LNG/L-CNG加气站的工艺及管道系统设计

随着社会经济的不断发展，人们对于能源的大量使用造成了严重的环境污染。一些新型清洁能源慢慢受到了人们的重视。现如今，天然气作为清洁能源已经广泛应用于汽车、工业以及人们的日常生活，从而减少了污染气体的排放量。文章针对LNG/L-CNG加气站的工艺流程和管道系统设计问题进行具体的分析，为相关领域的管道设计工作提供技术参考。

文 | 王树山

天然气在人们的日常生产生活中已经得到广泛的应用。这种新型的能源在运输和使用的过程中不会对环境造成不良影响，用于汽车领域还可以减少有害气体的排放量。而且天然气价格低廉、使用方便，是人们作为汽车燃料和生活能源的首选燃料。提高天然气的利用率可以改善城市的空气环境，优化燃料的组成结构，对城市污染治理有着重要的作用。因此，加强对LNG/L-CNG加气站的管道系统设计和管理，对于城市能源的可持续发展有着重要的意义。

1 LNG/L-CNG加气站主要工艺设备的选用

LNG是液化天然气的简称，主要成分为甲烷，一般储存在特殊的绝热储罐中。液化天然气遇热容易气化，产生一定的损耗。同时，在天然气泄漏的过程中可能会对人体的皮肤造成灼伤，遇明火会发生大范围的爆炸，所以要加强对设备的选用和管理。天然气的主要工艺设备包括LNG储罐、卸车/储罐增压器、EAG 加热器、LNG 潜液泵、高压柱塞泵、LNG/CNG 加气机、储气瓶组等设备。天然气加气站的设计规模应依据往来的车流量大小来进行分析设计和选用。高压柱塞泵、LNG潜液泵的流量应根据加气站的设计规模来进行合理的选取。EAG加热器要根据加热前后的比焓和介质的密度及体积进行计算，最终选择EAG加热器的处理量。

2 加气站的工艺流程

2.1 卸车流程

目前国内一般应用LNG槽车来运输天然气，并将其储存到加气站的LNG储罐中。在卸车的过程中需要应用增压器、潜液泵等来完成卸车的工作。首先，将LNG槽车停放在特定的位置，利用增压器或LNG潜液泵对LNG槽车的储罐进行升压操作，也可两者同时卸车。通过这种压力差的作用原理，使液化天然气通过与车体连接的卸车软管转移到加气站的LNG储罐中。卸车时可采用上进液方式，也可采用下进液方式。

2.2 调压及泄压流程

加气站需要针对储罐液体压力的实际情况和加气工作的进展情况进行调压和泄压操作。一些车载储气瓶在没有配备增压器的情况下，就需要将储罐内的液化天然气调至饱和状态，然后才能加注液化天然气。调压流程要在加液之前进行，调压工作可以利用专业的低温泵、增压气化器等来进行操作。LNG低温泵将储罐中的部分LNG输送到气化器，液体被加热后返回储罐，直到罐内压力达到设定的饱和压力，本流程可实现液体调饱和的功能，可以增加LNG的温度，以提高储罐的压力。泄压工作一般通过安全阀来自动完成。在储罐内部压力超过安全阀承受的设定压力要求时，安全阀就会自动打开，将储罐内气化和蒸发出来的气体释放出去，使储罐内部的压力降低，保证储罐处于安全稳定的状态。

2.3 LNG汽车加液流程

在给LNG汽车加液过程中，需要利用LNG潜液泵、LNG加气机、LNG车载气瓶等完成加液工作。首先，储罐的LNG通过LNG低温泵加压后送入加气机，并利用LNG加气机计量气体的总量，然后通过加液枪将天然气液体输送到汽车的储液瓶中，整个加液流程基本完成。在进行加液时，加液的压力不能超过1.6MPa。在给车载气瓶加气前应先给车载气瓶卸压，通过回气口回收车载气瓶中的余气。加气站设有车载气瓶到储罐气相的回流管，可对车载气瓶中的余气进行回收和计量。在液化天然气转移的过程中，LNG加气机和流量计对于整个输送过程起到重要的控制作用，在控制面板上显示质量（或标方数）和价格。加液的同时还可卸车，两者互不影响。

2.4 CNG汽车加气流程

CNG加气时，需要应用高压柱塞泵、高压气化器等作为基本工具。在控制系统指令下，由高压柱塞泵将LNG增压，然后进入高压气化器气化并由加热器加热至常温，通过程序控制盘储存至CNG储气瓶组。在加气的过程中，通过 CNG储气瓶组和CNG加气机的组合可以提高加气工作的效率。

2.5 余气回收流程

加气站的余气回收工作主要针对LNG潜液泵和LNG车载气瓶。LNG潜液泵在预冷处理过程中，部分液化天然气发生气化，这时可以利用回气管使其回收到低温储罐中。这样不仅可以提升LNG潜液泵的预冷效果，还可以调节储罐内部的压力情况。车载气瓶加气过程中，可通过回气接口与回气管路进行连接，并通过回气管路将气瓶中的剩余气体回收到储罐中，利用流量计可以有效的记录回收气体的流量。

3 LNG/L－CNG管道系统设计

3.1 管道材质的选择

在对液化天然气管道进行选材时，要充分分析天然气自身的特性，根据其特性进行合理的选取。液化天然气具有低温、化学成分复杂、压力大、易于膨胀等特点，所以要考虑管材的耐低温、耐腐蚀、耐高压等性能。在管道低温阀、止回阀、切断阀等阀门进行选择时，要优先选择绝热性能和密封性能良好的材质。同时要保证各种零部件和管道的材质都符合国家相关的标准要求。管道的外径尺寸要符合设计要求，并将管道相应的配件准备齐全。管道与零部件之间要做好焊接工作，并对管道的密封性进行反复检验。因为一旦发生管道泄漏，再遇到高温、明火的情况，极易引发大范围的爆炸，危及人们的生命安全。目前我国加气站使用的管道材质多为不锈钢无缝钢管材质。管件、垫片、法兰等配件的规格应保持一致，确保安装的严密性。管道弯头可选用3D弯头，使用的螺母、紧固件等应做好硬化处理，并配备配套的垫片。各项材质和施工技术应符合相关的施工规范和管理规定。确保管道安装后能够满足加气站的流量、压力等方面的要求。

3.2 管道的选型计算方式

天然气管道系统对于管道的选型要求较高。在对管道进行具体的设计过程中，需要对管道的应力补偿、自然补偿、环境影响等方面进行综合计算和考虑。通过相应的公式对管道壁厚进行精准的计算，确保管道壁厚能够承受管道内部的压力。同时，要将各系统构件的相关数据建立联系，确保管道设计更加科学、规范、精准。

3.3 天然气管道的保冷

天然气管道的保冷措施一般为真空绝热管道和保温材料包覆两种。真空绝热管道还包括焊接和法兰接头的真空管道两种。这种管道适用于储罐、潜液泵进出液以及潜液泵回气管路中。其在绝热性能方面表现优良，但也存在很多的问题。例如在安装的过程中容易因尺寸偏差问题发生返工，而且安装方式繁琐，前期制作复杂，投入的资金成本和后期维护成本都较大等。不利于加气站的后期维护管理工作正常开展。相比之下保温材料包覆型天然气管道更具实用价值和技术优势。一般将改性聚氨酯泡沫塑料包覆在管道结构外侧，不仅可以降低加气站的投资成本，还能为后期维修工作提供很多的便利。而且这种管道结构稳定，安装方便，更加适用于加气站的管道设计和施工工作。

4 结语

综上所述，随着社会的不断发展，LNG/L-CNG加气站在城市建设中发挥着越来越重要的作用，使天然气能够得到充分的利用和回收。提高天然气的有效利用率，不仅有利于我国城市经济发展，还有利于城市环境的保护，更能有效缓解我国目前的能源危机问题。所以，应加大对相关行业的研究，做好LNG/L-CNG加气站的管道设计和建设工作，为城市建设的可持续发展提供有效的基础保障。