隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于能源的大量使用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。一些新型清潔能源慢慢受到了人們的重視?，F(xiàn)如今，天然氣作為清潔能源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、工業(yè)以及人們的日常生活，從而減少了污染氣體的排放量。文章針對(duì)LNG/L-CNG加氣站的工藝流程和管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行具體的分析，為相關(guān)領(lǐng)域的管道設(shè)計(jì)工作提供技術(shù)參考。

文 | 王樹山

天然氣在人們的日常生產(chǎn)生活中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。這種新型的能源在運(yùn)輸和使用的過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響，用于汽車領(lǐng)域還可以減少有害氣體的排放量。而且天然氣價(jià)格低廉、使用方便，是人們作為汽車燃料和生活能源的首選燃料。提高天然氣的利用率可以改善城市的空氣環(huán)境，優(yōu)化燃料的組成結(jié)構(gòu)，對(duì)城市污染治理有著重要的作用。因此，加強(qiáng)對(duì)LNG/L-CNG加氣站的管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理，對(duì)于城市能源的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

1 LNG/L-CNG加氣站主要工藝設(shè)備的選用

LNG是液化天然氣的簡(jiǎn)稱，主要成分為甲烷，一般儲(chǔ)存在特殊的絕熱儲(chǔ)罐中。液化天然氣遇熱容易氣化，產(chǎn)生一定的損耗。同時(shí)，在天然氣泄漏的過程中可能會(huì)對(duì)人體的皮膚造成灼傷，遇明火會(huì)發(fā)生大范圍的爆炸，所以要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的選用和管理。天然氣的主要工藝設(shè)備包括LNG儲(chǔ)罐、卸車/儲(chǔ)罐增壓器、EAG 加熱器、LNG 潛液泵、高壓柱塞泵、LNG/CNG 加氣機(jī)、儲(chǔ)氣瓶組等設(shè)備。天然氣加氣站的設(shè)計(jì)規(guī)模應(yīng)依據(jù)往來的車流量大小來進(jìn)行分析設(shè)計(jì)和選用。高壓柱塞泵、LNG潛液泵的流量應(yīng)根據(jù)加氣站的設(shè)計(jì)規(guī)模來進(jìn)行合理的選取。EAG加熱器要根據(jù)加熱前后的比焓和介質(zhì)的密度及體積進(jìn)行計(jì)算，最終選擇EAG加熱器的處理量。

2 加氣站的工藝流程

2.1 卸車流程

目前國內(nèi)一般應(yīng)用LNG槽車來運(yùn)輸天然氣，并將其儲(chǔ)存到加氣站的LNG儲(chǔ)罐中。在卸車的過程中需要應(yīng)用增壓器、潛液泵等來完成卸車的工作。首先，將LNG槽車停放在特定的位置，利用增壓器或LNG潛液泵對(duì)LNG槽車的儲(chǔ)罐進(jìn)行升壓操作，也可兩者同時(shí)卸車。通過這種壓力差的作用原理，使液化天然氣通過與車體連接的卸車軟管轉(zhuǎn)移到加氣站的LNG儲(chǔ)罐中。卸車時(shí)可采用上進(jìn)液方式，也可采用下進(jìn)液方式。

2.2 調(diào)壓及泄壓流程

加氣站需要針對(duì)儲(chǔ)罐液體壓力的實(shí)際情況和加氣工作的進(jìn)展情況進(jìn)行調(diào)壓和泄壓操作。一些車載儲(chǔ)氣瓶在沒有配備增壓器的情況下，就需要將儲(chǔ)罐內(nèi)的液化天然氣調(diào)至飽和狀態(tài)，然后才能加注液化天然氣。調(diào)壓流程要在加液之前進(jìn)行，調(diào)壓工作可以利用專業(yè)的低溫泵、增壓氣化器等來進(jìn)行操作。LNG低溫泵將儲(chǔ)罐中的部分LNG輸送到氣化器，液體被加熱后返回儲(chǔ)罐，直到罐內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定的飽和壓力，本流程可實(shí)現(xiàn)液體調(diào)飽和的功能，可以增加LNG的溫度，以提高儲(chǔ)罐的壓力。泄壓工作一般通過安全閥來自動(dòng)完成。在儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力超過安全閥承受的設(shè)定壓力要求時(shí)，安全閥就會(huì)自動(dòng)打開，將儲(chǔ)罐內(nèi)氣化和蒸發(fā)出來的氣體釋放出去，使儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力降低，保證儲(chǔ)罐處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.3 LNG汽車加液流程

在給LNG汽車加液過程中，需要利用LNG潛液泵、LNG加氣機(jī)、LNG車載氣瓶等完成加液工作。首先，儲(chǔ)罐的LNG通過LNG低溫泵加壓后送入加氣機(jī)，并利用LNG加氣機(jī)計(jì)量氣體的總量，然后通過加液槍將天然氣液體輸送到汽車的儲(chǔ)液瓶中，整個(gè)加液流程基本完成。在進(jìn)行加液時(shí)，加液的壓力不能超過1.6MPa。在給車載氣瓶加氣前應(yīng)先給車載氣瓶卸壓，通過回氣口回收車載氣瓶中的余氣。加氣站設(shè)有車載氣瓶到儲(chǔ)罐氣相的回流管，可對(duì)車載氣瓶中的余氣進(jìn)行回收和計(jì)量。在液化天然氣轉(zhuǎn)移的過程中，LNG加氣機(jī)和流量計(jì)對(duì)于整個(gè)輸送過程起到重要的控制作用，在控制面板上顯示質(zhì)量（或標(biāo)方數(shù)）和價(jià)格。加液的同時(shí)還可卸車，兩者互不影響。

2.4 CNG汽車加氣流程

CNG加氣時(shí)，需要應(yīng)用高壓柱塞泵、高壓氣化器等作為基本工具。在控制系統(tǒng)指令下，由高壓柱塞泵將LNG增壓，然后進(jìn)入高壓氣化器氣化并由加熱器加熱至常溫，通過程序控制盤儲(chǔ)存至CNG儲(chǔ)氣瓶組。在加氣的過程中，通過 CNG儲(chǔ)氣瓶組和CNG加氣機(jī)的組合可以提高加氣工作的效率。

2.5 余氣回收流程

加氣站的余氣回收工作主要針對(duì)LNG潛液泵和LNG車載氣瓶。LNG潛液泵在預(yù)冷處理過程中，部分液化天然氣發(fā)生氣化，這時(shí)可以利用回氣管使其回收到低溫儲(chǔ)罐中。這樣不僅可以提升LNG潛液泵的預(yù)冷效果，還可以調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力情況。車載氣瓶加氣過程中，可通過回氣接口與回氣管路進(jìn)行連接，并通過回氣管路將氣瓶中的剩余氣體回收到儲(chǔ)罐中，利用流量計(jì)可以有效的記錄回收氣體的流量。

3 LNG/L－CNG管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 管道材質(zhì)的選擇

在對(duì)液化天然氣管道進(jìn)行選材時(shí)，要充分分析天然氣自身的特性，根據(jù)其特性進(jìn)行合理的選取。液化天然氣具有低溫、化學(xué)成分復(fù)雜、壓力大、易于膨脹等特點(diǎn)，所以要考慮管材的耐低溫、耐腐蝕、耐高壓等性能。在管道低溫閥、止回閥、切斷閥等閥門進(jìn)行選擇時(shí)，要優(yōu)先選擇絕熱性能和密封性能良好的材質(zhì)。同時(shí)要保證各種零部件和管道的材質(zhì)都符合國家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求。管道的外徑尺寸要符合設(shè)計(jì)要求，并將管道相應(yīng)的配件準(zhǔn)備齊全。管道與零部件之間要做好焊接工作，并對(duì)管道的密封性進(jìn)行反復(fù)檢驗(yàn)。因?yàn)橐坏┌l(fā)生管道泄漏，再遇到高溫、明火的情況，極易引發(fā)大范圍的爆炸，危及人們的生命安全。目前我國加氣站使用的管道材質(zhì)多為不銹鋼無縫鋼管材質(zhì)。管件、墊片、法蘭等配件的規(guī)格應(yīng)保持一致，確保安裝的嚴(yán)密性。管道彎頭可選用3D彎頭，使用的螺母、緊固件等應(yīng)做好硬化處理，并配備配套的墊片。各項(xiàng)材質(zhì)和施工技術(shù)應(yīng)符合相關(guān)的施工規(guī)范和管理規(guī)定。確保管道安裝后能夠滿足加氣站的流量、壓力等方面的要求。

3.2 管道的選型計(jì)算方式

天然氣管道系統(tǒng)對(duì)于管道的選型要求較高。在對(duì)管道進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)管道的應(yīng)力補(bǔ)償、自然補(bǔ)償、環(huán)境影響等方面進(jìn)行綜合計(jì)算和考慮。通過相應(yīng)的公式對(duì)管道壁厚進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)算，確保管道壁厚能夠承受管道內(nèi)部的壓力。同時(shí)，要將各系統(tǒng)構(gòu)件的相關(guān)數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，確保管道設(shè)計(jì)更加科學(xué)、規(guī)范、精準(zhǔn)。

3.3 天然氣管道的保冷

天然氣管道的保冷措施一般為真空絕熱管道和保溫材料包覆兩種。真空絕熱管道還包括焊接和法蘭接頭的真空管道兩種。這種管道適用于儲(chǔ)罐、潛液泵進(jìn)出液以及潛液泵回氣管路中。其在絕熱性能方面表現(xiàn)優(yōu)良，但也存在很多的問題。例如在安裝的過程中容易因尺寸偏差問題發(fā)生返工，而且安裝方式繁瑣，前期制作復(fù)雜，投入的資金成本和后期維護(hù)成本都較大等。不利于加氣站的后期維護(hù)管理工作正常開展。相比之下保溫材料包覆型天然氣管道更具實(shí)用價(jià)值和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。一般將改性聚氨酯泡沫塑料包覆在管道結(jié)構(gòu)外側(cè)，不僅可以降低加氣站的投資成本，還能為后期維修工作提供很多的便利。而且這種管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安裝方便，更加適用于加氣站的管道設(shè)計(jì)和施工工作。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，LNG/L-CNG加氣站在城市建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，使天然氣能夠得到充分的利用和回收。提高天然氣的有效利用率，不僅有利于我國城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還有利于城市環(huán)境的保護(hù)，更能有效緩解我國目前的能源危機(jī)問題。所以，應(yīng)加大對(duì)相關(guān)行業(yè)的研究，做好LNG/L-CNG加氣站的管道設(shè)計(jì)和建設(shè)工作，為城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展提供有效的基礎(chǔ)保障。