摘要：笔者从事燃气项目投资、建设、管理工作已多年，但发现国内的燃气公司、设计单位在建设LNG、L-CNG加气站时往往仅靠常规经验进行，没有一个系统的设计理念来指导各主要设备选型，一旦加气市场情况有变，加气站往往出现运行效率低下或超负荷运行的情况，使燃气企业经营效益受损。本文分析了车用LNG、L-CNG加气站主要设备选型的计算方法，以期为业内加气站设备选型提供参考。
关键词：LNG、L-CNG加气站；设备选型
近年来由于电动汽车的推出，公交、出租车天然气市场受到一定冲击，但从全国范围看，内陆地区车用天然气市场仍有一定增长空间，且国内LNG货车、船舶行业亦将加快发展。发改委2017年发布的《天然气发展“十三五”规划》指出，要“积极支持天然气汽车发展，包括城市公交车、出租车和载货汽车等以天然气（LNG）为燃料的运输车辆，鼓励发展以天然气（LNG）为燃料的运输船舶。2020 年气化各类车辆约1000 万辆，配套建设加气站超过1.2 万座，船用加注站超过200 座。”
本文以芜湖江北港华拟建的LNG、L-CNG加气站为例，分析了以公交车、出租车为目标市场的加气站主要设备选型方法，业内LNG货运汽车、船舶加气站亦可参照。
经芜湖江北港华市场调研，经营区内有100辆LNG公交车和230辆CNG出租车。LNG公交车储气瓶容量330L，每辆每日耗气量100m³，每日需加气1次，平均加气时间6min/辆。CNG出租车储气瓶容量70L，每辆车每日耗气量10m³，每日基本需加气3次，平均加气时间3min/辆。LNG储存天数按2天计。
1 主要设备选型步骤和方法
1.1 LNG储罐
LNG储罐容积的选择决定了加气站的建站等级和规模，是征地、总图布置、报规报建和报消防等事项的重要依据。LNG储罐的计算容积取决于市场规模，按下式计算。
Q——加气站设计规模，Nm³/d；
q1——CNG汽车储气瓶有效容量，如出租车一般取10Nm3、15Nm3；
q2——LNG汽车储气瓶有效容量，如公交车一般取204Nm3、270Nm3、342Nm3；
m1——每日进站加气的CNG汽车数量，台；
m2——每日进站加气的LNG汽车数量，台；
n1——CNG汽车每天平均加气次数，一般取2～3次，可以为小数；
n1——LNG汽车每天平均加注次数，一般取1～2次，可以为小数；
V——储罐水容积，m³；
T——储存天数，结合加气高峰系数和气源运输情况，一般取1～3天；
θ——最高工作温度下储罐允许充装率，一般取90%。
经以上公式计算出来的储罐容积还应结合征地大小、周边环境、规范要求等因素选用市场上常见规格的LNG储罐。
1.2 LNG加注机和CNG加气机
加气机的数量取决于场地布置、加气车辆数量、加气站运营时间和流量是加气站其它设备参数计算的重要依据。
1.1加气机数量
加气机数量配置受建站场地的大小、天然气汽车数量、加气站运营时间、天然气汽车加气口的位置及单机的加气枪配置数量等因素。加气枪及加气机的数量配置按下式计算。
式中：
W1——加气站内CNG加气枪数，把；
W1——加气站内LNG加气枪数，把；
K1——CNG汽车加气高峰系数，可取1～1.2
K2——LNG汽车加气高峰系数，可取1～1.2
t——加气站每日累积加气时间，一般取12～18小时；
t1——CNG汽车一次加气时间，一般取3～5分钟；
t2——LNG汽车一次加气时间，一般取3～5分钟；
m1——每日进站加气的CNG汽车数量，辆；
m2——每日进站加气的LNG汽车数量，辆；
n1——CNG汽车每天平均加气次数，一般取1～3次，可以为小数；
n1——LNG汽车每天平均加注次数车次，一般取1次；
S1——每台CNG加气机配备的加气枪数量，一般取2支或4支；
N1——CNG加气机数量，台；
S2——每台LNG加注机配备的加气枪数量，一般取1支或2支；
N2——LNG加注机数量，台。
根据以上计算出来的加气枪数量和加气机数量都应取整数。CNG加气机可选用双枪或四枪，LNG加注机可选用单枪或双枪机。选用单枪还是双枪LNG加注机要结合LNG汽车加注口在车辆的方向及站内交通组织而定，不推荐LNG加注枪绕过车辆加注。
1.2加气机流量
流量范围是加气机的最主要参数之一，目前市场上加气机的流量范围大同小异，常见的LNG加气机流量范围是0～150L/min，CNG加气机的流量范围是0～40Nm³/min。加气机流量参数是计算LNG低温潜液泵、高压气化器、高压柱塞泵流量参数的重要依据。
1.3 高压气化器
高压气化器接收高压柱塞泵的高压液体，经气化后向储气设施和天然气汽车供气。其计算流量与CNG加气枪的数量、加气时间、车载瓶容积等因素有关，可按下式计算。
Fl——高压气化器计算流量，Nm³/h；
N1——CNG加气机数量，台；
W1——加气站内CNG加气机枪数，把；
q1——CNG汽车储气瓶容量，如出租车一般取10Nm3；
t1——CNG汽车一次加气时间，一般取3～5分钟；
高压气化器的气化能力选取之所以按照以上方法计算，而不按照CNG加气机数量与额定流量之积计算，原因如下：（1）市场上高压气化器的额定流量单位为Nm³/h，而加气机流量单位为Nm³/min；（2）所有加气枪是间断性工作，并不在1小时内连续工作；（3）加气站一般会设置储气设施，加气机可以从储气设施里直接取气而不必通过高压气化器。
需要指出的是，加气站内一般选用空温式气化器，按一用一备设置。一般来说，选用的气化器额定流量为计算流量的1.5倍，基本上可满足一般加气站的需求。
1.4 LNG柱塞泵
LNG柱塞泵的流量与高压气化器气化能力相匹配，可根据高压气化器的流量换算。市场上加气站用柱塞泵的流量一般为1200～1500L/h，按一用一备建设。
1.5 LNG潜液泵
潜液泵的计算流量与LNG加气机的数量和流量有关，可按所有加液机同时工作工况下的总流量进行计算。
F2——LNG潜液泵计算流量，L/min；
N2——LNG加液机数量，台；
v——LNG加液机额定流量，L/min。
1.6 储气设施
储气容积是储气设施选型的主要参数，《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156中提到，“根据作业需要，加气时间比较集中的压缩天然气加气站，储气量以日加气量的1/2为宜，加气时间不很集中的压缩天然气加气站，储气量以日加气量的1/3为宜”。不同于压缩天然气加气站，LNG、L-CNG加气站以LNG为气源，储存效率较高，且鉴于高压柱塞泵对液体优异的加压性能和工作效率，笔者建议CNG储气设施容积以加气站日加气量的1/4～1/6为宜。
2 其他设备选型方法
2.1 EAG加热器
LNG加气站内的EAG（Escape air gas）加热器换热量不大，按工作压力分为高压EAG加热器和低压EAG加热器。
高压EAG加热器用于柱塞泵后的管路和设备的放空气体加热，设计压力27～32MPa，由于柱塞泵到高压气化器的管路较短且工艺简单，放空量较少，可采用100Nm³/h的加热器。低压EAG加热器用于LNG管路及储罐的放空气体加热，设计压力1.6MPa，由于此部分管路和设备较多且工艺复杂，采用150Nm³/h 的加热器通常可满足站内需求。
2.2卸车增压器
卸车增压器实质上是空温式低压气化器，主要功能为辅助卸车。为提高卸车速度和节约LNG，加气站一般采用LNG泵和卸车增压器联合卸车，因此卸车增压器通常可选用气化能力较大的200～300Nm³/h增压器。
目前，市场已经出现了自带卸车增压器的LNG罐车，这给每个加气站减少了卸车增压器的费用以及管路布置，值得广泛推广。
2.3储罐增压器
LNG汽车加气前需要调整储罐内LNG的压力，原理是把储罐内的LNG经储罐增压器气化后返回到LNG储罐，起到升压作用。为缩短升压过程的时间，一台60m³储罐增压器可以选用气化能力为150 Nm³/h的空温气化器。
2.4 程序控制盘
程序控制盘的流通能力是其主要参数，程序控制盘的流通能力可按两台气化器的气化能力之和考虑。
2.5 仪表风系统和PLC控制系统
仪表风系统的主要参数如下：压缩空气供气压力：0.65-0.8MP；含尘粒径：≤3μm；含油：≤1mg/m³。
PLC控制系统一般由设备厂商统一配备，可根据加气站运行要求配置相应的功能。
2.6高压加臭机
《车用压缩天然气》GB 18047规定车用压缩天然气需加臭。参考《城镇燃气加臭技术规程》CJJ/T148，CNG高压加臭机加臭量应结合加臭机类型选择，如四氢噻吩取20mg/m³，硫醇取4～8mg/m³，无硫加臭机15～18mg/m³。
3 计算结果
经计算，该加气站的LNG储罐计算容积55m³,计算日加气规模规模15400Nm³，需要150L/min单枪LNG加注机1台，40 Nm³/min双枪CNG加气机2台；单台高压气化器计算流量960 Nm³/h，单台高压柱塞泵计算流量1536L/h。
结合设备的常用规格和场地布置，该加气站在建设期确定选用60m³LNG储罐1台，150L/min单枪LNG加注机2台（其中一台为预留），340L/min潜液泵1台， 40 Nm³/min双枪CNG加气机2台，1500Nm³/h高压气化器2台（一用一备），1500L/h高压柱塞泵两台（一用一备），150L/min单枪LNG加注机2台，340L/minLNG潜液泵1台。
4结论和建议
1.市场调研不仅需涉及天然气汽车数量，还包括天然气汽车的每日行程、车载瓶有效容量、加气时间、加气次数等因素。
2.工程投资方应与设计单位及设备供应商充分交流，尽量选用市场上的常规产品，以便于设备采购，减少建站周期。
参考文献：
[1] 马胜利. LNG撬装汽车加气站工艺流程与设备选型
[2] 武汉市燃气热力规划设计院. CNG加气机配置量的分析
[3] 汽车加油加气站设计与施工规范GB50156
论文作者:孙岩峰1,刘洋2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
标签：流量论文; 汽车论文; 气机论文; 数量论文; 高压论文; 气枪论文; 储罐论文; 《基层建设》2018年第6期论文;