1 柱塞泵的设置应满足泵吸入压头要求 2 泵的进 出口管道应设置防振装置 3 在泵出口管道上应设置止回阀和全启封闭式安全阀 4 在泵出口管道上应设置温度和压力检测仪表 温度和压力检测仪表应能就地指示 并应将检测信号传送至控制室集中显示 5 应采取有效的防噪音措施 使柱塞泵的噪声对周边环境的影响符合国家和地区相关规范的规定 75 LCNG高压汽化器 空温式汽化器利用对流传热原理工作 由多组铝翅片传热管和耐高压不锈钢管组成 76 CNG储气瓶组 77 LNG L CNG加气站规范标准内容说明 78 加气站 加油加气合建站内LNG储罐的设计应符合下列规定 1 储罐设计应符合现行国家标准 钢制压力容器 GB150 低温绝热压力容器 GB18442和 固定式压力容器安全技术监察规程 TSGR0004的有关规定 2 储罐内筒的设计温度不应高于 196 设计压力 Pd 应符合下列规定 1 当Pw 0 9MPa时 Pd Pw 0 18MPa 2 当Pw 0 9MPa时 Pd 1 2Pw 注 Pw 设备最大工作压力 3 内罐与外罐之间应设绝热层 绝热层应与LNG和天然气相适应 并应为不燃材料 外罐外部着火时 绝热层的绝热性能不应明显降低 1 LNG储罐 泵和汽化器 79 说明 1 本款规定了LNG储罐设计应执行的有关标准规范 这些标准是保证LNG储罐设计质量的必要条件 2 要求Pd Pw 0 18MPa 是根据行业标准 石油化工钢制压力容器 SH T3074 2007制定的 要求储罐的设计压力不应小于1 2倍最大工作压力 略高于现行国家标准 钢制压力容器 GB150的要求 LNG储罐的工作温度约为 196 故本款要求设计温度不应高于 196 由于LNG加气可能设在市区内 本款的规定提高了储罐的安全度 包括外壳 是必要的 3 本款的规定是参照 液化天然气 LNG 生产 储存和装运 GB T20368 2006制定的 80 充装LNG汽车系统使用的潜液泵宜安装在泵池内 潜液泵罐的设计应符合本规范第9 1 1条的规定 LNG潜液泵池的管路系统和附属设备的设置应符合下列规定 1 LNG储罐的底部 外壁 与潜液泵池的顶部 外壁 的高差应满足LNG潜液泵的性能要求 2 潜液泵池的回气管道宜与LNG储罐的气相管道接通 3 潜液泵池应设置温度和压力检测仪表 温度和压力检测仪表应能就地指示 并应将检测信号传送至控制室集中显示 4 在泵出口管道上应设置全启封闭式安全阀和紧急切断阀 泵出口宜设置止回阀 81 在城市中心区内 各类LNG加气站及加油加气合建站应采用埋地LNG储罐 地下LNG储罐或半地下LNG储罐 说明 埋地LNG储罐 地下或半地下LNG储罐抵御外部火灾的性能好 自身发生事故影响范围小 在城市中心区内 建筑物和人员较为密集 故规定应采用埋地LNG储罐 地下或半地下LNG储罐 82 9 1 3地上LNG储罐等设备的设置应符合下列规定 1 LNG储罐之间的净距不应小于相邻较大罐的1 2直径 且不应小于2m 2 LNG储罐组四周应设防护堤 堤内的有效容量不应小于其中1个最大LNG储罐的容量 防护堤内地面应至少低于周边地面0 1m 防护堤顶面应至少高出堤内地面0 8m 且应至少高出堤外地面0 4m 防护堤内堤脚线至LNG储罐外壁的净距不应小于2m 防护堤应采用不燃烧实体材料建造 应能承受所容纳液体的静压及温度变化的影响 且不渗漏 防护堤的雨水排放口应有封堵措施 3 防护堤内不应设置其他可燃液体储罐 CNG储气瓶组或储气井 非明火气化器和LNG泵可设置在防护堤内 83 说明 2 本款规定的目的是使泄漏的LNG在堤区内缓慢气化 且以上升扩散为主 减小气雾沿地面扩散 防护堤与LNG储罐在堤区内距离的确定 一是操作与维修的需要 二是储罐及其管路发生泄漏事故 尽量将泄漏的LNG控制在堤区内 规定 防护堤的雨水排放口应有封堵措施 是为了在LNG储罐发生泄漏事故时能及时封堵雨水排放口 避免LNG流淌至防护堤外 3 增压气化器 LNG潜液泵等装置 从工艺操作方面来说需靠近储罐布置 CNG高压瓶组或储气井发生事故的爆破力较大 不宜布置在防护堤内 84 9 1 4地下或半地下LNG储罐的设置应符合下列规定 1 储罐宜采用卧式储罐 2 储罐应安装在罐池中 罐池应为不燃烧实体防护结构 应能承受所容纳液体的静压及温度变化的影响 且不渗漏 3 储罐的外壁距罐池内壁的距离不应小于1m 同池内储罐的间距不应小于1 5m 4 罐池深度大于或等于2m时 池壁顶至少应高出罐池外地面1m 5 半地下LNG储罐的罐池顶至少应高出罐顶0 2m 6 储罐应采取抗浮措施 7 罐池上方可以设置开敞式的罩棚 85 低温潜液泵及结构美国ACD公司TC 34 主要特点 1 流量340L min2 单台功率 11KW3 潜液泵浸入在低浊介质中4 无密封组件 结构紧凑5 安装维护简单6 直立结构 泵的运转寿命长7 可变频调速电机 泵的工作范围宽8 预冷时间短 可快速启动 86 低温潜液泵特性 87 一 LNG加气站工艺流程设计LNG加气站的工艺流程分四个步骤 卸车流程 调压流程 加气流程 卸压流程1 卸车流程 把集装箱或汽车槽车内的LNG转移至LNG加气站储罐内 此过程可以通过三种方式实现 1 通过卸车增压器卸车 2 通过浸没式加气泵卸车 3 通过增压器和泵联合卸车 本加气示范站采用第三种方式 选用设备规格为 卸车增压器200Nm3 h 浸没式泵流量40 200l min 压力0 2 1 2Mpa 实际工作时卸一台标准集装箱的时间约为1 8小时 该方式优点是缩短了卸车时间 缺点是耗能 在卸液快完时如不注意泵容易遭损害 工艺流程相对复杂 笔者认为 三种卸车方式中应首选第一种 采用储罐上 下进液同时进行的方式 该方式优点是 简单 不耗能 缺点是卸车时间长 卸一台标准集装箱时间约为2 5 3 0小时 建议在加气站场地许可的情况下 加大卸车增压器 如选用300NmVh的卸车增压器 则卸一台标准集装箱的时间约为2 0小时 第二种卸车方式不建议采用 88 2 调压流程 由于目前汽车上的车载瓶本身不带增压器 因此车载瓶中的液体必须是饱和液体 为此在给汽车加液之前首先对储罐中的LNG进行调压 使之成为饱和液体方可给汽车加气 调压方式也有三种 1 通过储罐压力调节器调压 2 通过泵低速循环进行调压 3 通过储罐压力调节器与泵低速循环联合使用进行调压 第一种方式优点是工艺 设备简单 不耗能 缺点是调压时间长 LNG加气站储罐调压与LNG气化站储罐调压原理不同 LNG气化站储罐调压采用气相调压 目的是只要得到所需压力的LNG即可 而LNG加气站储罐调压是要得到一定压力的饱和液体 只能进行液相调压 故采用同规格的压力调节器对同样的储罐调节同样的压力需要的时间却大不一样 实际工作时测得 采用200Nm讥的压力调节器对50m3的储罐调节饱和液体压力 达到0 5Mpa时所需时间为8 10小时 依外界气候的温度不同而异 这对汽车加气带来很大不便 储罐调压应采用第三种方式较为合理 并且压力调节器应有备用 可能的话还应增大其规格 这样 虽然增加了投资 能耗 但大大缩短了调压时间 理论上计算可在3 0 4 0小时实现 从而确保加气时间 如单采用第二种方式其调压时间仍为偏长 89 3 加气流程 储罐中的饱和液体LNG通过泵加压后由加气枪给汽车加气 加气压力为1 6Mpa 在给车载瓶加气前首先应给车载瓶卸压 通过回气口回收车载瓶中余气 目前 该部分气进行放空处理 建议在以后的加气站中 增设车载瓶到储罐气相的回流管 同时设计量装置 便于对车载瓶中余气进行回收和计量 4 卸压流程 在给储罐调压过程中 储罐中的液体同时在不断的蒸发和气化 这部分气化了的气体如不及时排出 储罐压力会越来越大 当储罐压力大于设定值时 相关阀门打开 释放储罐中的气体 降低压力 保证储罐安全 目前 该部分气体进行放空处理 建议在以后的加气站中 该部分气体通过调压后送人附近市政管网系统 90 二 LNG加气站设计依据规范目前 国内还未出台LNG的相关设计 施工和验收规范 在LNG气化站设计中 行业普遍认可的是参照LPG相关规范 其理论依据是基于LNG和LPG的特性参数 LNG的主要成分为CH4 LPG的主要成分为C3H6 C4Hs 同时LNG处于 162 的深冷 常压储存状态 规范中参照执行的LPG是处于常温 压力储存状态 因此LNG与LPG比较 在理论上是较为安全的 而在LNG汽车加气站设计中 如与LNG气化站一样 参照LPG的相关规范 这在寸土寸金的市区建设LNG加气站没有占地上的优势 而且 本站作为示范站 其意义就是将来为制定LNG加气站设计规范提供理论和实践上的依据 如仍套用LPG的相关规范 则失去了其示范的意义 91 由LNG的性质 可以看出它作为车用燃料还有如下的特点和优势 1 能量密度大汽车续驶里程长 同样容积的LNG车用储罐装载的天然气是CNG储气瓶的2 5倍 目前国外大型LNG货车一次加气可连续行驶1000 1300km 非常适合长途运输的需要 国内410升钢瓶加气一次在市区可连续行驶约400km 在高速公路加气一次可连续行驶约700Km以上 2 运输方便由于是液态 LNG便于经济可靠地远距离运输 建设CNG汽车加气站不受天然气管网的制约 在陆上 通常用20 50m3 相当于12000 30000Nm3天然气 的汽车槽车象运输汽油 柴油那样将LNG远送到LNG汽车加气站 也可根据需要用火车槽车 在海上 通常用大至12 13万m3的LNG轮船 进行长途运输 3 组分纯 排放性能好 有利于减少污染 保护环境LNG由于脱除了硫和水分 其组成比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汽车的有害排放降低约85 左右 被称为真正的环保汽车 4 安全性能好LNG的燃点为650 比汽柴油 LPG的燃点高 点火能也高于汽柴油 LPG 所以比汽柴油 LPG更难点燃 LNG的爆炸极限为5 15 且气化后密度很低 只有空气的一半左右 因而稍有泄漏即挥发扩散 而LPG的爆炸极限为2 4 9 5 燃点为466 且气化后密度大于空气 泄漏后不易挥发 汽油爆炸极限为1 0 7 6 燃点为427 柴油爆炸极限为0 5 4 1 燃点为260 由此可见 LNG汽车比LPG 汽油 柴油汽车更安全 92 LNG汽车改装件投资略高于CNG汽车 若采用国产储罐改装件 中型车投资约为2 5万元 重型车约为3 5万元 则改车投资回收期约为1 4 2 0年 根据天然气汽车的特点 使用天然气时还可延长发动机寿命 降低发动机的维修费用50 以上 因此LNG汽车的实际投资回收期比上述投资回收期短30 一般在投用1 5年之内即可收回投资 3 LNG加气站效益初步分析LNG汽车加气站规模可大可小 投资额差异大 以一座日售气2 2 104Nm3LNG 年售气800 104Nm3 加气站为例 如以采用国产设备为主 总投资约420万元 不含征地费 常规地质情况 年耗动力约3万kW 人员为8人 与加油站合建时人可不增加 则年总经营成本约为2081万元 当LNG进价与零售价价差保持0 40元 Nm3时 年利润约为154 税后 万元 约2 7年可收回投资 税后 LNG汽车具有经济 安全 环保 适用 方便 机动等优势 是天然气汽车的发展方向 同时也是城市规模化发展天然气汽车的理想途径 93 94 95 主要组成设备 1 LNG低温液体贮罐 96 低温管道及低温阀门 LNG管路的隔热性能会对整个系统的正常运行产生非常重要的影响 对间歇性运行的管路系统保冷是非常必要的 真空管道间的压力应低于1 10 2Pa 1 硬质聚氨酯发泡材料隔热管道2 静态真空绝热管道3 动态真空绝热管道 97 98 3 价格分析1 LNG价格根据用户与资源供应地的实际地理位置 LNG的陆上运输距离大体可分为近距离 200km以内 中远距离 200 1000km 远距离 1000 3000km 与此相对应的LNG运输价格相应约为0 3元 Nm3 0 7元 Nm3 0 9元 Nm3 这是对公路运输而言 如采用铁路运输 则远距离运输价格可大大降低 2 LNG汽车经济性根据天然气燃烧特性和运行试验结果 1Nm3的天然气的行驶里程等效于1 2升燃油 目前汽柴油价格在3 45 4 0元 升之间 如天然气零售价按3 0元 Nm3计算时 使用LNG作燃料比燃油便宜27 5 34 2 每车按年运行60000 80000km计算时 中型车耗油约13200 17600升 大型车耗油20400 27200升 以当前油价计算 使用LNG时分别可节约燃料费为14761 19682元和22813 30418元 汽车行驶路程越长 则越节约燃料费用 99 LNG运输槽车 绝热方式 高真空多层缠绕绝热 真空粉末绝热有效容积 6M3 30M3工作压力 0 2MPa 2 2MPa介质 LNG LOX LAr LN2 LCO2 LC2H4等特性 容积大 运行成本低 LNG罐箱运输车 100 低温液体罐式集装箱专用LNG低温液体罐式集装箱绝热方式 高真空多层缠绕绝热规格 20英尺 40英尺 43英尺有效容积 4 5M3 40M3工作压力 0 7MPa介质 LNG 集装箱式低温液体储罐 101 LNG低压离心式潜液泵 卸车 加气使用 LNG低压离心式潜液泵 102 LNG卸车泵 方便于卸车和加气同时进行 103 气化器 104 LNG低温流量计 对输送LNG的计量仪表 105 LNG加气机 LNG加气机是控制加气站系统运行的一套测控系统 它可完成从卸车流程 调压流程 加气流程 日程维护流程等所有的LNG加气站控制功能 同时具有数据记录 储存 打印 加气管理等功能 LNG加气机 LNG加气枪 LNG专用加气枪 是加气站与汽车贮罐相连接的关键设备 它能在低温状态下 长时间多次使用 并保持低温和常温状态下的密封作用 106 LNG客车 107 LNG储罐接管示意图 108 LNG储罐接管示意图2 109 LNG加气机正在为公交车加气 110 LNG特种车 111 液化天然气 LNG 是经过净化处理以后冷凝成液体状态的天然气 其主要成分是甲烷 常压下的沸点为 162 甲烷是含碳量最少的烃类 是类似于氢气的 绿色环保