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摘要：
本文分析影响LNG加气速率的几大因素，并以某高速公路服务区加气站作为例子，对这些因素进行了实例分析，给出了一个较好的方案，并对LNG加气过程提出了几点建议。
关键词：LNG；加气速度
中图分类号：F407文献标识码： A
1、概述
液化天然气（LNG）是一种优质清洁的化石能源，目前，我国LNG汽车加气站发展迅猛，截止到2013年10月底，我国已投入运行及在建LNG加气站超过1100座，而在LNG加气站运行过程中发现，很多LNG加气站无法达到设计运行规模，BOG气体排放量过大；根据统计数据，当加气流量超过50kg/min时，可有效减少LNG加气站的整体BOG气体排放量，并能大大提高LNG加气站的运行效率，使LNG加气站能够达到满负荷运行。所以，如何提高LNG加气速度，是在LNG加气站的设计过程中的一个核心关键点。
2、影响LNG加气速度的因素
2.1LNG自身性质
影响LNG流速的很大一部分原因是由于液体流动过程中产生的BOG量过大，在气液混合流动的过程中，不能有效控制BOG的量，会严重阻滞LNG的流速，而LNG中BOG的产生与LNG自身的性质有很大的关系。比如LNG中如果氮含量较大，那么LNG的BOG就会越多，不仅会导致储罐的安全储存时间短，也会导致运行管道中会有较多的蒸发气体，从而影响LNG的流速。
作者简介：
屈戈，1989.02,，男，2011年毕业于哈尔滨工业大学，学士，华润燃气（郑州）市政设计研究院有限公司，助理工程师，从事燃气与热力工程设计工作，郑州市中原区汝河路130号，450000,13783628396，hrquge207@163.com
2.2LNG储罐的工况
密闭的LNG储罐内的温度场是非均匀的，即气象部分温度高于气液分界面处的温度，气液分界面处液体温度高于液相主体的温度[1]。使LNG维持在饱和压力下，其BOG生成速度最慢；而在加气站正常运行过程中，由于卸車、加气等过程，使得LNG饱和状态不能稳定保持，会导致部分LNG气化，从而增大LNG流速阻力。
2.3LNG潜液泵工况
LNG加气过程的动力是由LNG潜液泵提供的，目前，LNG加气站的潜液泵均设置在LNG潜液泵池中，泵池中分液相空间与气象空间，在泵运行过程中，如不能有效排除泵池中气象空间中的气体，会导致气相压力越来越高，其泵池的进液速度会越来越慢，这种情况下，会导致LNG潜液泵空转与气蚀[2]。
2.4管路与阀门的工况
工艺管道部分主要分为四个部分：卸车管路，储罐到泵撬管路，泵撬到加气机管路及放散管路。如果工艺管线布置不合理，导致低温管线过长；弯头、三通设置过多；阀门位置设置不合理，均会导致LNG加气站整体系统有较大气损，从而影响LNG加气速度。
2.5LNG加气机的工况
LNG加气作业均靠LNG加气机最终实现，LNG加气机的运行性能也对LNG加气速度有较大影响。在加气作业前，如对加气机预冷不够，会导致局部气化增大，从而影响加气速度；而在加气作业前后，对加气机吹扫清理工作不够，可能会导致杂质进入系统，造成冰堵，从而影响加气速度，严重的，甚至会导致设备故障。
3、提高LNG加气速度的措施
本文以某高速公路服务区加气站为依托背景，在该高速公路服务区建设一座二级LNG加气站。已知的参数如下：以山西某液化工厂生产的LNG为例（其成分如表1），气候条件可参照当地气象参数。在计算过程中，LNG潜液泵的扬程根据进口的ACD品牌的LNG潜液泵为例。保冷形式选择真空管保冷，管道材质选取06Cr19Ni10。
表1 气源参数表
项目 甲烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 戊烷 氮气 高位热值 低位热值
山西LNG 95.88 3.36 0.34 0.05 0.05 0.02 0.3 41.05 37.07
3.1 总图布置
加气站总图布置需因地制宜，实现交通组织和工艺布置的最优。由于LNG加气站均为大型车辆，加气机之间的间距会比较大。为了使工艺管线更短，加气区和储存区应相互靠近以减少工艺管道的长度，从而达到优化加气速度的目的。一个站的总平面布置是否合理，各功能区是否简洁明了，直接关系到该站的运行效果[3]。在本次设计中，根据场地现状，考虑交通组织后，先后设计了两个方案，见图1，图2
图1 图2
在方案一的布置中，将站房、储存区和加气区分开布置，并使加气区与储罐区相邻，最大的特点就是4台加气机竖向1字排列，不用考虑加气车辆前后加气相互影响的问题；LNG泵撬到最远端LNG加气机之间的低温管道约36m，在充分考虑车流组织的情况下，最大的优化了工艺管道的长度，并且减少了弯头和三通的设置。在方案二布置中，同样将站房、储存区和加气区分开布置，加气区与储罐区相邻，4台加气机分为两排布置，这样布置的有点是，左边加气机距离泵撬与右边加气机距离泵撬距离一致，加气站部分故障的情况下仍能保证加气站营运，缺点是会增加三通和弯头的设置，由于LNG汽车加气的间歇性，加气站内的设备反复开停，会导致管道内LNG压力变化频繁，在三通、弯头和阀门处变化更加剧烈，会较大的影响LNG在管道中的流动状态和速度。经过认真比选和讨论，最终本次设计选用方案一。
3.2工艺系统布置
LNG加气站工艺系统很大一部分是由低温工艺管道组成的。工艺系统的布置应在服从总图布置的前提下，力求管线最短，以减少流体水头损失，也可以减少吸热量。本次设计过程中，在考虑保冷效果、抗冷收缩性能、管道沿程阻力系数等因素的情况下，选用真空夹套保冷管作为该项目的低温工艺管道。
在本次设计中，储罐与泵撬之间的连接管路，采用5%的坡度坡向储罐，以减少直角弯头对流速的影响，保证了LNG潜液泵大道最佳工况；泵撬到加气机之间的管路直接从加气机下方的管沟通过，LNG管路与BOG管路平行敷设，避免了管道交叉形成的门型弯，确保了各条管路顺畅。
3.3加气工艺设计
LNG加气机主要完成LNG从储罐到车载气瓶的充装与计量工作。LNG加气机主要由3大部分组成：流量计、测控系统、阀件。LNG加注方式可分为单管加注和双管加注。单管加注方式对车载储瓶有一些特殊的要求，接收储瓶内部的顶部要有喷淋装置，LNG从喷淋装置以雾状形式喷出，实现对储罐内的热的BOG进行冷凝、降压和再次液化的作用[4]。加气过程一般分为三个阶段：冷凝降压、稳态加注和急速升压；在不同的加注过程中，需对LNG潜液泵的频率进行不同控制，防止车载储瓶中压力升高过快导致事故，经测试，对一个容积为240L的储瓶进行单管加注所需时间在5min左右；而双管加气过程中，车载储瓶中的气象空间与LNG储罐气象空间平衡，不存在急速升压的过程，能较长时间保持稳态加注的状态，经测试，对一个容积为240L的储瓶进行双管加注所需时间不到3min。所以本次设计从加快LNG加气速度角度考虑，选用双管加气的流程。
4、总结
LNG加气速度对LNG加气站的运行有着很大的影响，如何尽可能的消除加气过程中的不利因素，使加气站在运行过程中达到最大的效率。本文以某高速公路服务区加气站为依托背景，着重分析了LNG自身性质，储罐、潜液泵工况，管道、阀门以及加气机的工况对其加气速率的影响，并得到了较好的方案。
参考文献：
马景柱.液化天然气（LNG）车辆燃料加注系统规范2012[M].北京：中国标准出版社.
梁骞.潜液式LNG泵的结构特点及其应用[J].天然气工艺.2008
蒋瑞杰.LNG汽车加气站技术与革新[J].制冷与空调.2012.
白子健.LNG加气机在汽车加注三个阶段的研究[J].ComputerCDSoftwareandApplications.2013.
本文分析影响LNG加气速率的几大因素，并以某高速公路服务区加气站作为例子，对这些因素进行了实例分析，给出了一个较好的方案，并对LNG加气过程提出了几点建议。
关键词：LNG；加气速度
中图分类号：F407文献标识码： A
1、概述
液化天然气（LNG）是一种优质清洁的化石能源，目前，我国LNG汽车加气站发展迅猛，截止到2013年10月底，我国已投入运行及在建LNG加气站超过1100座，而在LNG加气站运行过程中发现，很多LNG加气站无法达到设计运行规模，BOG气体排放量过大；根据统计数据，当加气流量超过50kg/min时，可有效减少LNG加气站的整体BOG气体排放量，并能大大提高LNG加气站的运行效率，使LNG加气站能够达到满负荷运行。所以，如何提高LNG加气速度，是在LNG加气站的设计过程中的一个核心关键点。
2、影响LNG加气速度的因素
2.1LNG自身性质
影响LNG流速的很大一部分原因是由于液体流动过程中产生的BOG量过大，在气液混合流动的过程中，不能有效控制BOG的量，会严重阻滞LNG的流速，而LNG中BOG的产生与LNG自身的性质有很大的关系。比如LNG中如果氮含量较大，那么LNG的BOG就会越多，不仅会导致储罐的安全储存时间短，也会导致运行管道中会有较多的蒸发气体，从而影响LNG的流速。
作者简介：
屈戈，1989.02,，男，2011年毕业于哈尔滨工业大学，学士，华润燃气（郑州）市政设计研究院有限公司，助理工程师，从事燃气与热力工程设计工作，郑州市中原区汝河路130号，450000,13783628396，hrquge207@163.com
2.2LNG储罐的工况
密闭的LNG储罐内的温度场是非均匀的，即气象部分温度高于气液分界面处的温度，气液分界面处液体温度高于液相主体的温度[1]。使LNG维持在饱和压力下，其BOG生成速度最慢；而在加气站正常运行过程中，由于卸車、加气等过程，使得LNG饱和状态不能稳定保持，会导致部分LNG气化，从而增大LNG流速阻力。
2.3LNG潜液泵工况
LNG加气过程的动力是由LNG潜液泵提供的，目前，LNG加气站的潜液泵均设置在LNG潜液泵池中，泵池中分液相空间与气象空间，在泵运行过程中，如不能有效排除泵池中气象空间中的气体，会导致气相压力越来越高，其泵池的进液速度会越来越慢，这种情况下，会导致LNG潜液泵空转与气蚀[2]。
2.4管路与阀门的工况
工艺管道部分主要分为四个部分：卸车管路，储罐到泵撬管路，泵撬到加气机管路及放散管路。如果工艺管线布置不合理，导致低温管线过长；弯头、三通设置过多；阀门位置设置不合理，均会导致LNG加气站整体系统有较大气损，从而影响LNG加气速度。
2.5LNG加气机的工况
LNG加气作业均靠LNG加气机最终实现，LNG加气机的运行性能也对LNG加气速度有较大影响。在加气作业前，如对加气机预冷不够，会导致局部气化增大，从而影响加气速度；而在加气作业前后，对加气机吹扫清理工作不够，可能会导致杂质进入系统，造成冰堵，从而影响加气速度，严重的，甚至会导致设备故障。
3、提高LNG加气速度的措施
本文以某高速公路服务区加气站为依托背景，在该高速公路服务区建设一座二级LNG加气站。已知的参数如下：以山西某液化工厂生产的LNG为例（其成分如表1），气候条件可参照当地气象参数。在计算过程中，LNG潜液泵的扬程根据进口的ACD品牌的LNG潜液泵为例。保冷形式选择真空管保冷，管道材质选取06Cr19Ni10。
表1 气源参数表
项目 甲烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 戊烷 氮气 高位热值 低位热值
山西LNG 95.88 3.36 0.34 0.05 0.05 0.02 0.3 41.05 37.07
3.1 总图布置
加气站总图布置需因地制宜，实现交通组织和工艺布置的最优。由于LNG加气站均为大型车辆，加气机之间的间距会比较大。为了使工艺管线更短，加气区和储存区应相互靠近以减少工艺管道的长度，从而达到优化加气速度的目的。一个站的总平面布置是否合理，各功能区是否简洁明了，直接关系到该站的运行效果[3]。在本次设计中，根据场地现状，考虑交通组织后，先后设计了两个方案，见图1，图2
图1 图2
在方案一的布置中，将站房、储存区和加气区分开布置，并使加气区与储罐区相邻，最大的特点就是4台加气机竖向1字排列，不用考虑加气车辆前后加气相互影响的问题；LNG泵撬到最远端LNG加气机之间的低温管道约36m，在充分考虑车流组织的情况下，最大的优化了工艺管道的长度，并且减少了弯头和三通的设置。在方案二布置中，同样将站房、储存区和加气区分开布置，加气区与储罐区相邻，4台加气机分为两排布置，这样布置的有点是，左边加气机距离泵撬与右边加气机距离泵撬距离一致，加气站部分故障的情况下仍能保证加气站营运，缺点是会增加三通和弯头的设置，由于LNG汽车加气的间歇性，加气站内的设备反复开停，会导致管道内LNG压力变化频繁，在三通、弯头和阀门处变化更加剧烈，会较大的影响LNG在管道中的流动状态和速度。经过认真比选和讨论，最终本次设计选用方案一。
3.2工艺系统布置
LNG加气站工艺系统很大一部分是由低温工艺管道组成的。工艺系统的布置应在服从总图布置的前提下，力求管线最短，以减少流体水头损失，也可以减少吸热量。本次设计过程中，在考虑保冷效果、抗冷收缩性能、管道沿程阻力系数等因素的情况下，选用真空夹套保冷管作为该项目的低温工艺管道。
在本次设计中，储罐与泵撬之间的连接管路，采用5%的坡度坡向储罐，以减少直角弯头对流速的影响，保证了LNG潜液泵大道最佳工况；泵撬到加气机之间的管路直接从加气机下方的管沟通过，LNG管路与BOG管路平行敷设，避免了管道交叉形成的门型弯，确保了各条管路顺畅。
3.3加气工艺设计
LNG加气机主要完成LNG从储罐到车载气瓶的充装与计量工作。LNG加气机主要由3大部分组成：流量计、测控系统、阀件。LNG加注方式可分为单管加注和双管加注。单管加注方式对车载储瓶有一些特殊的要求，接收储瓶内部的顶部要有喷淋装置，LNG从喷淋装置以雾状形式喷出，实现对储罐内的热的BOG进行冷凝、降压和再次液化的作用[4]。加气过程一般分为三个阶段：冷凝降压、稳态加注和急速升压；在不同的加注过程中，需对LNG潜液泵的频率进行不同控制，防止车载储瓶中压力升高过快导致事故，经测试，对一个容积为240L的储瓶进行单管加注所需时间在5min左右；而双管加气过程中，车载储瓶中的气象空间与LNG储罐气象空间平衡，不存在急速升压的过程，能较长时间保持稳态加注的状态，经测试，对一个容积为240L的储瓶进行双管加注所需时间不到3min。所以本次设计从加快LNG加气速度角度考虑，选用双管加气的流程。
4、总结
LNG加气速度对LNG加气站的运行有着很大的影响，如何尽可能的消除加气过程中的不利因素，使加气站在运行过程中达到最大的效率。本文以某高速公路服务区加气站为依托背景，着重分析了LNG自身性质，储罐、潜液泵工况，管道、阀门以及加气机的工况对其加气速率的影响，并得到了较好的方案。
参考文献：
马景柱.液化天然气（LNG）车辆燃料加注系统规范2012[M].北京：中国标准出版社.
梁骞.潜液式LNG泵的结构特点及其应用[J].天然气工艺.2008
蒋瑞杰.LNG汽车加气站技术与革新[J].制冷与空调.2012.
白子健.LNG加气机在汽车加注三个阶段的研究[J].ComputerCDSoftwareandApplications.2013.