LNG加氣站的規(guī)范選用及設(shè)計

LNG汽車和LNG加氣站在國外特別是美國，已經(jīng)得到了長足發(fā)展，而在我國的發(fā)展時間尚未超過20年。還處于發(fā)展初期。因此,我國尚未頒布專門適用于LNc加氣站的設(shè)計規(guī)范.在進(jìn)行LNG加氣站設(shè)計時,國外設(shè)計人員主要遵守NFPA57-一97《謦車用液化天然氣（LNG）供氣系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》，國內(nèi)已建成并正在示范運(yùn)行的LNG加氣站遵循的設(shè)計標(biāo)擘巾是NFPA57卅7。但由于各種原因，特別是國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展水平、設(shè)備制造水平、管理水平的差異,裝國行業(yè)主管部門及消防部門對國外規(guī)范的認(rèn)可跫l度不高。根據(jù)以往的成功經(jīng)驗，采用大家更為銎霉I的國內(nèi)相近的設(shè)計規(guī)范，更容易得到主管部門紫墜I可.比如LNG氣化站發(fā)展初期，GB50028—3《警l矗燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》中尚未有關(guān)于LNG氣化站望}l求，設(shè)計時均參照了該規(guī)范中LPG氣化站的要求.因此，筆者認(rèn)為在進(jìn)行LNG加氣站設(shè)計時，首選國內(nèi)已頒布實施的與國外規(guī)范相近的設(shè)計規(guī)范.1LNG加氣站設(shè)計規(guī)范的選用

一般認(rèn)為，LNG加氣站的設(shè)計可參照GB50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》中LNG氣化站的相關(guān)要求和GB50156．一2002《汽車加油加氣站設(shè)奠與施工規(guī)范》（2006年版)中LPG加氣站的相差孝求。前者的理論依據(jù)是LNG加氣站與LNG氣化站的物料均為LNG，僅兩者的廠站形式及建冀±也喜耒同.后者的理論依據(jù)是LNG具有比LPG更安全的特性參數(shù),且LNG加氣站與LPG加氣站同為加氣站,建設(shè)地點(diǎn)都位于城市建成區(qū)內(nèi)。

①規(guī)范的比較

占GB50028__2006主要適用于LNG總儲存容積不大于2000m3的城鎮(zhèn)LNG供應(yīng)站的工程設(shè)計。該規(guī)范對LNG氣化站的儲罐及天然氣放散總管與站內(nèi)外建、構(gòu)筑物的防火間距、消防系統(tǒng)均作了明確規(guī)定。

GB50156—-2002(2006年版)主要適用于汽車加油站、LPG加氣站、CNG加氣站和汽車加油加氣合建站工程的設(shè)計和施工。該規(guī)范對LPG加氣站的規(guī)模，LPG儲罐、卸車點(diǎn)、加氣機(jī)、放散管管口與站外建、構(gòu)筑物的防火間距，LPG加氣站內(nèi)設(shè)施之間的防火間距及消防系統(tǒng)均作了明確規(guī)定。

GB50028-—2006主要適用于LNG氣化站，而LNG氣化站通常建于城市建成區(qū)之外。因此，該規(guī)范中LNG儲罐及放散總管與站外建、構(gòu)筑物的防火間距比GB50156——2002(2006年版)中LPG儲罐及放散管與站外建、構(gòu)筑物的防火間距大。GB50028--2006對卸車點(diǎn)、加氣機(jī)等與站外建、構(gòu)筑物的防火間距以及加氣站內(nèi)設(shè)施(儲罐與加氣機(jī)、站房、放散管等)之間的防火間距均沒有涉及,而GB50156--2002（2006年版）對此有比較詳細(xì)的規(guī)定。

GB50028--2006與GB50156—-2002(2006年版）的相同點(diǎn):a．對儲罐的消防設(shè)施要求一致，均要求儲罐的單罐容積大于20m3或總?cè)莘e大于50m3時，儲罐應(yīng)設(shè)置固定消防冷卻系統(tǒng)。b．對移動式消防用水量的規(guī)定基本相同。c．對公用工程的設(shè)計基本一致，但在工藝設(shè)計方面,由于LNG加氣站與LNG氣化站的物料均為LNG，所以GB50028--2006中關(guān)于LNG氣化站的部分更具有針對性。

②LNG與LPG的特性比較

LNG是以甲烷為主要組分的烴類混合物,LNG與LPG的主要特性對比見表l.由表1可知：a．LNG比LPG更難點(diǎn)燃，且燃燒速度比LPG小。b．LNG的燃點(diǎn)、爆炸極限均比LPG高,且爆炸極限的范圍更寬。c．當(dāng)溫度高于一112℃時，LNG蒸氣比空氣輕,易于向高處擴(kuò)散；而LPG蒸氣比空氣重,易于在低處積聚而引發(fā)事故。因此，LNG在運(yùn)輸、儲存和使用中的火災(zāi)危險性及危害程度低于LPG,比LPG更安全.

從燃燒放出的熱量來看,相同體積的LNG和LPG氣化并燃燒后，LNG放出的熱量比LPG少,對周圍的熱輻射也小。

因此，在防火間距和消防設(shè)施方面，對LNG加氣站的要求可以比對LPG加氣站的要求低.考慮到LNG加氣站在我國尚處于初期發(fā)展階段,采用與LNG加氣站基本相同的防火間距和消防設(shè)施是適宜的。

項目LPGLNG燃點(diǎn)/0C493650點(diǎn)火能/MJ0。3050.330燃燒速度/0.420.38爆炸極限/％2。15—9.605。00—15。00氣體密度大于空氣密度,少量泄漏后易積聚-112以上時小于空氣密度，少量泄漏后即揮發(fā)⑧設(shè)計規(guī)范的確定

LNG加氣站與LPG加氣站的站內(nèi)設(shè)施相似，均包含加氣機(jī)、泵、儲罐、站房等。因此,從廠站的形式、建設(shè)地點(diǎn)、對站外環(huán)境的防火要求及站內(nèi)、外設(shè)施來看,LNG加氣站的設(shè)計規(guī)范更宜選擇GB50156--2002（2006年版)。

從LNG與LPG的特性來看，LNG比LPG更安全，且兩者皆是加氣站.因此,LNG加氣站的設(shè)計規(guī)范也更宜選擇GB50156——2002（2006年版)。

畢竟LNG加氣站與LPG加氣站的物料不同，工藝設(shè)計和公用工程設(shè)計等方面存在差異.因此，為了更準(zhǔn)確地體現(xiàn)LNG的特性，在工藝設(shè)計和公用工程設(shè)計等方面，對于GB50156—-2002(2006年版）未涉及的關(guān)于LNG特性要求的設(shè)計，應(yīng)采用GB50028—-2006。因此,筆者認(rèn)為在進(jìn)行LNG加氣站的設(shè)計（包含總圖、工藝、公用工程、消防設(shè)計)時，應(yīng)主要依據(jù)GB50156——2002（2006年版）中LPG加氣站的相關(guān)規(guī)定。GB50156—-2002（2006年版)未涉及的部分應(yīng)依據(jù)GB50028——2006中LNG氣化站的相關(guān)規(guī)定。2LNG加氣站的儲存規(guī)模及等級劃分2．1

影響儲存規(guī)模的因素

LNG加氣站的設(shè)計中，確定LNG加氣站的儲存規(guī)模及單臺儲罐的容積時,應(yīng)主要考慮以下幾個影響因素:

①加氣站的加氣規(guī)模及儲存周期

LNG加氣站的加氣對象主要為公交車和客運(yùn)大巴等易于集中加氣、集中管理的車輛。據(jù)了解，目前國內(nèi)已建成并投入使用的LNG加氣站日加氣100~150車次。國內(nèi)公交車車載LNG氣瓶多為240L，充裝系數(shù)按85％考慮，則日加氣量為20。4～30。6m3。從需求方面來說，LNG加氣站主要建在城市建成區(qū)內(nèi),而城市郊區(qū)通常建有LNG儲配站，供氣條件較好。因此，LNG加氣站的儲存周期宜為1～2d,故LNG加氣站所需儲罐容積宜為20.4~61.2M3。

②與站外建、構(gòu)筑物的防火間距

從理論方面分析，只要采取了相應(yīng)的安全措施,LNG加氣站的規(guī)?？梢耘cLNG氣化站相同。但從需求方面來看，由于LNG加氣站多建于城市建成區(qū)內(nèi)，對站外建、構(gòu)筑物與LNG加氣站內(nèi)儲罐及工藝設(shè)施的防火間距要求較高,不易找到滿足較大防火間距要求的建設(shè)用地.因此，LNG加氣站儲罐容積不宜過大.

③設(shè)計規(guī)范對儲存規(guī)模的要求．

根據(jù)GB50156——2002(2006年版）第3。0。4條的規(guī)定,LPG加氣站的儲罐總?cè)莘e不應(yīng)大于60m3，單罐容積不應(yīng)大于30m3。根據(jù)該規(guī)范的條文說明，此規(guī)模的確定既能滿足加氣需求，也能保證安全，降低風(fēng)險，同時也是與相關(guān)規(guī)范及公安部消防局協(xié)調(diào)的結(jié)果.因此，LNG加氣站儲罐的容積規(guī)模也應(yīng)考慮該規(guī)范的要求。

④站內(nèi)用地及消防水系統(tǒng)的要求

根據(jù)GB50156——2002（2006年版)第9．0．1、9．0．5條及GB50028——2006第9．5．1條的規(guī)定，總?cè)莘e超過50m3或單罐容積超過20m3的LPG或LNG儲罐應(yīng)設(shè)置固定式消防冷卻水系統(tǒng)。若LNG加氣站的儲罐設(shè)置固定式消防冷卻水系統(tǒng)，同時考慮20L／s的消火栓消防用水量，則LNG加氣站總消防用水量必然超過25L／s。根據(jù)GB50016-—2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第8．6．1條的規(guī)定,加氣站應(yīng)設(shè)置消防水池及消防泵房。因此,需要較大的用地面積。而LNG加氣站通常建于城市建成區(qū)內(nèi)，很難找到符合要求的用地。另一方面，據(jù)了解，國內(nèi)已建成并投入運(yùn)行的LPG加氣站通常采用2—3臺單罐容積為20m3或30m3的埋地式儲罐，這可以避免設(shè)置儲罐固定消防冷卻水系統(tǒng),與站外建、構(gòu)筑物的防火間距也可以適當(dāng)減小.而LNG儲罐為真空絕熱儲罐,通常為地上式儲罐。地下式LNG儲罐在國內(nèi)尚未有實施的工程實例，國外的工程實例也較少。因此，為了減小加氣站的消防用水量,減小占地面積，LNG加氣站儲罐的總?cè)莘e不宜大于50m3，單罐容積不宜大于20m3。

⑤儲罐的規(guī)格國產(chǎn)LNG儲罐容積通常為20m3、30m3、50m3、100m3和200m3等，LNG加氣站儲罐應(yīng)盡可能采用常規(guī)規(guī)格的產(chǎn)品，便于采購。2．2儲存規(guī)模的確定綜合考慮LNG加氣站的加氣規(guī)模，儲存周期,與站外建、構(gòu)筑物的防火間距，設(shè)計規(guī)范對儲存規(guī)模的要求，站內(nèi)消防水系統(tǒng)的要求，儲罐的規(guī)格等因素，筆者認(rèn)為在參照執(zhí)行GB50156—2002（2006年版）的前提下，為減小LNG加氣站的用地面積，使加氣站更容易實施，LNG加氣站的單罐容積為20m3,總?cè)莘e為20m3或40m3.2．3加氣站的等級劃分

按GB50156-—2002（2006年版)第3．0．4條的規(guī)定,LPG加氣站的等級劃分見表2，設(shè)為液化石油氣罐總?cè)莘e。

表2

液化石油氣加氣站的等級劃分

級別液化石油氣罐容積/M3一級總?cè)莘e單罐容積二級45＜V＜60＜30三級30＜V30＜45＜30

V30＜＜30

儲罐總?cè)莘e為40m3，單罐容積為20m3的LNG加氣站屬于二級站；儲罐總?cè)莘e為20m3，單罐容積為20m3的LNG加氣站屬于三級站。3LNG加氣站的總圖

①功能分區(qū)

根據(jù)LNG加氣站的實際情況和生產(chǎn)工藝需求，站區(qū)可分為儲存區(qū)、加氣區(qū)和站房。儲存區(qū)的主要設(shè)備包括LNG儲罐、LNG泵、卸車增壓器、調(diào)飽和器等。加氣區(qū)由加氣機(jī)和加氣罩棚組成。站房通常由值班室、綜合營業(yè)廳、儀表配電間、空壓機(jī)房、辦公室等組成。

②總圖布置

a．根據(jù)GB50156--2002(2006年版)第5．O．1條的規(guī)定,站區(qū)工藝設(shè)施一側(cè)應(yīng)設(shè)置高2．2m的非燃燒實體圍墻，面向進(jìn)、出［=『道路的一側(cè)宜設(shè)置非實體圍墻,或開敞。

b．LNG儲罐、LNG泵、卸車增壓器、調(diào)飽和器等設(shè)備布置在高度為1．Om的圍堰內(nèi)，卸車接頭及其閥門可布置在圍堰墻體上。

c．儲存區(qū)、加氣區(qū)、站房均獨(dú)立布置，布置時應(yīng)注意LNG泵與LNG加氣機(jī)的距離要盡可能短，不宜大于15m。原因是國內(nèi)LNG汽車的車輛供氣系統(tǒng)未設(shè)置氣瓶增壓器，為了保證供氣壓力的穩(wěn)定性,使之能滿足發(fā)動機(jī)的用氣壓力要求,給車輛加注的LNG必須為飽和液體。若LNG泵與LNG加氣機(jī)的距離過長，無車輛加氣時，管道內(nèi)剩余的飽和LNG較多，容易氣化，會影響加氣并排放大量的氣體,造成浪費(fèi)。

d．LNG加氣站的工藝設(shè)施與站外建、構(gòu)筑物之間的防火距離按GB50028—-2006中LNG氣化站相關(guān)的防火間距執(zhí)行。工藝設(shè)施與站內(nèi)建、構(gòu)筑物之間的防火距離按GB50156--2002(2006年版)中LPG加氣站相關(guān)的防火間距執(zhí)行.

LNG加氣站的總圖布置見圖1.4LNG加氣站的工藝設(shè)計4．1

工藝流程

①卸車流程

將LNG由槽車轉(zhuǎn)移至LNG儲罐中,主要有卸車增壓器卸車、LNG泵卸車及兩者聯(lián)合卸車等3種方式HJ。卸車增壓器卸車的優(yōu)點(diǎn)是完全采用環(huán)境熱量，不耗費(fèi)電能，工藝流程相對簡單;缺點(diǎn)是卸車速度比較慢，冬季室外溫度較低時尤為明顯。LNG泵卸車的優(yōu)點(diǎn)是卸車時間較短，工藝流程相對簡單;缺點(diǎn)是耗費(fèi)大量電能，啟動前需要對泵進(jìn)行預(yù)冷。卸車增壓器和LNG泵聯(lián)合卸車的優(yōu)點(diǎn)是卸車時間比單獨(dú)采用卸車增壓器卸車時間短，耗費(fèi)的電能比單獨(dú)采用LNG泵卸車少；缺點(diǎn)與單獨(dú)采用LNG泵相同。

筆者建議LNG加氣站應(yīng)具有卸車增壓器、LNG泵單獨(dú)卸車和同時卸車的功能。夏季宜采用卸車增壓器卸車,冬季宜采用卸車增壓器和LNG泵聯(lián)合卸車。

②調(diào)飽和流程

我國LNG汽車的車輛供氣系統(tǒng)未設(shè)置氣瓶增壓器，為了保證供氣壓力的穩(wěn)定性，使之能滿足發(fā)動機(jī)的用氣壓力要求，車載瓶中的LNG必須為飽和液體。因此,加氣前需要使儲罐中的LNG升溫、升壓,處于飽和狀態(tài)。調(diào)飽和有3種方式：調(diào)飽和器調(diào)飽和、LNG泵調(diào)飽和、調(diào)飽和器與LNG泵聯(lián)合調(diào)飽和MJ。這3種方式的優(yōu)缺點(diǎn)與LNG卸車采用的3種方式的優(yōu)缺點(diǎn)基本相同。

筆者建議LNG加氣站應(yīng)采取調(diào)飽和器和LNG泵聯(lián)合調(diào)飽和的方式，可以大大縮短LNG的調(diào)飽和時間,避免加氣車輛的長時間等待。

③加氣流程

LNG的加氣流程是指LNG泵將儲罐中的LNG抽出，輸送至LNG加氣機(jī)，通過LNG加氣機(jī)給汽車加氣。

④卸壓流程當(dāng)儲罐壓力大于設(shè)定值時,打開安全閥，釋放儲罐中的氣體,降低壓力,以保證儲罐安全，放散的氣體通過集中放散管放空。4．2

主要設(shè)備

①LNG儲罐

LNG加氣站采用的低溫壓力儲罐為真空粉末絕熱儲罐.儲罐分為內(nèi)罐和外罐兩層，內(nèi)罐材質(zhì)為0Crl8Ni9,外罐材質(zhì)為16MnR.內(nèi)外罐之問采用真空粉末絕熱，真空隔熱層厚度為250mm.儲罐的日蒸發(fā)率小于0．25％,充裝系數(shù)為0．9.儲罐上裝有高、低液位報警設(shè)施,內(nèi)罐壓力高報警設(shè)施，超壓自動排放罐頂氣體的自力式降壓調(diào)節(jié)閥以及安全閥等，以保證儲罐的安全.在儲罐進(jìn)、出口的LNG管道上設(shè)有緊急切斷閥，當(dāng)有緊急情況發(fā)生時,可迅速關(guān)閉閥門，以保證系統(tǒng)安全。

目前，20m3真空粉末絕熱低溫儲罐主要為立式和臥式2種形式。立式儲罐的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，罐內(nèi)液體與LNG泵的靜壓頭大，有利于LNG的調(diào)飽和及汽車加注；缺點(diǎn)是立式儲罐比較高,美觀性差.臥式儲罐的優(yōu)點(diǎn)是比較低,美觀性好，容易被周圍人群接受;缺點(diǎn)是占地面積大，罐內(nèi)液體與LNG泵的靜壓頭小。目前國內(nèi)示范運(yùn)行的加氣站均采用立式儲罐,有成功的經(jīng)驗?？紤]到有利于汽車加注和LNG的調(diào)飽和，筆者推薦采用立式儲罐.

②LNG泵

輸送LNG這類低溫的易燃介質(zhì)，不僅要求輸送泵能承受低溫，而且對其氣密性能和電氣方面的安全性能要求很高.隨著對泵結(jié)構(gòu)、材料等方面的研究有了很大的進(jìn)展，一種安裝在密封容器內(nèi)的潛液式電動泵在LNG系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其主要特點(diǎn)是將泵與電動機(jī)整體安裝在一個密封的金屬容器內(nèi),不需要軸封,也不存在軸封的泄漏問題口］.

通常潛液式電動泵可分為船用泵、汽車燃料泵、LNG高壓泵（罐外泵）和大型儲罐的罐內(nèi)泵。LNG加氣站中，LNG的轉(zhuǎn)運(yùn)和加注采用的是汽車燃料泵，其結(jié)構(gòu)緊湊,立式安裝,特別適用于汽車燃料加注和低溫槽車轉(zhuǎn)運(yùn)LNG。LNG泵采用安全的潛液電動機(jī),電動機(jī)和泵都浸沒在流體中,不需要軸封.

在吸入口增加了導(dǎo)流器，減少流體在吸入口的阻力，防止泵氣蝕。LNG加氣站采用的LNG泵通常為兩級離心泵，由一臺變頻器控制，能適應(yīng)不同的流量范圍，電氣元件安裝在具有防爆功能的接線盒及其罩殼內(nèi)，流量為8—340Ifmin,揚(yáng)程為15～250m。主要廠家包括美國的ACD公司、日本的Nikkiso公司、瑞士的Cryomec公司等。

③LNG加氣機(jī)

LNG加氣機(jī)是依據(jù)直接測量流體介質(zhì)質(zhì)量的原理，利用先進(jìn)的傳感和微電腦測控技術(shù)，具有高精度、多功能的新型LNG加液計量裝置,主要用于計量充人LNG車載瓶的液量。同時，加氣機(jī)應(yīng)用微測控技術(shù)對計量過程進(jìn)行自動控制，顯示屏直接顯示被測液體的流量、單價、金額及加液量累計值,可遠(yuǎn)程通信,實現(xiàn)計算機(jī)中央管理№］。

目前，LNG加氣機(jī)多采用進(jìn)口,其計量方式為單管計量，單槍加氣，計量精度為±0.1％，最大質(zhì)量流量為80．0kg／rain，具有溫度補(bǔ)償功能，配帶拉斷閥。

④調(diào)飽和器和卸車增壓器

LNG加氣站采用的調(diào)飽和器和卸車增壓器均為空溫式換熱器，LNG通過吸收環(huán)境熱量達(dá)到氣化升溫的目的，能耗很低。為了提高氣化速率和換熱效率,調(diào)飽和器和卸車增壓器的主體通常采用耐低溫的鋁合金縱向翅片管,且擁有很大的換熱面積。其影響因素主要為流量、工作壓力、工作周期、大氣溫度、相對濕度、風(fēng)力、日照等”]。

筆者建議調(diào)飽和器的流量為200m3／h，立式安裝；卸車增壓器的流量為300m3／h，臥式安裝.

5LNG加氣站的公用工程設(shè)計

LNG加氣站的公用工程設(shè)計主要包括土建設(shè)計、電氣設(shè)計、自控設(shè)計和給排水設(shè)計，應(yīng)按照GB50156—-2002（2006年版）第9—11章及GB50028—2006第9．4、9．5、9．6條的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計。

土建設(shè)計主要包括站房、設(shè)備基礎(chǔ)、加氣島、加氣罩棚柱、圍堰、場地等內(nèi)容的設(shè)計;基本要求有站房耐