LNG汽車加氣站設(shè)計(jì)之探究
文章來源:泰山燃?xì)?/span>
隨著山東省十三五天然氣發(fā)展規(guī)劃,LNG汽車加氣站在我們的生活中日益發(fā)揮著重要作用,在其設(shè)計(jì)施工過程中,必須深入分析和探究每一個(gè)環(huán)節(jié),大力推廣并引入新材料、新工藝和新技術(shù),精細(xì)化設(shè)計(jì),保證LNG加氣站運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。
1.LNG 加氣站日加氣能力
LNG 加氣站的日加氣能力和儲(chǔ)存規(guī)模設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮服務(wù)車輛的特性、用地紅線以及站外環(huán)境等因素。目前,LNG加氣站服務(wù)對(duì)象主要為長(zhǎng)途客貨車、公交車、環(huán)衛(wèi)車等,未來隨著LNG 技術(shù)的發(fā)展和加氣網(wǎng)點(diǎn)逐漸成熟,服務(wù)對(duì)象也將延伸至出租車甚至小轎車。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),各類LNG車輛的日加氣量可根據(jù)各類車型日行駛里程的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算,并應(yīng)根據(jù)加氣站的設(shè)計(jì)使用年限預(yù)留一定的發(fā)展空間;每輛車加氣時(shí)間按3~5 min 計(jì)算較合適。
2.總圖布置
加氣站總圖布置需因地制宜,實(shí)現(xiàn)交通組織和工藝布置的最優(yōu)。
首先是交通組織,由于加氣車輛進(jìn)入加氣位比離開加氣位要費(fèi)時(shí)費(fèi)力得多,而且加氣高峰期容易形成排隊(duì)等候的現(xiàn)象,因此總圖布置應(yīng)優(yōu)先確保入口處車輛有足夠的轉(zhuǎn)彎半徑和排隊(duì)等候的空間。
其次是工藝布置,根據(jù)生產(chǎn)工藝和運(yùn)營(yíng)管理的需要,LNG 加氣站站區(qū)一般由生產(chǎn)區(qū)( 儲(chǔ)存區(qū)、加氣區(qū)) 和輔助區(qū)( 站房、衛(wèi)生間等) 組成。儲(chǔ)存區(qū)主要有防護(hù)堤、LNG 儲(chǔ)罐和潛液泵橇,加氣區(qū)則由罩棚及加氣機(jī)組成;站房根據(jù)運(yùn)營(yíng)管理的需要可設(shè)置營(yíng)業(yè)室、辦公室、值班室、配電間、控制間等。
根據(jù)LNG 加氣站設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)驗(yàn),當(dāng)生產(chǎn)區(qū)( 儲(chǔ)存區(qū)、加氣區(qū)) 和輔助區(qū)( 站房、衛(wèi)生間等) 分開布置時(shí),總圖布置應(yīng)考慮:(1)生產(chǎn)區(qū)宜整體靠近出口側(cè),以保證足夠的入口空間并實(shí)現(xiàn)與輔助區(qū)站房的分離;(2)儲(chǔ)存區(qū)和加氣區(qū)應(yīng)相互靠近以減少工藝管道的長(zhǎng)度,LNG 泵與加氣機(jī)之間的低溫管不宜超過40 m;(3)宜于儲(chǔ)存區(qū)近出口側(cè)設(shè)置槽車,且車頭朝向出口,以合理布置LNG 槽車的車流組織便于槽車在事故狀態(tài)迅速撤離現(xiàn)場(chǎng);(4)當(dāng)加氣站用地緊張,沒有條件建設(shè)獨(dú)立的加氣區(qū)時(shí),加氣機(jī)可布置于儲(chǔ)存區(qū)的邊緣,這時(shí)加氣機(jī)宜平行布置于儲(chǔ)存區(qū)靠近出口的兩側(cè),為后面的車輛留出一定的停車等候的空間。
3.工藝設(shè)計(jì)
LNG 加氣站工藝管道主要分為卸車工藝管道、儲(chǔ)罐與潛液泵橇之間工藝管道、潛液泵橇與加氣機(jī)之間工藝管道三部分。工藝布置很大一部分是低溫工藝管道的設(shè)計(jì),工藝設(shè)備布置應(yīng)在服從總圖布置的前提下,力求管線最短,以減少流體水頭損失,也可減少吸熱量。
以儲(chǔ)罐與LNG 泵池之間的低溫液相管與回氣管( 均為D57×3.5不銹鋼無縫鋼管) 為例,LNG 加氣站設(shè)計(jì)中液相工藝管道和氣相工藝管道設(shè)計(jì)分析如下:
(1)工藝管道中,液相管道主要用以輸送LNG 物料,氣相管則用于有效排除系統(tǒng)產(chǎn)生的BOG(蒸發(fā)氣) 及平衡壓力,前者應(yīng)注重降低阻力,后者應(yīng)力求有效排除BOG。
(2)LNG 加氣站所用的低溫輸送泵為潛液泵,即泵和電機(jī)整體浸沒在LNG 中運(yùn)行,LNG 對(duì)活動(dòng)件進(jìn)行潤(rùn)滑并對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻。LNG 從LNG 儲(chǔ)罐經(jīng)液相管自流到泵池中,再通過潛液泵加壓后向外輸送,而泵池產(chǎn)生的BOG 則通過氣相管引回儲(chǔ)罐氣相空間。為保證LNG 可自流到泵池中以及潛液泵所需的氣蝕余量,泵池需位于儲(chǔ)罐的低位,因泵池結(jié)構(gòu)及流體力學(xué)性質(zhì),穩(wěn)態(tài)時(shí)儲(chǔ)罐、泵池及其之間工藝管道的物料物態(tài)等因,其中儲(chǔ)罐氣相空間和泵池氣相空間壓力分別為p和p+pgh。當(dāng)泵池BOG 大量產(chǎn)生時(shí),泵池氣相空間的壓力將升高并導(dǎo)致泵池液位下降,當(dāng)液位降至回氣管管口高度后BOG 從回氣管排至儲(chǔ)罐氣相空間。
(3)液相管的阻力。LNG 的粘度很小,110 K時(shí)飽和LNG 的粘度為121.34×10-6 Pa·s( 20 ℃水的粘度為1.005×10-3Pa·s);LNG 的粘度隨壓力的上升略有升高,當(dāng)110K 的LNG 壓力增至1.0MPa時(shí),其粘度為122.77 ×10-6 Pa·s。按潛液泵340 L/min 的流量由柯列勃洛克公式可算得D57 × 3.5不銹鋼無縫鋼管的沿程阻力系數(shù)λ為0.0199,則單位管長(zhǎng)的沿程阻力( 比摩阻) 為715 Pa /m。
(4)在儲(chǔ)罐與潛液泵橇的布置中,可將兩者軸線呈L 型布置,此時(shí)不在同一高度的兩個(gè)接口之間的工藝管道,均可通過兩個(gè)彎頭進(jìn)行連接,從而最大限度地減少?gòu)濐^的數(shù)量以降低阻力。
由以上分析可知,在工藝管道設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)可能出現(xiàn)氣液兩相流的管道及重力自流管道應(yīng)給予優(yōu)先考慮。
4.消防設(shè)計(jì)
LNG加氣站的儲(chǔ)存區(qū)、加氣區(qū)屬甲類火災(zāi)危險(xiǎn)性區(qū)域, LNG 具有低溫、易燃、易爆、易蒸發(fā)、易擴(kuò)散、易產(chǎn)生靜電的物性,應(yīng)根據(jù)LNG 加氣站等級(jí)和儲(chǔ)存規(guī)模設(shè)置滅火器、泡沫發(fā)生系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)等,消防系統(tǒng)按滅火劑進(jìn)行劃分主要有干粉、泡沫及消防水等類型。
(1)干粉滅火劑
干粉滅火劑適用于撲滅固體物質(zhì)、油類、可燃性氣體、電氣設(shè)備等物品的初起火災(zāi),是撲滅高壓力、大流量天然氣火災(zāi)的最有效措施。干粉滅火劑多用于移動(dòng)式滅火器,其放置位置應(yīng)考慮射程及取用方便,8kg干粉滅火器噴射時(shí)間為14~18s,射程為4.5 m; 50 kg 干粉滅火器噴射時(shí)間為50~55 s,射程為6~8 m。
(2)泡沫滅火劑
泡沫滅火劑是撲滅可燃、易燃液體的有效滅火劑,它主要是在液體表面生成凝聚的泡沫漂浮層,起窒息和冷卻作用,適用于撲救油脂類、石油產(chǎn)品等初起火災(zāi),不適用于撲救忌水化學(xué)品和電氣火災(zāi)。10L的泡沫滅火器噴射時(shí)間為60s,射程為8 m;65 L的泡沫滅火器噴射時(shí)間為170 s,射程為13.5 m。另一方面,當(dāng)LNG 發(fā)生泄漏時(shí),高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)可噴射出大量泡沫覆蓋在泄漏的LNG上面,以減少來自空氣的熱量,有效降低LNG 蒸發(fā)的效率,營(yíng)造可控的安全氣化環(huán)境,從而降低地面可燃?xì)怏w濃度,降低起火燃燒、爆炸的可能性。
(3)消防水
LNG與水之間有非常高的傳熱系數(shù),因此當(dāng)泄漏的LNG接觸到水時(shí),LNG 將激烈地吸熱沸騰,并伴隨大的響聲、水霧噴出和LNG 蒸氣爆炸,即“LNG冷爆炸”。另一方面,LNG受到水的沖擊時(shí),將增加LNG 與空氣的接觸面積,使危險(xiǎn)性增加。
LNG加氣站的消防水并不用于撲滅明火,而主要用于降溫——吸收和控制火災(zāi)產(chǎn)生的熱量,減輕熱輻射對(duì)儲(chǔ)罐和設(shè)備的影響,避免儲(chǔ)罐及設(shè)備因受熱超壓引發(fā)更大災(zāi)害。