2.0 LNG标准加气站工艺说明

2.1 LNG加气工艺

2.1.1 LNG工艺流程简介

本站LNG工艺流程可分为卸车流程、加气流程以及卸压流程等三部分。

（1）卸车流程

把运输槽车内的LNG转移至加气站的储罐内，使LNG从储罐上进液管进入储罐。卸车有3种方式：增压器卸车、泵卸车、增压器和泵联合卸车。

①增压器卸车

通过卸车增压器将气化后的气态天然气送入LNG槽车，增大槽车的气相压力，将槽车内的LNG压入LNG储罐。此过程需要给槽车增压，卸完车后需要给槽车降压。

②泵卸车

将LNG槽车和LNG储罐的气相空间连通，通过LNG低温泵将槽车内的LNG

卸入LNG储罐。

③增压器和泵联合卸车

先将LNG槽车和LNG储罐的气相空间连通，在卸车的过程中通过增压器增大槽车的气相压力，用泵将槽车内的LNG卸入储罐，卸完车后需要给槽车降压。

第①种卸车方式的优点是节约电能，工艺流程简单，缺点是产生较多的放空气体，卸车时间较长；

第②种卸车方式的优点是不用产生放空气体，工艺流程简单，缺点是耗电量最大；

第③种卸车方式优点是卸车时间较短，耗电量小于第②种，缺点是工艺流程较复杂。

（2）加气流程

储罐中的LNG通过泵加压经流量计计量后由加气枪给汽车加气。车载储气瓶为上进液喷淋式，加进去的LNG直接吸收车载气瓶内气体的热量，使瓶内压力降低，减少放空气体，并提高了加气速度。

（3）BOG排放流程

由于系统漏热以及外界带进的热量，致使LNG气化产生的气体，会使系统压力升高。当系统压力大于设定值时，系统中的降压调整阀打开，将BOG气体排放到放散管路中。

如用户已有燃气管网，BOG气体可经过BOG加热器加热后释放到已有燃气管网中，避免浪费。

（4）卸压流程

当系统压力大于设定值时，系统中的安全阀打开，释放系统中的气体，降低压力，保证系统安全。释放的低温气体经EAG加热后进入放散塔放散，释放的常温气体直接进入放散塔放散。

2.1.2 LNG加气工艺流程优点

1、在停电且又急需加气的情况下可以通过自增压的方式给汽车加气

（注：此时是应急情况，无法将钢瓶全加满）；

2、可以实现自增压卸车也可用泵卸车；

3、自增压卸车的同时还可以用泵给汽车加气，自增压卸车与加气两者互

不影响。

4、卸车时将储罐中的气体液化，卸车时无需进行排空；为用户节省卸车

时间和排空气体成本。

5、更加优化的泵池设计，尽可能的减少系统热损。

6、所有放散气体均通过EAG 加热器加热后再集中排放；

7、LNG 加注机内部管线采用保温管路大大降低了系统的热损；

8、本系统自动化程度高，常用的所有功能全部由PLC 控制气动截止阀完

成，无需操作人员频繁手动操作。

3.0 LNG加气主要工艺设备选型

3.1 低温潜液泵

3.1.1泵技术参数：

工作介质： LNG         最大流量：15m³/h

设计扬程： ≥220m       最大扬程： 240 m                        

转速范围： 1500-6000 RPM  所需进口净正压头：1.0m

电机功率： 15 HP（11 KW）  电源： 3 相，380V，50HZ

3.2.2.2泵池技术参数：

几何容积： 75L          工作介质：LNG

内筒直径：320mm（以实物为准）

外筒直径：450mm    工作压力：1.6MPa/-0.1Mpa  设计压力：1.76MPa

强度试验：1.76Mpa  工作温度：-162℃/常温  设计温度：-196℃/50℃

3.2 LNG加气机：

   LNG加液机选用LD80系列LNG加液机。  

3.2.1 加注机工艺流程简介

   本液化天然气售气机主要由机壳、质量流量计、气液分离器、安全阀、气动阀、压力传感器、拉断装置、电源接线盒、电源控制盒、微机控制器（包括微机板，液晶显示器和键盘）、连接管路等组成。

工艺流程如图所示：

储罐中的LNG经低温泵加压后进入加注机，首先经特制的气液分离器，将部分处于气液两相的气体排出，保证进入质量流量计的LNG基本不含气体，从而提高计量精度，经质量流量计的液体经过温度检测如未能达到设定的温度就加注机控制系统自动打开切断阀二，将液体返回储罐，达到设定温度后控制系统自动关闭切断阀二，打开切断阀一，经加气枪对车载气瓶注液，同时计量加注量，当加注达到设定量或车气载瓶注满后，自动停止加注。当车载气瓶内压力太高时可以通过回气枪，将瓶内部分气体释放到储罐。全部的加注过程由加注机自动检测同时通过加注机键盘上的显示将各种检测数据显示提醒操作人员按要求操作，通过计量显示屏显示加注量和金额。

3.2.2  LD80型加注机介绍

液化天然气加注机，是对LNG汽车车载瓶进行充装和计量专用设备，获得了国家新型实用型专利。该加注机采用单流量计结构，加气量计量，计量精度高，整机和部件均已通过国家防爆检测中心的防爆产品论证。该产品已在国内几百个加气站被选用。

3.2.2.1 加注机主要技术性能

2 工作介质：      LNG          计量准确度：      ±1.0%

2 工作压力：         1.6Mpa       范围流量：      0-220L/M

2 输入电源：      220V+10 -15%，50Hz±1Hz

2 功率：         ≤200W         电源：         220V，50HZ

2 环境温度：      -40-55℃       环境湿度：        ≤95%

2 环境大气压：      86～110kPa    管路温度：      -196℃

2 计量单位：    Kg、L、Nm3     显示板工作电源：220VAC 5A

2 读数最小分度值：0.01 Kg、（Nm3）

2 累计计量范围：  99999999.99 Kg（L、Nm3）

2 单次计量范围： 0～9999.99 Kg（L、Nm3）

2 加气软管：       1英寸不锈钢真空软管 4m

2 气相回流软管：   1/2英寸不锈钢软管 4m

2 加气枪头：       国产1英寸LNG专用加气枪

2 气相管接头：   1/2英寸       快速接头外形尺寸2200*1100*520

2 重量             450KG      防爆等级整机防爆 Exdibem Ⅱ AT4

3.2.2.2 加注机主要功能及特点

1、选用美国爱默生(E+H)公司超低温质量流量计,具有非定量加气和预置定量加气功能，具有体积加气和质量加气选择功能；

2、防爆设计，经国家防爆检测中心整机防爆认证，安全可靠。

3、加气枪软管设有拉断保护装置，拉断现象出现时系统转入保护状态，无低温液体流出；

4、加气压力、温度和流量、流速可远传至加气站控制系统，实行统一的管理；

5、非定量加气时以流速或压力参数控制自动停泵；

6、有掉电时数据保护、数据延长显示及重复显示功能，停电也可交班。

7、加气机预装ESD控制按钮。

8、选用高亮度液晶显示屏，字体清晰醒目。

9、全机机架及外壳均为不锈钢外壳设计，美观大方。

10、带有较全功能的IC卡控制器。

11、具有与LNG加气站自控系统通讯功能，接受站控系统的监控和管理。

12、采用不锈钢键盘和4英寸液晶屏幕，显示操作信息齐全。

13、加气机电控系统和气液管路分别安装在上下分开的两个壳体内，电控系统防护等级为IP65，确保在多雨、潮湿环境的使用。

14、可以配合站控系统实现一泵多机同时加气的功能。

3.2.2.3 加气机的主要器件设备

3.2.2.4 加气机电控系统

LD-150加气机电控系统主要任务是完成对车载气瓶的加气，在加气过程中完成对管路、流量计中的残存气体的排空和预冷控制；发出对低温泵的启停、调压控制的命令信号；完成对加气量的准确计量、显示、结算；完成对各种运行参数的采集、显示、控制，同时具有对加气量、计量方式等的设定及与站控系统的通讯等功能。

通过RS485通讯口，完成与站控系统的通讯，把加气的各种数据传送到站控系统PC机，同时也接受PC机的相关指令。

加气机电控系统的采用以单片机核心的本安、防爆电路设计。整机和部件都已经国家防爆检测中心防爆认证，安全可靠。

加气机所用的测控元件，包括流量计、压力变送器、电磁阀等全部使用进口设备，大大提高了可靠性和准确性。

3.2.2.5 加气机安全措施

1、加气机的电气和控制系统全部的部件和整机都采用本安和隔爆设计，并经过国家级研究所鉴定，取得了相应证书。

2、加气机设有接断装置，当防止发生当加气枪未拆除车辆启动将加气机拉翻事故，加气机在出液口处设有拉断装置，当事故发生捍，拉装置自动被拉断，同时控制系统自动切断出液阀，从而避免事故发生。

3、加气机面板上设有紧急停止按钮，当出现意外事故时，按动紧急按钮就可以切断机电源，同时切断出液阀门，防止事故扩大。

4、配有静电接地栓，进一步提高了防静电能力，提高了安全性。

3.2.2.6 加气机主要易损件

主要易损件有：加气枪、回气枪、加气管、回气管、各类密封垫等。

3.2.2.7 加注机实物照片

加气机实物图

4.1  LNG储罐 选用国内知名品牌（菏锅）。

5.1 加气撬和工艺配管

   根据本工程的特点，LNG加气站配管设计主要内容包括以下几个方面：

   工艺管线设计：包括低温下的各种工艺管道、管件及阀门、安全泄压、吹扫管线设计：包括氮气吹扫系统、安全放空系统、一次仪表安装及管道设计：包括测量压力、温度、流量等参数的一次仪表安装和保冷（保温）设计

   本项目都按照低温工艺管线设计，设计温度-196度。

   1）管道

      材质为奥氏体不锈钢，钢号为0Crl8Ni9，符合GB/T14976-94《流体输送用不锈钢无缝钢管》。配管用标准外径采用GB8163或SH3405（壁厚系列为SCH10s）；

   2）管件

      材质为奥氏体不锈钢，钢号为0Crl8Ni9，符合GB/12459-90 标准的对焊无缝管件（冲压）；

   3）法兰

      材质为奥氏体不锈钢，钢号为0Crl8Ni9，符合HG20592-97标准的公制凸面带颈对焊钢制法兰；与法兰相应的紧固件采用专用级双头螺栓螺母（0Cr18Ni9），应经过冷加工硬化；

   4）密封垫片

      采用C型不锈钢金属缠绕垫片，金属材料为0Crl8Ni9，非金属材料为PTFE。

   5）阀门

      采用专用低温阀门，应满足输送LNG压力（压力级PN1.0Mpa）、流量要求，且具备耐低温性能(-196℃)。主要包括：专用长轴截止阀、短轴截止阀、、三通阀、安全阀、止回阀等等，另外还包括气动低温阀门：紧急切断阀、升压调节阀、减压调节阀及管道压力控制阀等。管道阀门选用按照API标准制造的专用液化天然气用不锈钢阀门，钢号为0Cr18Ni9，保温管段采用长轴式，不保温管段采用短轴。阀门与管道间的连接可采用焊接型式连接或法兰连接型式。

5.2 安全泄压、放空系统设计

   安全泄压系统主要由安全阀、安全阀出口支管、各手动放空支管、放空总汇集管、阻火器、放散管组成。

   一、安全阀及爆破片

   根据泄放介质及泄放量的不同，本加气站可分为三种不同的安全阀，依次为低温弹簧封闭全启式安全阀、低温弹簧封闭微启式安全阀和常温弹簧封闭全启式安全阀。在LNG贮槽的内槽及外槽和缓冲罐上设置爆破片。

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放空系统包括低温放散系统和常温放散系统，主要由各手动放空支管、安全阀出口支管、汇集管、阻火器、放散管组成。

阻火器内装耐高温陶瓷环，安装在放空系统汇集管的末端上，当放空口管处出现着火时可以防止火焰回窜，起到阻隔火焰作用，保证设备安全。

6.0 自控系统

6.1自控仪表系统方案概述

LNG加气站的自控仪表系统是加气站安全可靠运行的重要保证。自控系统我们采用的是PLC方式。即由PLC、工控机和现场仪表、气动阀门、变频器、加气机等输入输出设备组成一套完整独立的集中控制系统，实现全站工艺的控制、显示、报警、参数查询、历史查询、报表打印等功能。

PLC选用西门子S7-300系列的可编程控制器，负责I/O输入信号的采集和控制，PC选用工控机完成各种显示、记录、查询、设定、报警、控制、报表等功能。PLC与PC之间通过网络连接，完成数据有传输。现场仪表差压、压力变送器设备选择用罗斯蒙特进口品牌，温度变送器选用国产优质品牌。

自控系统的PLC编程软件选择用与西门子37-300相配套的STEP 7V5.3，上位机组态软件选用了西门子的WINCC7.0。

在控制系统中还预留有远程维护系统的接口。

控制室完成对加注站的生产管理，监控所有的工艺和电气设备的工作状态。在控制室设置一台控制计算机，配一台“21”彩色显示器和一台打印机，计算机安装有监控软件。中控室配置UPS不间断电源，蓄电池里续流能力一小时。

6.4 自控系统功能

6.4.1控制功能

1）控制方式

系统有三级控制方式：

第1级是就地手动控制，即在机旁控制箱上的操作控制（手动）；

第2级是PLC控制器根据现场电气及仪表设备状况，实行自动控制，无需人为干预（自控）；

第3级是控制室管理人员在计算机人机界面上用键盘和鼠标对设备的控制。

现场各种数据通过PLC采集，并通过高速总线传送到计算机，进行集中监控和管理。同样控制室计算机的控制命令也通过上述高速总线传送到PCL，实施对各种设备的控制。

手动控制有最高优先级。

2）低温泵及压缩机的运行控制

本系统具对1台低温潜液泵调速控制，变频器采用ABB系列产品，可以实现对泵手启停调速，也可以根据工艺控制要求自动启停调速。

3）储罐进出液控制

系统根据检测到的储罐内压力、液位信号，对储罐进出液和进行控制，当液位过低时关闭出液阀，自动切换到另一台储罐运行，液位太高时自动关闭进液阀，罐内压力过低或过高时自动进行调节。

4）紧急事故状态处置控制

发生泄漏、严重超限等紧急事故时，现场和控制室均设有紧急停止按钮，按下紧急停止按钮后，所有的切断阀全部关闭，防止事故扩大，系统当检测到异常状态时也会自动发出报警，同时根据情况自动关闭相应的切断阀门。

6.4.2生产过程监视功能

在显示器上显示的内容除文字、表格、图形、曲线外，还能生成工艺流程，主要设备运行工况，提供清晰、友善的人机界面，使生产管理人员方便掌握当前生产运行情况。计算机系统还可在线诊断各类故障，查找故障部位并报警。

6.4.3管理功能

设置不同的操作权限，记录操作员的工号、操作时间、操作内容，防止非法操作，确保加注站设备安全运行；完成控制事件、故障报警、历史数据、生产指标、历史趋势曲线的登录、储存、显示和查询；生成、打印各类生产运行管理报表。

6.4.4数据采集显示功能

控制盘上显示的参数应有：

2 储罐压力      储罐液位    低温泵池温度  低温泵的出口压力

2 低温泵的运行时间      售气流量累积

报警和故障诊断功能：

2 储罐液位超限报警     储罐液位压力报警    系统安保提示报警

2 LNG泵抽空报警     LNG泵超压报警     停电报警 控制阀故障报警

显示方式丰富灵活，具有：

Ø 全站区级显示

全站区级显示将显示整个工艺流程全貌，显示出主设备的状态、参数。

Ø 功能组显示

功能组显示可观察某一指定功能组的所有相关信息，可采用棒状图形式，或采用模拟操作器面板的画面，面板上应具有带工程单位的所有相关参数，并用数字量显示出来。

Ø 细节显示

细节显示可观察以某一回路为基础的所有信息。细节显示画面所包含的每一回路的有关详细信息，以便运行人员能据此进行正确的操作。对于调节回路，将显示出设定值、过程变量、输出值、运行方式、高/低限值、报警状态、工程单位、回路组态数据等调节参数。对于开关量控制的回路，则显示出回路组态数据和设备状态。成组显示在技术上相关联的模拟量和数字量，将组合成成组显示画面，并保存在存储器内，便于运行人员调用。成组显示能由运行人员按需要进行组合，并且根据需要存入存储器或从存储器内删除。成组显示具有色彩增亮显示和棒状图形显示。一幅成组显示画面可包含40 个测点。并且可提供至少35 幅成组显示画面。任何一点在越过报警限制时，均变为红色并闪光。

Ø 棒状图显示

运行人员可以调阅动态棒状图画面，以动态棒状图的外形尺寸反映各种过程变量的变化。

—— 棒状图可在任何一幅画面中进行组态和显示，每一棒状图的标尺可设置成任何比例。

—— 进入PLC 系统的任何一点模拟量信号，均能设置为棒状图形式显示出来。

——若某一棒状图，其数值越过报警限值时，越限部分可用红色显示出来。

Ø 趋势显示

——所有模拟信号及计算值，均可设置为趋势显示。也可在任何其它画面的某一部分，用任意尺寸显示。所有模拟信号及计算值，均可设置为趋势图。

—— 趋势显示画面还同时用数字显示出变量的数值。

Ø 报警显示

当检测数据超出设定报警值时，系统将进行报警，并在画面显示出报警点，记录下报警时间和报警值。

6.4.5报警和故障诊断功能

在控制系统的PC机上将对如下参数进行报警和故障诊断：

l 储罐液位高、低报警                储罐压力高、低报警

l 低温泵及注塞泵抽空报警            低温泵及注塞泵超压报警

l 低温泵及注塞泵气蚀报警            变频器故障报警

l 停电报警     控制阀故障报警       控制柜报警

上述报警除声光报警外，控制界面将显示报警点和报警值，并进行记录和保存。

6.4.6数据储存、查询、报表打印和备份功能

控制系统对所有采集和控制信息都将自动记录储存，并可供查询，按时形成报表并供打印，记录的数据主要有

l 卸车记录；

包括每次卸车时的工艺参数、卸车量、时间等等

l 加气记录；

包括车号、加气时间、加气量、加气司机姓名等，可根据以上数据生成日报表、周报表和月报表并通过配套的打印机打印报表。系统可以将以上数据远传。

l 工艺参数整点记录

包括储罐压力、温度、液位、容量，泵池压力、温度、出口压力等。

l 操作事件记录

包括操作员任何时刻的操作。