分析液化天然氣（LNG）加氣站建設(shè)及安全管理

高萌

（四川省天然氣投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

0 引言

以液化天然氣作為汽車(chē)能源，和汽油能源相比，在安全性、節(jié)能性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性等方面有很多優(yōu)勢(shì)，對(duì)緩解我國(guó)能源危機(jī)有很大作用。這一點(diǎn)已經(jīng)得到了廣大人民的認(rèn)可，使得近年來(lái)，我國(guó)以液化天然氣為燃料的汽車(chē)越來(lái)越都，逐步走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)，具有良好的發(fā)展前景。在液化天然氣汽車(chē)飛速發(fā)展的大環(huán)境，加快液化天然氣加氣站的建設(shè)顯得尤為迫切。但由于目前我國(guó)液化天然氣加氣站建設(shè)中依然沒(méi)有出臺(tái)統(tǒng)一的政策法規(guī)，各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還不夠完善，為液化天然氣加氣站的建設(shè)和安全運(yùn)行提供真實(shí)有效的參考和指導(dǎo)，致使液化天然氣加氣站在建設(shè)和運(yùn)行依然存在很多安全隱患，在一定程度上限制了我國(guó)液化天然氣汽車(chē)事業(yè)的發(fā)展?；诖耍_(kāi)展液化天然氣（LNG）加氣站建設(shè)及安全管理的分析研究就顯得尤為必要。

1 液化天然氣作為汽車(chē)燃料的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)

1.1 優(yōu)勢(shì)

安全：是液化天然氣的燃點(diǎn)在590～650℃之間，遠(yuǎn)高于汽車(chē)的燃點(diǎn)，點(diǎn)火能也比較高，使得液化天然氣比汽油更難點(diǎn)燃。而且液化天然氣的爆炸極限為5%～15%，經(jīng)過(guò)氣化處理之后密度非常低，不足空氣密度的50%，因此，稍有泄露機(jī)會(huì)快速揮發(fā)擴(kuò)散。

環(huán)保：液化天然氣經(jīng)過(guò)汽車(chē)燃燒之后，排出的尾氣只有兩種成分，一種是碳?xì)浠衔?，另一種是氮?dú)浠衔?，不含有硫化物、鉛化物等有害物質(zhì)。和汽油燃料相比，液化天然氣作為汽車(chē)燃料更加環(huán)保，在控制溫室效應(yīng)，控制環(huán)境污染等方面有顯著優(yōu)勢(shì)。

能效高：天然氣完成液化之后，其密度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷的600 多倍，體積能力密度是汽油的72%，因此，更加易于存儲(chǔ)和運(yùn)輸。液化天然氣汽車(chē)行駛里程比較長(zhǎng)，加液化天然氣的速度也比較快。比如：配備275L氣瓶的公交車(chē)連續(xù)行駛里程可達(dá)到400km 以上，而且加滿(mǎn)275L 氣瓶的時(shí)間用不了3min。

使用方便而且成本低：液化天然氣汽車(chē)加氣時(shí)間比較短，只需要2～3min，就能加滿(mǎn)一罐，可大幅度提升汽車(chē)行駛效率。一些柴油汽車(chē)到北方冬季在啟動(dòng)前需要提前預(yù)熱，而液化天然氣車(chē)輛無(wú)須預(yù)熱，啟動(dòng)就走，非常方便。成本低是液化天然氣汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，雖然明確全過(guò)程液化天然氣的價(jià)格略有不同，和汽油汽車(chē)相比，液化天然氣汽車(chē)的成本可降低10%～40%。

1.2 缺點(diǎn)

雖然液化天然氣在很多方面都有顯著的優(yōu)勢(shì)，但其具有的缺點(diǎn)也比較明顯，主要體現(xiàn)在以下4 個(gè)方面：

低溫危險(xiǎn)性：液化天然氣發(fā)生泄露之后會(huì)快速蒸發(fā)，此后會(huì)降低某一固定的蒸發(fā)速度，在蒸發(fā)初期，液化天然氣的密度大于空氣的密度，這就會(huì)在地面上形成一個(gè)流動(dòng)層，當(dāng)溫度上升到－107℃之后，會(huì)形成密度小于空氣的“云團(tuán)”。而且液化天然氣泄漏時(shí)周?chē)臏囟葧?huì)降低，周?chē)乃魵鈺?huì)被冷凝形成“霧團(tuán)”，此后，液化天然氣會(huì)進(jìn)一步和空氣混合直至被完全氣化，在低溫狀態(tài)下，會(huì)引起相關(guān)設(shè)備發(fā)生脆性斷裂和遇冷后收縮，造成設(shè)備損壞，或者凍傷操作人員。

BOG 危險(xiǎn)性：在正常情況下，液化天然氣存儲(chǔ)在絕熱儲(chǔ)存罐中，但外界傳入的能力會(huì)引起液化天然氣發(fā)生蒸發(fā)，就會(huì)形成BOG 蒸發(fā)氣體，為保證安全性，就需要液化天然氣儲(chǔ)罐具有一個(gè)較低的蒸發(fā)率，并要求儲(chǔ)罐自身也具有合理安全防空系統(tǒng)，否則在BOG 持續(xù)增大的環(huán)境下，會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐中的溫度、壓力快速上升，從而引起儲(chǔ)罐破裂問(wèn)題。

著火危險(xiǎn)性：液化天然氣和空氣發(fā)生混合之后，如果溫度達(dá)到550℃，就會(huì)出現(xiàn)燃燒問(wèn)題，空氣中百分含量在5%～15%時(shí)，一旦遇到明火，就會(huì)出現(xiàn)爆燃。避免發(fā)生著火危險(xiǎn)，在液化天然氣在存儲(chǔ)和使用中，必須防止可燃物、點(diǎn)火源、氧化劑三種因素同時(shí)存在[1]。

翻滾危險(xiǎn)性：存儲(chǔ)在罐體中的液化天然氣，在靜止?fàn)顟B(tài)下，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)穩(wěn)定性的液相層，主要表現(xiàn)為下層的密度大于上層的密度，在此種狀態(tài)下，如果外界熱量傳入罐體中時(shí)，液相層會(huì)出現(xiàn)引發(fā)傳質(zhì)、傳熱相互混合的情況，液層表面也會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)現(xiàn)象，而下層由于吸收了上層的熱量，會(huì)處于一種“過(guò)熱”狀態(tài)。當(dāng)二液相層密度比較接近時(shí)，會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)形成大量的氣體，致使罐體內(nèi)部壓力急劇上升，這就是液化天然氣中常見(jiàn)的翻滾現(xiàn)象，存在很大的危險(xiǎn)性。

2 液化天然氣（LNG）加氣站建設(shè)要點(diǎn)

2.1 液化天然氣加氣站建站方式的選擇

建站方式的選擇是液化天然氣加氣站建設(shè)的重點(diǎn)，常見(jiàn)的建站方式有兩種：①站房式加氣站；②撬裝式加氣站。其中前者占地面積比較大，通常在13000m2左右，土地費(fèi)用比較高，建設(shè)工期比較長(zhǎng)，施工成本高。后者是一種集多種設(shè)備為一體的建站方式，占地面積比較小，通常在3000m2左右，建設(shè)費(fèi)用相對(duì)比較低，各設(shè)備撬塊可以在廠(chǎng)內(nèi)集中預(yù)制，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后再進(jìn)行安裝即可，安裝時(shí)間短，速度快。每種建站方式都有其獨(dú)特的特點(diǎn)，在選擇建站方式時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。在液化天然氣汽車(chē)發(fā)展初期，液化天然氣汽車(chē)數(shù)量比較少，液化天然氣的消耗量上，選擇撬裝式加氣站比較合適，也是目前我國(guó)常用的液化天然氣加氣站建站方式。

2.2 加氣站站址的選擇

加氣站站址在選擇時(shí)需要綜合考慮多個(gè)方面，如：城市總體規(guī)劃、城市交通規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、消防安全等。在這些條件都滿(mǎn)足的情況下，液化天然氣加氣站要盡量選擇在交通便捷，遠(yuǎn)離居住區(qū)、學(xué)校、博物館等重要區(qū)域的位置。而且加氣站中液化天然氣儲(chǔ)罐、加氣機(jī)和站外建筑物、構(gòu)筑物的防火間距必須滿(mǎn)足《液化天然氣（LNG）汽車(chē)加氣技術(shù)規(guī)范》（NB/T 1001—2011）中的相關(guān)規(guī)定。

2.3 工藝流程的選擇

液化天然氣加氣站的加氣流程為將儲(chǔ)罐中的液化天然氣，通過(guò)低溫潛液泵加壓后，再通過(guò)液化天然氣加液機(jī)，注入液化天然氣汽車(chē)專(zhuān)用的氣瓶中。因此，一個(gè)完善液化天然氣加氣站，需要同時(shí)具有卸車(chē)、加氣、調(diào)飽和、自動(dòng)泄壓四個(gè)方面的功能。

卸車(chē)：常用的液化天然氣卸車(chē)方式有兩種，一種是潛液泵卸車(chē)，另一種是自增壓卸車(chē)。其中前者是利用低溫潛液泵把液化天然氣從槽車(chē)上轉(zhuǎn)移到液化天然氣儲(chǔ)罐中，液化天然氣經(jīng)過(guò)槽車(chē)卸液扣，可進(jìn)入潛液泵中，再經(jīng)過(guò)增壓之后，沖入儲(chǔ)罐中[2]。后者是利用槽車(chē)和儲(chǔ)罐之間的壓力差從而達(dá)到卸車(chē)的目的，如果采取了此種卸車(chē)模式，需要先利用槽車(chē)的自增壓系統(tǒng)來(lái)提高槽車(chē)內(nèi)部的氣相壓力，通常情況下液化天然氣站槽車(chē)的設(shè)計(jì)壓力為0.8MPa，這就要求槽車(chē)自增壓壓力不能超過(guò)0.75MPa。自增壓是一種比較先進(jìn)的卸車(chē)系統(tǒng)，槽車(chē)內(nèi)的液化天然氣通過(guò)槽車(chē)增壓口進(jìn)入卸車(chē)增壓器中，再經(jīng)過(guò)吸熱氣化之后會(huì)重新返回到操作中，增加槽車(chē)壓力。在整個(gè)卸車(chē)全過(guò)程中，壓力差始終保持在0.2MPa左右。卸車(chē)完成之后，操作人員可采取調(diào)整液化天然氣儲(chǔ)罐的進(jìn)液方式、進(jìn)液速度等來(lái)控制液化天然氣儲(chǔ)罐中的壓力，保證槽車(chē)和儲(chǔ)罐之間的壓力差始終恒定不變，保證卸車(chē)工作能夠順利完成。

加氣：液化天然氣從儲(chǔ)罐出液口進(jìn)入潛液泵中，經(jīng)常過(guò)潛液泵增壓之后，在通過(guò)流量計(jì)、加氣槍注入液化天然氣汽車(chē)專(zhuān)用氣瓶中。

調(diào)飽和：液化天然氣汽車(chē)要求發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力在0.7MPa～0.9MPa，如果達(dá)不到該設(shè)定值，汽車(chē)就無(wú)法正常運(yùn)行，此時(shí)需要提升液化天然氣的飽和蒸汽壓。具體的流程為：液化天然氣從儲(chǔ)罐出液口直接進(jìn)入調(diào)飽和熱機(jī)器中，經(jīng)過(guò)吸熱氣化后，再重新返回到儲(chǔ)罐，從而達(dá)到提升儲(chǔ)罐中液化天然氣飽和蒸汽壓的作用。在具體應(yīng)用中調(diào)飽和可通過(guò)潛液泵來(lái)代替。隨著科學(xué)技術(shù)和工藝水平的提升，目前很多氣瓶廠(chǎng)家生產(chǎn)的汽車(chē)專(zhuān)用氣瓶，大多都自帶增壓系統(tǒng)。當(dāng)液化天然氣飽和蒸汽壓比較低，無(wú)法滿(mǎn)足汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力的要求時(shí)，可通過(guò)開(kāi)啟氣瓶增加系統(tǒng)的方法來(lái)調(diào)高液化天然氣飽和蒸汽壓，不需要儲(chǔ)罐來(lái)調(diào)飽和壓力[2]。在具體建站中可考慮是否取消飽調(diào)飽和里程，取消此流程之后，不但可以有效減少加氣站的建設(shè)費(fèi)用，也可以增加撬裝設(shè)備的內(nèi)部空間。

自動(dòng)泄壓：液化天然氣是一種低溫液體，在實(shí)際運(yùn)行中，儲(chǔ)罐外部溫度比較高，會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐的溫度不斷升高，蒸發(fā)形成BOG 氣體，隨著B(niǎo)OG 氣體的不斷增加，儲(chǔ)罐的壓力也會(huì)隨之提升，當(dāng)儲(chǔ)罐中的壓力達(dá)到1.1MPa～1.2MPa 時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)自力式減壓調(diào)節(jié)閥，排出儲(chǔ)罐中的BOG 氣體，達(dá)到儲(chǔ)罐設(shè)定的壓力之后，再自動(dòng)關(guān)閉，就能起到自動(dòng)調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐壓力的作用，保證液化天然氣加氣站運(yùn)行的安全性。

2.4 關(guān)鍵設(shè)備的選擇

液化天然氣加氣站在建設(shè)中，關(guān)鍵設(shè)備的選擇是否科學(xué)合理，直接關(guān)系到整個(gè)加氣站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，關(guān)鍵設(shè)備主要包括儲(chǔ)罐、低溫泵和加氣機(jī)。

儲(chǔ)罐要盡量選擇臥式低溫儲(chǔ)罐，其內(nèi)筒為0Cr18Ni10 奧氏體不銹鋼，外筒為Q345R 容器板制造而成，夾層為真空粉末絕熱或者高真空多層纏繞，其工作壓力通常為1.2MPa，高于饞鬼液化天然氣氣化站儲(chǔ)罐的工作壓力。目前我國(guó)很多液化天然氣槽車(chē)的容積在50m3左右，因此，在選擇儲(chǔ)罐時(shí)，為降低運(yùn)輸成本，提升卸車(chē)的效率，液化天然氣加氣站儲(chǔ)罐的容積選擇60m3即可[3]。

低溫泵：液化天然氣加氣站中的低溫泵由兩部分共同組成，其一是泵體，其二是泵池。其中泵體都為浸沒(méi)式兩級(jí)離心泵，可全部浸入泵池中，無(wú)須設(shè)置密封件，所有運(yùn)動(dòng)部件都由低溫液體冷和潤(rùn)滑。我國(guó)很多液化天然氣加氣站中采取的低溫泵都為進(jìn)口產(chǎn)品，如美國(guó)的ACD 以及法國(guó)的CRYOSTAR，具有穩(wěn)定性好、安全系數(shù)高、節(jié)能效果好等一系列優(yōu)勢(shì)[4]。但隨著國(guó)產(chǎn)低溫泵產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提升，以其價(jià)格低、售后服務(wù)好等優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)份額占比越來(lái)越高。低溫泵泵池通常情況下是由加氣站撬裝設(shè)備供應(yīng)廠(chǎng)家自行配套來(lái)生產(chǎn)，可看作是壓力容器的一種。

加氣機(jī)：加氣機(jī)由流量計(jì)、加液槍組成。為保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，維護(hù)消費(fèi)者和企業(yè)的權(quán)益，流量計(jì)大多會(huì)采取艾默生質(zhì)量流量計(jì)，并且在一臺(tái)加氣機(jī)中通常會(huì)安裝2 臺(tái)流量計(jì)，一臺(tái)置于液化天然氣車(chē)用氣瓶上充裝上，另一臺(tái)置于回氣管路之上，可很好的保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。對(duì)加氣槍而言，一般采取美國(guó)JCCater 品牌，但配件采購(gòu)價(jià)格高，維修費(fèi)用高，越來(lái)越的加氣站在建站之初就開(kāi)始采取國(guó)產(chǎn)加氣槍?zhuān)哂懈叩男詢(xún)r(jià)比。

3 液化天然氣（LNG）加氣站安全管理要點(diǎn)

3.1 針對(duì)儲(chǔ)罐壓力的安全管理

為保證液化天然氣（LNG）加氣站運(yùn)行的安全性，需要保證儲(chǔ)罐的壓力始終在一定的范圍內(nèi)，儲(chǔ)罐中壓力過(guò)高或者偏低，都不利于保證液化天然氣（LNG）加氣站的安全運(yùn)行。引起儲(chǔ)罐壓力過(guò)高的因素包括：熱量傳導(dǎo)過(guò)大，使得液化天然氣蒸發(fā)，或者是大氣壓力降低、人為操作失誤等都會(huì)引起儲(chǔ)罐壓力過(guò)高。引起儲(chǔ)罐壓力偏低的主要因素是排液或者是抽氣速度夠快，充注溫度過(guò)低的液體。為解決儲(chǔ)罐壓力過(guò)高或者過(guò)低問(wèn)題，在儲(chǔ)罐建設(shè)之初就需要安裝上先進(jìn)的、自動(dòng)化程度比較高的壓力空氣閥、真空安全閥等。真空安全閥能夠?qū)崟r(shí)感受的大氣壓力的變化，從而判斷儲(chǔ)罐內(nèi)是否為真空狀態(tài)，可避免儲(chǔ)罐發(fā)生負(fù)壓?jiǎn)栴}。與哈利空氣閥則可以預(yù)防儲(chǔ)罐中出現(xiàn)超壓?jiǎn)栴}。此外，在壓力安全閥和真空安全閥之間需要設(shè)置一個(gè)截止閥，以便后期開(kāi)展由針對(duì)性地維護(hù)和檢修。

3.2 針對(duì)低溫凍傷的安全管理

操作人員在進(jìn)行液化天然氣加氣站操作中，必須穿戴好特殊的防護(hù)用品，避免皮膚直接和低溫物質(zhì)接觸，防護(hù)物品的尺寸要盡量大一些，以便在緊急狀況下，能夠快速脫下衣服，撤離危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)一些低溫設(shè)備而言，低溫管線(xiàn)和閥門(mén)在設(shè)計(jì)中都需要考慮操作人員的安全，做好保冷防護(hù)，以免操作人員直接和低溫金屬設(shè)備接觸，造成人身傷害[5]。

3.3 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的安全管理

為保證液化天然氣加氣站運(yùn)行的安全性，需要制定出科學(xué)、健全的安全管理制度和崗位操規(guī)程，并做好安全教育培訓(xùn)，保證每位操作人會(huì)都能熟悉操作要點(diǎn)，以免因?yàn)槿藶椴僮魇д`，引起安全問(wèn)題，保證液化天然氣加氣站運(yùn)行的安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合理論實(shí)踐，分析了液化天然氣（LNG）加氣站建設(shè)及安全管理，分析結(jié)果表明，現(xiàn)階段我國(guó)液化天然氣的應(yīng)用技術(shù)愈發(fā)成熟，和汽油能源相比，液化天然氣具有成本更低、污染更小、效益更高等優(yōu)勢(shì)，具有良好的發(fā)展前景。液化天然氣加氣站在建設(shè)中需要結(jié)合目前的發(fā)展現(xiàn)狀，控制好每個(gè)細(xì)節(jié)，按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，才能保證建設(shè)效果。而在進(jìn)行安全管理中，需要從設(shè)備自身情況、液化天然氣的特點(diǎn)、以及操作人員等方面同時(shí)入手才能保證液化天然氣加氣站始終處于安全的運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)我國(guó)液化天然氣加氣站事業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展。