摘要：目前，天然气加气站主要有CNG、LNG和L－CNG三种形式。天然气汽车节能减排效果显著。近年来，各级政府积极鼓励使用清洁能源汽车，LNG加气站将迎来“黄金”发展期。但投运前阶段因LNG销量小，会产生大量的BOG（全称BoilOffGas）气体，LNG加气站损耗率会大于定额损耗率5%，甚至会大于10%以上。LNG加气站的损耗分为正常损耗和异常损耗。正常损耗是LNG加气站在正常运营过程中，由于工艺流程、常规设备维护，加液枪的插拔操作，罐车卸液软管内吹扫、置换等正常的系统排放损耗。异常损耗主要是工艺设计不合理、选用不合适的保温方式、销量偏小、气源温度高等原因引起的，因此，如何降低LNG加气站异常损耗是摆在企业面前的重要课题。
关键词：LNG加气站；异常损耗；原因；对策
1 LNG的主要特性
LNG的主要成分为甲烷，并含有乙烷、丙烷、氮气及其他杂质，以液态形式存在。由于生产方式和气质条件不同，LNG组分略微不同。其对人体的伤害集中在3个方面：一是低温伤害；二是当周围空气环境天然气比例大于2/5时，人体吸入过多的天然气会发生窒息；三是人体若不慎吸入少量BOG（闪蒸气），会产生轻度的呼吸障碍，长时间吸入还可能危及生命。LNG属于易于燃烧和爆炸类工业产品，在-162℃下，体积分数在6％～13％之间即可燃烧。由于天然气火焰的传播速度不高，最高约0.3m/s，因此一般情况下，LNG不会因着火而发生爆炸事故。此外，LNG的低温特性，可能导致材料变质或韧性降低，影响设备运行。在阀门装配方面，为确保不会因热胀冷缩造成阀门与管道连接不牢固，对于不需经常巡检的阀门，可以进行焊接；需要经常巡检维修的阀门，进行法兰连接，避免使用螺纹连接。对于管道材质，大部分钢具有冷脆特性，下限温度约-40℃；一般的合金钢及奥氏体不锈钢在-196℃才表现出冷脆特性；铝及铝合金在高于-269℃时都会表现出良好的抗低温性能。为此，换热装置常用铝合金作为主要材料，因为其强度相对较低，质量轻，抗低温性能更好。而管道构件通常采用不锈钢，因为其强度更高。液化天然气管道一般使用奥氏体不锈钢，但其在常温下遇到温度较低的LNG时收缩程度仍然可以达到3m/km，故在建设之初需要进行冷收缩补偿设计，即柔性设计。
2异常损耗的原因
2.1工艺设计不合理
目前，LNG加气站在我国市场还属于新兴行业，国内的设备供应商、设计院、用户等对加气站设备、技术要求与运营实际情况尚不熟悉。如设计时将加气机与储气区的距离设计得过远，导致管线过长等；对加气站的设计建设安装不符合LNG特性，造成加气站建成后无法正常运营，或者设备无法正常工作，导致经常排放BOG才能工作，以至于造成较大的损耗。
2.2选用不合适的保温方式
LNG气液储存时温度极低，如果设备保温性能太差，系统整体的漏热会使气液生成大量BOG，储罐压力随之升高，产生损耗排放。目前，加气站设备保温工艺有两类：一类是真空管道法；一类是发泡保温法，即采用普通裸管加发泡材料保温。真空管道法保温效果好，美观，使用时间长，但是制作周期长，成本高。发泡保温法效果不如真空管道，尤其是在预冷阶段，使用年限短，但成本低，制作周期短。保温工艺的选择直接影响LNG加气站的损耗。
2.3销量偏小
目前，LNG加气站还处于市场布点阶段，服务LNG城市公交和少量重卡汽车，总体占有量较低，大部分LNG站的加气销量偏小。从加气站管理部门统计来看，每日加气销量与设计量的比值低于15%的占30%左右，比值30%的占50%左右，比值50%的占15%左右，比值80%的占5%左右。比值在15%以内的加气站，损耗排放极高，而这些排放损耗与低销量有很大关系。如2016年5月份，某新建LNG加气站共进LNG液体25t，5月份共销售LNG8t，因气液温度较高，储罐产生大量的BOG气体，到6月底剩余的17tLNG液全部损耗掉了。
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2.4气源温度高
天然气在常温下以气态形式存在，在常压下天然气冷却到－162℃左右凝结成液态，为液化天然气（LNG）。实际上，国内LNG分四种气质档次：一类气的气源温度为－162℃左右，压力在0．1MPa以下；二类气的气源温度在－152℃左右，压力在0．2MPa左右；三类气的气源温度在－140℃左右，压力在0．38MPa左右；四类气的气源温度在－130℃左右，压力为0．5MPa左右。较低气源温度的天然气售价较高，在一定程度上抬升了进液成本。因此气源的选择也需要综合考虑。如2017年5月某LNG加气站销量150t，损耗量为0．8t，损耗率为0．53%。6月份该站将二类气源调整为三类气源，在销量不变的情况下，损耗量达到3．8t，增加损耗达3t。此外，当LNG加气站进液时，气液的温度相对较高，会造成系统压力高位运行，压力上升至减压排气的压力空间非常小，缩短了气液存放的周期。压力较高的气液注入汽车储液瓶后不能很好地进行降压，造成需要回气才能正常充装，更加恶化了整体系统，压力达到一定值时，系统自动产生BOG排放，产生损耗。
3降低异常损耗的对策
3.1调整工艺设计
LNG加气站的设计，包括管道线路的设计，在符合规范的情况下，应尽量缩短设备间的距离，减少管道长度，增加储液罐与泵进口的净正压，尽量避免管道凹凸型布置，储罐到泵的管道应尽量采用斜坡布置，使用成熟的工艺流程，这样可以降低工艺设计对排放损耗的影响。
3.2选用合适的保温方式
对于LNG加气站而言，若是连接的管路较长，应采用真空保温法，优先选择全真空管路设备，以降低系统的综合漏热，使设备在正常运行时，减少保温效果对损耗的影响。而LNG加气站本身设计较为紧凑，各管线连接距离较短，预计运营后漏热不明显的，从设计成本的角度考虑，可以使用发泡保温法，以降低建设成本。
3.3调控进液周期
销量是影响进液周期的重要因素。在市场销量无法调控的情况下，可通过提高进液的频率，减少单次进液量，以降低损耗。而减少单次进液量会受供应商运输成本的控制，最好的办法是进液时一车LNG液由较近的两座LNG站分卸，使单站的周期进液量缩短，控制加气站损耗。如2015年在某市城区东北侧建LNG加气站A，月销量120t，损耗1．2t，进液周期为5d一车，单次进液量20t。2017年初为抢占网点，某公司又在城区西南侧新建了LNG加气站B，月销量80t，单次进液也是20t。原本A、B两站各自进液，为降低损耗统筹为一车液分卸两站，其中A站卸液12t，B站卸8t，运输成本没变，但A、B两站进液周期均缩短到3d，两站损耗均降为零。这种方法虽好，若该地区自身LNG市场没有太多需求，LNG加气站又只有一座，这种方法也很难实施。
3.4选择合理的气源
LNG加气站宜根据每日加液销量与设计每日加气销量的比值来选择气源，如在投运初期销量不佳的情况下，即每日加气销量与设计量比值低于15%时，尽可能选择一类气源和二类气源，由于气源温度较低，排放损耗能大大降低，减少运营成本。而比值达到30%时，可以选择三类气源，达到70%时可以选择四类气源。
3.5科学制定加液作业流程
各LNG加气站要根据实际情况，科学制定加液作业流程。加液作业应尽量不采用回气充装，而适当调低汽车气瓶的压力，对降低排放有一定好处。如果充装的气罐压力异常高，可将气体导入空温复热器（EAG，全称Escapeairgas）进行放散泄压后，再充装。如是新车充装，考虑到气罐内留有用于置换的惰性气体没有置换干净，可能混在BOG中，因此应将这类车辆的BOG直接放散于大气中，不采用回气装置。
参考文献：
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[2]朱凯敏，王晋曦.LNG加气站设计若干问题的探讨[J].煤气与热力，2013，33（06）：1-5.
[3]周春.LNG加气站的规范选用及设计[J].煤气与热力，2011，31（05）：15-20.
论文作者:袁满
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/21
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