LNG 加气站工艺技术、安全及经济性分析

王伶俐

成都深冷科技有限公司 四川省成都市 611730

1 LNG 加气站的工艺特点与安全经济性

1.1 LNG 加气站技术特点与经济性

1.1.1 技术特点

（1）LNG 的体积只有同等质量天然气的1/625，可以用汽车、轮船、火车等很方便地运送到需要的地方使用。

（2）LNG 储存效率高，占地少，投资节省，10mLNG 的储存量就相当于1 万户居民1 天日常生活所用天然气的量。

（3）LNG 作为优质的车用燃料，与其他燃油类燃料产品相比，它具有烷烃含量高、抗爆性能好、发动机使用寿命长等诸多重要优点。与柴油车相比，天然气汽车可以减少93%的灰分、99%的二氧化硫、80%的二氧化氮、94%的一氧化碳和25%的二氧化碳。天然气汽车特别是LNG 汽车的燃烧尾气只有水和二氧化碳，几乎没有污染物，是一种比汽油、柴油和液化石油气等更洁净的能源。

（4）LNG 的汽化潜热高，汽化过程中的冷量可进行回收和再利用，例如用于冷库生产速冻食品、制冷、制冰等。

（5）由于LNG 汽化后密度很低，即使泄漏到空气也会立即飞散，不会直接引起气体爆炸。

1.1.2 经济性

LNG 加气站初期投资较大，主要是土地投资和设备投资。土地投资根据地理位置的不同差异很大。设备投资即设备采购、设备安装、场站建设等所需资金。LNG 加气站的设备有LNG 储罐、LNG 升压泵（一般使用低温潜液泵）、LNG 加气机、工艺管道系统、仪表自控系统、可燃报警系统、消防设施等。当然，LNG 加气站的设计费、监检费、施工费等一次性投入的场站建设资金也属于设备投资的一部分。此外，LNG 加气站建成后的运营费、人工费、设备日常维护和设备检修费等，也属于LNG 加气站运营的正常开支。

LNG 加气站的盈利优势主要来自于LNG与柴油（汽油）的价格差异，差异越大对汽车用户的吸引力越大。

1.2 LNG 加气站工艺流程

LNG 加气站的工艺流程分四个步骤：卸车流程、加气流程、卸压流程、增压流程。

（1）卸车流程：把集装箱或汽车槽车内的LNG 转移至LNG 加气站的储罐内。卸车方式有三种：增压卸车、泵卸车、增压和泵联合卸车。

（2）加气流程：把加气站LNG 储罐内的LNG 通过升压泵充装到车载储气瓶内。加气站选用升压泵一般能增压1.0MPa 左右，当车载储气瓶内压力较低时，LNG 通过车载储气瓶内的上进液喷淋管进入储气瓶内，并直接吸收储气瓶内气体的热量，降低储气瓶内压力，提高加气速度。当车载储气瓶压力较高时，先连接回气枪，储气瓶内高压气体通过回气管进入LNG 储罐，使储气瓶内压力降低，从而使加气顺利进行。现在的LNG加气机一般都有加满自停功能，当车载储气瓶内加满时，LNG 加气机发送信号连锁停止LNG 升压泵，结束充装。

（3）卸压流程：由于LNG 储罐、管线和环境的热交换，储罐中的LNG 在不断的蒸发和气化，随着气化的LNG 越来越多，储罐内压力会越来越大。当压力超过设定值时，相关阀门打开，释放储罐中的气体，降低压力以保证储罐安全。

（4）增压流程：在加气过程中，随着LNG 的不断流出，LNG 储罐内液位不断下降，气相空间不断变大，罐内压力不断降低，可能导致加气压力不足，甚至LNG 储罐内形成负压对储罐造成损坏，所以必须在适当的时候对储罐进行增压，以满足汽车加气的需要。

图1 LNG加气站主要设备及加气流程运行画面

1.3 LNG 加气站应用现状与展望

中国目前是一个工业化、城镇化快速推进的新兴发展中国家。随着国家工业化、城镇化的不断向前推进，大气污染已越来越严重。众所周知的近年来频繁出现的雾霾天气就是大气被严重污染的直接例证。国家更是早在“十一五”规划纲要中就提出了“节能减排”的约束性指标，并制定了一系列的政策措施。以柴油、汽油为燃料的汽车，其排放的尾气污染物就是造成大气污染的一个不可小视的因素。

由于我国天然气储量十分丰富，天然气储量约为3.5 万亿立方米，煤层气储量与天然气储量基本相当，页岩气可采资源超过25万亿立方米，加上焦炉煤气等工业废气制LNG，和较大的LNG 进口量，为我国LNG汽车的发展提供了充足的燃料。

技术方面，国内LNG 发动机技术日趋成熟，国内已成功研发出一系列LNG 发动机，LNG 整车性能不断提高。国内LNG 汽车生产厂商如宇通客车、金龙客车、成都客车等众多厂商生产的LNG 公交车已批量生产。LNG 重型卡车也有中国重汽、陕西重汽、东风特商、一汽等单位在批量生产并投入商业化运营。配套产业方面，目前我国已在多地建设有天然气液化工厂，并形成了完善的内陆LNG 生产、储存、运输系统。经济方面，LNG 汽车的使用成本较柴油/汽油汽车低不少，对广大车主特别是长途运输车车主、工程车车主有着巨大的吸引力。以中国重汽的豪瀚N7G 半挂牵引车为例，其LNG 燃料车的气耗约为28 公斤/百公里，而起柴油燃料车的油耗约为37 升/百公里，以成稿日的LNG 和柴油的零售单价7.4 元/公斤和8.2元/升计算，每公里的使用成本LNG 燃料车比柴油燃料车少约1 元，折算下来使用LNG燃料车能节约约1/3 的成本。市场方面，国内LNG 汽车的保有量迅速攀升，截止2020年底，LNG 汽车保有量已达74 万量，年均增幅约29.9%。

综上所述，在我国，LNG 汽车及LNG加气站的发展仍然拥有一片广阔的的市场前景。

2 LNG 加气站技术、安全性分析

2.1 LNG 技术优势

（1）LNG 能量密度大，汽车续航里程更长。同样容积的LNG 汽车钢瓶装载的天然气是CNG 储气瓶的3.5 倍。500L 的LNG 钢瓶加气一次可在市区连续行驶约400km，在高速公路连续行驶约700km，非常适合长途运输车辆和工程车辆使用。

（2）LNG 加注时间短。一辆LNG 重型卡车的加注时间约5 分钟，与CNG 相比，充满同样容量的气瓶，LNG 充装要节约一半甚至更多的时间。

（3）由于是液态储存，LNG 便于经济可靠地远距离运输。在陆上可用20～50 立方（相当于1.2 万～3 万立方的天然气）的汽车槽车运输LNG，也可根据需要用集装箱装载LNG，用火车、船舶运输，故LNG 加气站的建设不受天然气管网的限制。

（4）LNG 安全性高。LNG 加气站上，LNG 储存压力小于等于1.2MPa，相较于CNG 加气站上20MPa 的储存压力，其使用安全性好得多。LNG 储罐内罐使用S30408不锈钢焊接制造，不存在被LNG 介质腐蚀损坏情况。

2.2 LNG 加气站的危险性

LNG 加气站的危险性主要来自于物料本身、装置、人为操作不当、自然或环境影响等几个方面。

2.2.1 物料的危险性

LNG 由其物理特性带来危害主要有：蒸汽窒息、低温灼伤、泄漏燃爆、低温爆炸危害等。

2.2.2 装置的危险性

LNG 加气站上装置的危险性主要有LNG储罐的介质翻滚危害、液位超限危害、压力超限危害、真空破坏危害，LNG 低温泵气蚀危害，工艺管道压力超限危害、工艺管道振动危害等。

2.2.3 人为操作不当的危险性

人为操作不当的危险性有：卸车时，液位仪表失灵或人为误读导致的储罐超装；卸车或加气结束后，未卸下软管或加气枪车辆就启动行驶导致的液体泄漏；处理泄漏事故时，未切断泄漏源导致的事故范围扩大；发生泄漏时未及时切断电源或火源，导致的火灾或爆炸事故等。

2.2.4 自然或工作环境影响的危险性

自然或工作环境影响的危险性包括：雷电、地震、风雨雪等自然灾害引起的设备及建筑的破坏等，还有因LNG 加气站上频繁进出的车辆、打火机、手机电磁火花、碰撞摩擦火花、静电等火源引起的火灾爆炸等。

2.3 LNG 加气站的安全性措施

鉴于LNG 加气站上导致危险发生的各种因素，需要从设计、制造、安装及使用几方面共同着手：

2.3.1 设计安全

按标准规范执行建（构）筑物之间的安全间距，设置合理的围堰深度（常规项目的设备建议考虑为：LNG 泵橇基础低于卸车时槽车停车位，高差大于等于0.3m），选择可靠的材质（奥氏体不锈钢06Cr19Ni10），LNG 储罐设置液相紧急切断阀及合理的卸压系统，设置合理的低温补偿及管路支撑，选用可靠的连接方式，正确配置拉断阀，设置全范围覆盖的可燃气体泄漏检测探头，设计完备完善的消防安全系统，整站可靠的防雷及防静电接地系统等，可以从源头上消除安全隐患。

2.3.2 制造、安装安全

设备的制造质量、工程的安装质量，也是保证LNG 加气站安全运行的基本前提之一。

2.3.3 使用安全

规范的操作规程、完备的应急预案、足够的安全意识、必要的防护措施、一定的应急处理能力，都是保证加气站安全运行的必备条件。

3 LNG 加气站技术经济性分析

3.1 LNG 加气站经济性分析

3.1.1 初期投入成本

初期投入成本大致包括两个组成部分，一部分主要是LNG 加气站内的固定设备以及建筑设施的初期投入。LNG 加气站的设备主要有LNG 储罐、LNG 潜液泵、LNG 加气机等，这些设备技术已非常成熟，成套设备已全部实现国产化。LNG 储罐生产的国内代表厂商有中集圣达因、北京天海、荆门宏图等。LNG 加注行业初期主要依靠进口的核心设备低温潜液泵也已实现国产化，ACD、低温之心等进口品牌在LNG 加气站行业的市场份额已逐步被杭州新亚低温科技有限公司、浙江湖州三井低温设备有限公司、淄博博山绿源燃气设备有限公司等一批国内生产厂家蚕食，这些国产LNG 低温潜液泵的性能已得到国内用户的普遍认可。目前LNG 加气站成套设备根据软硬件配置不同，一般一座三级LNG 加气站设备费用在130～180 万左右。

初期投入成本的另一部分则是加气站土地的费用。土地费用一般是土地使用权转让费用，也或者是长期租赁土地费用，不同地方根据政策的不同费用要求也不同。近几年国内 LNG 加气站设备橇装化进程非常迅速，成套技术完全成熟，国内各地建设的 LNG加气站 90%以上为橇装站，并已形成系列化，大大节约了占地面积，一座三级LNG 加气站占地面积仅约5 亩。目前国内成都华气厚普机电设备公司、成都深冷科技有限公司、张家港富瑞特种装备股份有限公司、安瑞科能源装备集成有限公司、烟台杰瑞石油服务集团股份有限公司等均能提供成熟的 LNG 橇装成套加注设备。

3.1.2 运营期间成本

（1）原料成本。

原料成本是指LNG 进价成本，鉴于一般LNG 运输是由供气方提供并收取费用，行业内将LNG 的运输成本也计入其进价成本中。同时由于LNG 的出厂价格随市场变化波动较大，为了测算的可比性，可按每年的平均价格测算。

（2）损耗费。

损耗费是指LNG 在运输、转移、销售过程所发生的蒸发损耗和渗漏损耗，一般设计时按每天最大加气量的0.2%考虑。具体损耗量与LNG 的运输装卸方式以及LNG 日销售量有很大的关系。其中主要损耗为卸车后LNG 槽车内剩余低温气体及少量液体，采用增压卸车或增压和泵联合卸车时，一般剩余气体100 多公斤，具体受卸车操作人员和工艺设备的影响有所差异。另一个损耗是运营过程中的BOG 排放，因LNG 储罐、低温管道和外界环境有着不可避免的热交换，LNG系统内会不断产生BOG。但若加气站有一定的加气量保证，产生的BOG 就会正常消化掉，一般加气站每天有20～30 辆重型卡车加气时，就可考虑为无BOG 排放。

（3）外购燃料和动力费。

外购燃料和动力费指加气站经营过程，设备运转及人员办公直接消耗的燃料、电和水等。

（4）折旧费及净残值。

折旧费是以固定资产原值为基数，扣减净残值后，按直线折旧法折旧，LNG 固定资产折旧年限为15 年，固定资产净残值抽5%计取。

（5）设备维修保养费。

设备维修保养费以折旧费为基数，按基数的3%估算。

（6）人工成本。

人工成本包括企业员工的工资及福利费，该项成本按所在地已有加气站的工资水平和设计定员考虑。

（7）办公管理费用。

办公费用包括维持加气站运营所需的网络费、电话费、办公用品费、培训费等各项费用。该项费用根据加气站规模不同具体考虑。

（8）税费。

经营加气站，主要税费有天然气增值税13%、企业所得税25%、城市维护建设税、教育附加税、印花税等。

3.1.3 加气站的盈利

影响LNG 汽车市场兴衰最重要、最直接的因素就是油气价差，同热值LNG 与柴油的价格差越大，LNG 汽车的优势就越大。因LNG 销售利润随季节变化较大，一般夏季利润偏低，冬季利润较高，现阶段行业内加气站LNG 的年均利润约0.3 元/升。一个加气站以每天售完一个54 立方LNG储罐储存量（约20 吨）计算，每月毛利约0.3×20×10×30=180000（18 万）元。具体的销售量需根据当地的市场情况确定。

4 结语

响应我国节能减排发展战略，必须根据各地实际情况大力发展清洁节能资源。发展LNG 汽车产业，基础在于加大建设LNG 加气站建设力度，逐步实现汽油车向液化天然气车的过渡。这就必然要求各企业加气站必须把握好运用相关的生产工艺技术，从使用安全性以及使用经济性的两个角度出发，加快推进节能减排产业的协调发展，最终完成实现国家节能低碳减排战略目标。