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1LNG汽车加气站相关系统的优化设计徐惠新2013年12月2前言◆“LNG汽车加气站相关系统”是指：——LNG汽车加液站——车用LNG燃料瓶——LNG运输罐车◆这些装置构成了与LNG汽车相互关联的有机整体和系统。◆系统中每一装置的性能将影响到整个系统的总体状态与技术特性。3目录LNG汽车加气站相关系统中值得进行优化设计的项目主要有以下几方面：1车用LNG燃料瓶的自增压系统2车用LNG燃料瓶充装量自动限制系统3LNG运输罐车装卸性能4LNG汽车加气站运行经济性5减少加气站BOG排放的优化设计思路4一、车用LNG燃料瓶的自增压系统5一、车用LNG燃料瓶的自增压系统1.1关于汽车用液化天然气气瓶安全性能评估报告———全国气瓶标准化技术委员会报告陈述了目前我国在用车用LNG气瓶普遍存在的安全隐患，值得引起业内人士重视。6一、车用LNG燃料瓶的自增压系统1.2安全隐患：自增压系统没有随燃料瓶一起进行三项安全性能型式试验（火烧、跌落、振动）；自增压系统在汽车意外事故中易出现泄漏。造成二次灾害。充装LNG的饱和压力0.2~0.3MPa,气相安全空间仍为10%，存在严重过充；车用瓶充装量自动限制装置（简称‘隔舱’）的设计有缺陷。不能满足有剩余量情况的充装。7一、车用LNG燃料瓶的自增压系统1.3安全隐患之一车用LNG燃料瓶外挂的“自增压系统”未随瓶进行安全性型式试验。通常，一套自增压系统将增加气、液管路7m以上，增加包括螺纹连接在内的联接点有30~40处以上。其泄漏率很高,抗振及抗意外损伤能力差。8一、车用LNG燃料瓶的自增压系统1.4介绍一种优化设计的“气相自增压系统”——简称CPB9一、车用LNG燃料瓶的自增压系统1.5CPB的特点：——大幅度简化原自增压系统的管路，不增加液相管路——增压速度快；——瓶内LNG对气相增压的影响小；——CPB工作一段时间后，瓶内LNG能快速达到所需饱和压力条件下的高饱和态LNG。10二、车用LNG燃料瓶充装量自动限制系统11二、车用LNG燃料瓶充装量自动限制系统2.1安全隐患之二国内车用LNG燃料瓶充装量自动限制系统现状：——车用瓶内都设置了10%内胆水容积的气相安全空间隔舱（以下简称“隔舱”），此隔舱与LNG加气装置配套使用。在空瓶状态充液时，可以在气瓶内留出10%内胆水容积的空间作为气相安全空间。12二、车用LNG燃料瓶充装量自动限制系统2.2以10%内胆水容积的隔舱作为气机安全空间，是按照一定的初始条件计算得来的：此条件是：▲向瓶充装的LNG应是0.8MPa压力的饱和液体；▲气瓶第一级安全阀设定压力，如:1.6MPa。按照这两个条件计算出当LNG从0.8MPa升高到1.6MPa时，瓶内预留10%的气相空间是安全的。13二、车用LNG燃料充装自动限制系统2.3以明显低于0.8MPa饱和压力的LNG充装气瓶，而一级安全阀设定压力仍为1.6MPa，10%全容积的隔舱就明显不够，如，以0.3MPa饱和液体充装，隔舱容积应为18%的内胆水容积。原隔舱容积明显不够。G/ξ1—G/ξ2G/ξ2———————=η简化为η=ξ2ξ1———1G—充装量；η—隔舱占内胆容积的百分比ξ1—充装时LNG的比容；ξ2—安全阀开启时LNG的比容计算方法：14二、车用LNG燃料充装自动限制系统2.4优化设计思路加气站上向车用瓶充装的LNG应是0.8MPa饱和压力的液体，也就是与初始设计条件吻合；若采用低饱和态的LNG向瓶充装，则隔舱容积应按计算值扩大。(实际上,扩大隔舱容积是不可取的)15二、车用LNG燃料瓶充装量自动限制系统2.5安全隐患之三当气瓶内留有一定LNG剩余量的情况下，再次进行充液时，由于原隔舱的设计缺陷，气瓶内留出的气相安全空间将明显减少，充装后,就会出现过充现象。16二、车用LNG燃料瓶充装量自动限制系统2.6型式试验新要求：车用LNG燃料瓶国标报批稿中将增加一项型式试验：“---在十种不同剩余量（含空瓶）条件下充装，每次瓶内气相空间应达到内胆水容积的10%---”用秤重方法测定。17二、车用LNG燃料充装自动限制系统2.7优化设计思路为满足这一型式试验要求，应重新设计车用瓶现有隔舱结构，以满足上述型式试验要求。18三、LNG运输罐车装卸性能19三、LNG运输罐车的装卸性能3.1LNG运输罐车的装卸现状：全都采用“压差输送法”。利用空浴汽化器，提高车载罐内气相压力，利用气相压力将罐内LNG压进被卸贮罐中。20三、LNG运输罐车的装卸性能3.2压差卸液模式的缺陷：卸车效率低下,时间长；BOG产生多—排放；车载罐设计压力高，自重大；只能用地磅计量卸液量；无法适应不同大小贮罐客户的需求。21三、LNG运输罐车的装卸性能3.3深冷工业气体（液氮、氧、氩）卸液方式是最好的借鉴：上世纪九十年代末，短短的五年时间，在我国的跨国气体公司全部运输罐车从“压差卸液”改为带泵罐车。22三、LNG运输罐车的装卸性能3.4LNG运输罐车的优化设计:用高压油泵驱动LNG离心泵；或用防爆电机驱动。23三、LNG运输罐车的装卸性能带高压油马达驱动卸液泵的LNG运输罐车24四、LNG汽车加气站运行经济性25四、LNG汽车加气站运行经济性4.1加气站运行经济性的三大因素：日平均充装汽车（公交、重卡）数量；加气站日常故障率及总寿命；日平均BOG损耗量。26四、LNG汽车加气站运行经济性4.2日平均BOG损耗量---这里,我们只能讨论BOG。据了解，相当一部分加气站的日均BOG在5%以上，有些已经达到10%。从业主，或环保角度看，都是不能接受的。27四、LNG汽车加气站运行经济性4.3加气站BOG产生量由很多因素决定，主要影响因素如下:车载LNG燃料瓶绝热性能及回气量；LNG运输罐车卸液模式；LNG真空绝热管道的绝热性能；LNG加气机。LNG储罐持久的绝热性能；阀门形式及管道走向设计；28五、减少加气站BOG的优化设计思路29五、减少加气站BOG的优化设计思路5.1LNG贮罐持久的绝热性能按标准：多层0.14%/d；珠光砂0.33%/d---60m3液氮罐但据现场了解，在用贮罐的NER，随使用时间增加，成倍递增。30五、减少加气站BOG的优化设计思路5.2LNG贮罐的优化设计有关绝热层清洁度、内胆支撑结构、检漏、绝热材料、吸附剂、烘烤及抽空工艺等问题,业内人士都很清楚，认真做好每一道工序，NER就能得到改善，这里不再展开。提出两个优化设计的思路，供参考。31五、减少加气站BOG的优化设计思路5.3LNG贮罐的优化设计之一恒温罐设计——使贮罐内LNG稳定在设定的饱和状态下。外置冷源；冷凝器，设置在冷源内或LNG贮罐内；依据冷源温度及LNG罐内气相温度，间断工作或连续工作。32五、减少加气站BOG的优化设计思路5.4LNG贮罐的优化设计之二自冷凝罐设计利用LNG的饱和特性及天然气液化特性；适用于LNG罐卸液间隔时间在2天以内。33五、减少加气站BOG的优化设计思路5.5阀门形式及管道走向设计思路加气站液相管道阀门宜选择全通径阀门，如球阀、闸阀；液相管路尽量作水平设置，减少上行及转向。34五、减少加气站BOG的优化设计思路5.6车载LNG燃料瓶绝热性能及回气车用瓶具备持久的绝热性能，确保在加气站充装LNG时，瓶内气相压力≤0.8MPa；气瓶向加气站LNG贮罐回气是不合理的，增加加气站的BOG产生量。——监管部门应责令绝热性能差的气瓶返厂维修。35五、减少加气站BOG的优化设计思路5.7LNG运输罐车的卸车模式目前，LNG罐车向加气站贮罐卸液时，须将罐车内气相压力提高到高于贮罐内压力。操作不当就会增加BOG泄放，有几条建议：利用加气站上潜液泵卸液，但罐车至泵入口的距离越小越好，进液管道宜用绝热管道。卸液时依据罐车及贮罐内的压力状态，合理采用顶充与底充，以降低罐车内的气相压力。做到卸液结束时不用排放罐车内气相压力。采用“带泵LNG运输罐车”是减少BOG排放的最好选择。36五、减少加气站BOG的优化设计思路5.8LNG绝热管道加气站一般都采用了LNG真空绝热管道，提高真空绝热管道的持久绝热性能，自然是减少BOG的因素之一。真空绝热管道的联接件，是目前最明显的漏冷点，在加气站上可以看到结霜严重的联接件。改进联接件设计十分必要。推荐采用接插式真空管道联接件.37五、减少加气站BOG的优化设计思路5.9LNG加气机加气机中流量计也是值得探讨的问题。若采用爱默生质量流量计还是无法避免反复的预冷，产生一定量的BOG。选择德国FC3000文丘里管流量计,可以有效避免预冷，不会有BOG产生。38结束语以上内容，提出了LNG汽车加气站相关系统的优化设计思路，以提高其安全性、经济性，以及环保性。不当之处，请指正。39谢谢！