LNG加注装置研制开发及应用

2019-10-26张海丽

设备管理与维修 2019年10期

张海丽，王薇

（河北渤海石油装备专用车有限公司，河北任丘 062550）

1 立项背景

液化天然气LNG（liquefied natural gas，液化天然气）是一种清洁、高效、安全的能源，虽然近期受世界经济发展趋缓，国际油价下跌的影响，LNG 的价格优势有所减弱，但其清洁、高效、安全能源的特性，依旧是无法替代的。特别是在生态环境日益恶化的今天，LNG 的推广与使用有着极为重要的意义。LNG加注装置（撬装式LNG 加注站）弥补了传统固定式LNG 加注站的不足。其布站灵活，建设周期短，符合绿色低碳经济的发展方向。撬装式LNG 加注站制造业务，具有巨大的市场应用前景。

2 主要研究内容

研究内容包括：停泵自增压加注功能研究；加注、卸料、计量等流程优化研究；通过整体设计布局研究实现橇装运输要求；降低LNG 在管路中的热损失的工艺研究；综合安全防护系统的技术研究；减少人为误操作阀门操作自动化控制技术研究；低温输液泵防气蚀工艺研究；数据储存传输通信技术研究。IC 卡智能管理技术研究。

3 取得的主要成果

（1）实现停泵自增压加注功能。为使撬装式LNG 加注站在停电或电力不稳的情况下保持工作，提高环境适应性，提高低温泵的使用寿命，设计了停泵自增压加注流程，在主撬内部设置1 台3 m3的空温汽化器作为增压器，LNG 通过后气化后形成EAG 注入LNG 储罐，使储罐压力升至1.2 MPa，此时储罐压力大于车载LNG 瓶内一般工作压力（0.8～1）MPa，PLC 控制打开加液管路气动阀门，在低温泵不启动的情况下实现自增压加注（图1）。

图1 停泵自增压加注流程

（2）实现可同时卸车加注功能。传统卸车需要用低温泵将槽车LNG 打入储罐，无法同时进行加注作业，为此对卸液系统进行了优化：①使用外部增压器将槽车增压至0.8 MPa，槽车内LNG 通过卸液支路，气动阀1以及储罐根部阀压入储罐（0.6 MPa 以下）内；②低温泵从泵前进液管、卸液管以及储罐进液支路，3 处同时进液，注入车载LNG 瓶，完成同时卸车加注作业流程（图2）。

图2 卸车加注功能流程

（3）采用双质量流量计计量加液量。在传统的加注系统中，没有设置回气计量装置。据测试1台LNG 汽车从空瓶（430 L）到加满状态，会有约1 kg 的BOG（Boil Off Gas，闪蒸气）通过回气管路进入储罐，顾客多支付了这部分金额。为此对加注计量回路进行了优化设计，在保留加注机加液相回路计量的同时，在回气气相回路上分别加设了质量流量计，并拓展编写加气机运算软件将客户LNG 钢瓶中返回储罐的气态LNG 量从加液量中减除，达到精确计量加液量的目的（图3）。

图3 双质量流量计计量加液流程

（4）通过整体设计布局研究实现橇装化。为解决传统固定式LNG加气站的建设周期长、造价高、无法迁址的难题，对加注站整体撬装结构进行了设计，运用三维设计软件，合理对储罐、工艺管路、加注设备进行布局。实现了设备的高度集成，全站采用主副双撬结构，主撬外部尺寸与40 尺集装箱相同，付撬集成了工业控制及工作人员生活设施，可实现加气站的快速安装和运移（图4，图5）。

副撬为控制与休息撬，内有PLC 控制柜、IC 卡管理系统、上位机控制系统、员工休息床（上下）、饮水机、空压机、干燥机等设备设施。图6。

（5）改进保温材料包裹工艺，降低LNG 管路热损失。LNG温度升高会造成LNG 气化，引起低温泵气蚀、BOG 排放增加、管路结霜等一系列严重后果。而LNG 管路中的热损失是LNG加气站热损失中的主要因素。

图4 加注撬现场布置

为提高管线的保温性，需要进行保温处理，在对管道保温的主要方式进行对比。

图5 主撬整体布局

通过热量传递分析，在综合考虑了安装空间、价格、冷量损失后，采取了管道保温层用CCPE 多层错缝搭接包裹（保温层厚度15.4 cm），保温层外包裹铝皮防辐射层，最外部用镀锌铁皮做保护层的工艺。使管道的冷量损失减少了40%。

图6 副撬内部结构

图7 管道保温示意

（6）综合安全防护技术。因LNG蒸发引起压力过大和泄漏引发的燃烧爆炸危险，是加气站的主要安全隐患。为了降低加气站爆燃风险，撬装式LNG 加注站采用了多项安全防护技术。①设计了专项防爆电路。撬装式LNG 加注站中使用的所有电气设备均采用防爆设计。各电气接口作相应的防爆处理；②设计了集中放散系统。在工艺管路上设置了安全附件，阀与阀之间管段设置放散支管，将各管段气化的闪蒸气集中到放散总管，通过阻火器在进行放散；③设计了紧急停车系统。当主撬内装置的监测仪表监测可燃气体浓度超限时(系统超压、液位超限、温度过高、仪表风压低以及火灾报警事故时)，能自动报警并切断系统。

（7）自动化控制及数据储存传输通讯技术研究。为了提高撬装式LNG 加注站自动化控制程度，设计制造了撬装式LNG 加注站综合控制系统，包括数据传输系统和自动控制系统。数据传输系统软件的设计编程，实现了对加气量和回气量准确计量、显示、结算；对各种运行参数采集、显示，传输、储存与自动控制系统完成通信等。自动控制系统，可对储罐、低温泵、撬内工艺阀门及加气机进行监控和管理，完成对卸车、调压、加注、卸压等各种工艺过程的控制、显示，同时对加气站的安全状态进行监测、报警并紧急停车。

（8）防气蚀工艺研究。为减小低温离心泵叶轮进口处天然气压力降低，降低气蚀现象发生概率，采取的设计：①带有防气蚀功能的低温离心泵；②将低温泵下沉，使泵的进液口低于储罐的出液口；③尽可能缩短储罐道低温泵的距离，之间不设置弯头和三通；④泵前管线采用真空管，减少冷量损失；⑤加粗泵前管线（采用DN50 不锈钢管）。

（9）IC 卡智能管理技术研究。为了减少加气工工作量，便于加气数据管理，编写了IC 卡智能管理系统软件，搭建了由通信机、小票打印机、IC 卡读写器、管理终端组成的IC 卡管理系统。实现了新卡发售，旧卡储值，储值数据查询，交易数据查询，修改密码，解锁灰卡、数据表格生成、周报日报上传、小票打印等功能。