分析液化天然气（LNG）加气站建设及安全管理

高萌

（四川省天然气投资集团有限责任公司，四川 成都 610000）

0 引言

以液化天然气作为汽车能源，和汽油能源相比，在安全性、节能性、环保性、经济性等方面有很多优势，对缓解我国能源危机有很大作用。这一点已经得到了广大人民的认可，使得近年来，我国以液化天然气为燃料的汽车越来越都，逐步走进了千家万户，具有良好的发展前景。在液化天然气汽车飞速发展的大环境，加快液化天然气加气站的建设显得尤为迫切。但由于目前我国液化天然气加气站建设中依然没有出台统一的政策法规，各项标准和规范还不够完善，为液化天然气加气站的建设和安全运行提供真实有效的参考和指导，致使液化天然气加气站在建设和运行依然存在很多安全隐患，在一定程度上限制了我国液化天然气汽车事业的发展。基于此，开展液化天然气（LNG）加气站建设及安全管理的分析研究就显得尤为必要。

1 液化天然气作为汽车燃料的优势和缺点

1.1 优势

安全：是液化天然气的燃点在590～650℃之间，远高于汽车的燃点，点火能也比较高，使得液化天然气比汽油更难点燃。而且液化天然气的爆炸极限为5%～15%，经过气化处理之后密度非常低，不足空气密度的50%，因此，稍有泄露机会快速挥发扩散。

环保：液化天然气经过汽车燃烧之后，排出的尾气只有两种成分，一种是碳氢化合物，另一种是氮氢化合物，不含有硫化物、铅化物等有害物质。和汽油燃料相比，液化天然气作为汽车燃料更加环保，在控制温室效应，控制环境污染等方面有显著优势。

能效高：天然气完成液化之后，其密度为标准状态下甲烷的600 多倍，体积能力密度是汽油的72%，因此，更加易于存储和运输。液化天然气汽车行驶里程比较长，加液化天然气的速度也比较快。比如：配备275L气瓶的公交车连续行驶里程可达到400km 以上，而且加满275L 气瓶的时间用不了3min。

使用方便而且成本低：液化天然气汽车加气时间比较短，只需要2～3min，就能加满一罐，可大幅度提升汽车行驶效率。一些柴油汽车到北方冬季在启动前需要提前预热，而液化天然气车辆无须预热，启动就走，非常方便。成本低是液化天然气汽车产业发展的主要动力，虽然明确全过程液化天然气的价格略有不同，和汽油汽车相比，液化天然气汽车的成本可降低10%～40%。

1.2 缺点

虽然液化天然气在很多方面都有显著的优势，但其具有的缺点也比较明显，主要体现在以下4 个方面：

低温危险性：液化天然气发生泄露之后会快速蒸发，此后会降低某一固定的蒸发速度，在蒸发初期，液化天然气的密度大于空气的密度，这就会在地面上形成一个流动层，当温度上升到－107℃之后，会形成密度小于空气的“云团”。而且液化天然气泄漏时周围的温度会降低，周围的水蒸气会被冷凝形成“雾团”，此后，液化天然气会进一步和空气混合直至被完全气化，在低温状态下，会引起相关设备发生脆性断裂和遇冷后收缩，造成设备损坏，或者冻伤操作人员。

BOG 危险性：在正常情况下，液化天然气存储在绝热储存罐中，但外界传入的能力会引起液化天然气发生蒸发，就会形成BOG 蒸发气体，为保证安全性，就需要液化天然气储罐具有一个较低的蒸发率，并要求储罐自身也具有合理安全防空系统，否则在BOG 持续增大的环境下，会导致储罐中的温度、压力快速上升，从而引起储罐破裂问题。

着火危险性：液化天然气和空气发生混合之后，如果温度达到550℃，就会出现燃烧问题，空气中百分含量在5%～15%时，一旦遇到明火，就会出现爆燃。避免发生着火危险，在液化天然气在存储和使用中，必须防止可燃物、点火源、氧化剂三种因素同时存在[1]。

翻滚危险性：存储在罐体中的液化天然气，在静止状态下，会出现两个稳定性的液相层，主要表现为下层的密度大于上层的密度，在此种状态下，如果外界热量传入罐体中时，液相层会出现引发传质、传热相互混合的情况，液层表面也会出现蒸发现象，而下层由于吸收了上层的热量，会处于一种“过热”状态。当二液相层密度比较接近时，会在很短的时间内形成大量的气体，致使罐体内部压力急剧上升，这就是液化天然气中常见的翻滚现象，存在很大的危险性。

2 液化天然气（LNG）加气站建设要点

2.1 液化天然气加气站建站方式的选择

建站方式的选择是液化天然气加气站建设的重点，常见的建站方式有两种：①站房式加气站；②撬装式加气站。其中前者占地面积比较大，通常在13000m2左右，土地费用比较高，建设工期比较长，施工成本高。后者是一种集多种设备为一体的建站方式，占地面积比较小，通常在3000m2左右，建设费用相对比较低，各设备撬块可以在厂内集中预制，运输到现场后再进行安装即可，安装时间短，速度快。每种建站方式都有其独特的特点，在选择建站方式时，需要结合实际情况进行合理选择。在液化天然气汽车发展初期，液化天然气汽车数量比较少，液化天然气的消耗量上，选择撬装式加气站比较合适，也是目前我国常用的液化天然气加气站建站方式。

2.2 加气站站址的选择

加气站站址在选择时需要综合考虑多个方面，如：城市总体规划、城市交通规划、环境保护、消防安全等。在这些条件都满足的情况下，液化天然气加气站要尽量选择在交通便捷，远离居住区、学校、博物馆等重要区域的位置。而且加气站中液化天然气储罐、加气机和站外建筑物、构筑物的防火间距必须满足《液化天然气（LNG）汽车加气技术规范》（NB/T 1001—2011）中的相关规定。

2.3 工艺流程的选择

液化天然气加气站的加气流程为将储罐中的液化天然气，通过低温潜液泵加压后，再通过液化天然气加液机，注入液化天然气汽车专用的气瓶中。因此，一个完善液化天然气加气站，需要同时具有卸车、加气、调饱和、自动泄压四个方面的功能。

卸车：常用的液化天然气卸车方式有两种，一种是潜液泵卸车，另一种是自增压卸车。其中前者是利用低温潜液泵把液化天然气从槽车上转移到液化天然气储罐中，液化天然气经过槽车卸液扣，可进入潜液泵中，再经过增压之后，冲入储罐中[2]。后者是利用槽车和储罐之间的压力差从而达到卸车的目的，如果采取了此种卸车模式，需要先利用槽车的自增压系统来提高槽车内部的气相压力，通常情况下液化天然气站槽车的设计压力为0.8MPa，这就要求槽车自增压压力不能超过0.75MPa。自增压是一种比较先进的卸车系统，槽车内的液化天然气通过槽车增压口进入卸车增压器中，再经过吸热气化之后会重新返回到操作中，增加槽车压力。在整个卸车全过程中，压力差始终保持在0.2MPa左右。卸车完成之后，操作人员可采取调整液化天然气储罐的进液方式、进液速度等来控制液化天然气储罐中的压力，保证槽车和储罐之间的压力差始终恒定不变，保证卸车工作能够顺利完成。

加气：液化天然气从储罐出液口进入潜液泵中，经常过潜液泵增压之后，在通过流量计、加气枪注入液化天然气汽车专用气瓶中。

调饱和：液化天然气汽车要求发动机进气压力在0.7MPa～0.9MPa，如果达不到该设定值，汽车就无法正常运行，此时需要提升液化天然气的饱和蒸汽压。具体的流程为：液化天然气从储罐出液口直接进入调饱和热机器中，经过吸热气化后，再重新返回到储罐，从而达到提升储罐中液化天然气饱和蒸汽压的作用。在具体应用中调饱和可通过潜液泵来代替。随着科学技术和工艺水平的提升，目前很多气瓶厂家生产的汽车专用气瓶，大多都自带增压系统。当液化天然气饱和蒸汽压比较低，无法满足汽车发动机进气压力的要求时，可通过开启气瓶增加系统的方法来调高液化天然气饱和蒸汽压，不需要储罐来调饱和压力[2]。在具体建站中可考虑是否取消饱调饱和里程，取消此流程之后，不但可以有效减少加气站的建设费用，也可以增加撬装设备的内部空间。

自动泄压：液化天然气是一种低温液体，在实际运行中，储罐外部温度比较高，会导致储罐的温度不断升高，蒸发形成BOG 气体，随着BOG 气体的不断增加，储罐的压力也会随之提升，当储罐中的压力达到1.1MPa～1.2MPa 时，会自动启动自力式减压调节阀，排出储罐中的BOG 气体，达到储罐设定的压力之后，再自动关闭，就能起到自动调节储罐压力的作用，保证液化天然气加气站运行的安全性。

2.4 关键设备的选择

液化天然气加气站在建设中，关键设备的选择是否科学合理，直接关系到整个加气站运行的安全性和稳定性，关键设备主要包括储罐、低温泵和加气机。

储罐要尽量选择卧式低温储罐，其内筒为0Cr18Ni10 奥氏体不锈钢，外筒为Q345R 容器板制造而成，夹层为真空粉末绝热或者高真空多层缠绕，其工作压力通常为1.2MPa，高于馋鬼液化天然气气化站储罐的工作压力。目前我国很多液化天然气槽车的容积在50m3左右，因此，在选择储罐时，为降低运输成本，提升卸车的效率，液化天然气加气站储罐的容积选择60m3即可[3]。

低温泵：液化天然气加气站中的低温泵由两部分共同组成，其一是泵体，其二是泵池。其中泵体都为浸没式两级离心泵，可全部浸入泵池中，无须设置密封件，所有运动部件都由低温液体冷和润滑。我国很多液化天然气加气站中采取的低温泵都为进口产品，如美国的ACD 以及法国的CRYOSTAR，具有稳定性好、安全系数高、节能效果好等一系列优势[4]。但随着国产低温泵产品质量的不断提升，以其价格低、售后服务好等优势，市场份额占比越来越高。低温泵泵池通常情况下是由加气站撬装设备供应厂家自行配套来生产，可看作是压力容器的一种。

加气机：加气机由流量计、加液枪组成。为保证计量的准确性，维护消费者和企业的权益，流量计大多会采取艾默生质量流量计，并且在一台加气机中通常会安装2 台流量计，一台置于液化天然气车用气瓶上充装上，另一台置于回气管路之上，可很好的保证计量的准确性。对加气枪而言，一般采取美国JCCater 品牌，但配件采购价格高，维修费用高，越来越的加气站在建站之初就开始采取国产加气枪，具有更高的性价比。

3 液化天然气（LNG）加气站安全管理要点

3.1 针对储罐压力的安全管理

为保证液化天然气（LNG）加气站运行的安全性，需要保证储罐的压力始终在一定的范围内，储罐中压力过高或者偏低，都不利于保证液化天然气（LNG）加气站的安全运行。引起储罐压力过高的因素包括：热量传导过大，使得液化天然气蒸发，或者是大气压力降低、人为操作失误等都会引起储罐压力过高。引起储罐压力偏低的主要因素是排液或者是抽气速度够快，充注温度过低的液体。为解决储罐压力过高或者过低问题，在储罐建设之初就需要安装上先进的、自动化程度比较高的压力空气阀、真空安全阀等。真空安全阀能够实时感受的大气压力的变化，从而判断储罐内是否为真空状态，可避免储罐发生负压问题。与哈利空气阀则可以预防储罐中出现超压问题。此外，在压力安全阀和真空安全阀之间需要设置一个截止阀，以便后期开展由针对性地维护和检修。

3.2 针对低温冻伤的安全管理

操作人员在进行液化天然气加气站操作中，必须穿戴好特殊的防护用品，避免皮肤直接和低温物质接触，防护物品的尺寸要尽量大一些，以便在紧急状况下，能够快速脱下衣服，撤离危险现场。对一些低温设备而言，低温管线和阀门在设计中都需要考虑操作人员的安全，做好保冷防护，以免操作人员直接和低温金属设备接触，造成人身伤害[5]。

3.3 加强现场的安全管理

为保证液化天然气加气站运行的安全性，需要制定出科学、健全的安全管理制度和岗位操规程，并做好安全教育培训，保证每位操作人会都能熟悉操作要点，以免因为人为操作失误，引起安全问题，保证液化天然气加气站运行的安全性。

4 结语

综上所述，结合理论实践，分析了液化天然气（LNG）加气站建设及安全管理，分析结果表明，现阶段我国液化天然气的应用技术愈发成熟，和汽油能源相比，液化天然气具有成本更低、污染更小、效益更高等优势，具有良好的发展前景。液化天然气加气站在建设中需要结合目前的发展现状，控制好每个细节，按照相关规范和标准进行建设，才能保证建设效果。而在进行安全管理中，需要从设备自身情况、液化天然气的特点、以及操作人员等方面同时入手才能保证液化天然气加气站始终处于安全的运行状态，此时我国液化天然气加气站事业持续健康的发展。