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摘要:There are three modes with different technological processes and equipment，including LNG，CNG and L-CNG，in natural gas filling stations. The equipment，construction cost，operation cost and safety of the three kinds of gas filling stations are c..
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There are three modes with different technological processes and equipment，including LNG，CNG and L-CNG，in natural gas filling stations. The equipment，construction cost，operation cost and safety of the three kinds of gas filling stations are compared. LNG filling station is superior to CNG filling station in construction cost and safety，and L-CNG filling station is one between the both. Under the condition of gas filling capacity of 10000 m3/d，the annual total operation cost of LNG filling station is higher than that of CNG filling station only if the purchasing price of LNG is higher than that of CNG by 0.151 yuan/m3. It is suggested that LNG filling station should be set up first under permissible conditions.
Key words：LNG；CNG；gas filling station；economy；safety 1 加气站设备和造价 ①LNG加气站[1～4] LNG加气站是专门对LNG汽车加气的加气站，其工艺流程见文献[1]，主要设备包括LNG储罐、自增压器、LNG加气机等。 LNG储罐是双层壁真空绝热容器，内容器由奥氏体不锈钢材料制成，外容器为碳钢，中间绝热层为膨胀珍珠岩并抽真空。这种储罐绝热性能好，蒸发损失低，有不同型号及规格的定型产品。加气站可以方便地增加储罐的数量以适应生产和需求的增长。自增压器是加气站内输送LNG的关键设备，主要作用是保证LNG储罐内有足够的压力来给LNG加气机供应LNG。LNG加气机是专门为LNG汽车制造的加气计量装置，可以直接计量、显示充入车辆中的LNG的数量。其主要优点是加气速度快，一般可在3～5 min内加气完毕。 LNG加气站设备少，布置紧凑，占地面积小。表1列出了1×104 m3/d LNG加气站的设备和造价。 ② L-CNG加气站 L-CNG加气站是将LNG在站内气化后使之成为CNG，并对CNG汽车加气的加气站。这种加气站需要的主要设备有LNG储罐、LNG泵、气化器、储气瓶组和CNG加气机、压缩机。新建的L-CNG站不使用压缩机；对由已建的CNG加气站改装成的L-CNG站，设备中包括压缩机，主要是将原有CNG站的压缩机作为LNG泵不能工作时的备用手段。本文主要对新建的L-CNG站进行分析。其工艺流程为：用高压LNG泵将LNG送人气化器气化后，通过顺序控制盘将其储存于高压CNG储气瓶组内，当需要时通过CNG加气机对CNG汽车进行计量加气。其中LNG储罐的作用与LNG加气站中LNG储罐的作用相同。 LNG高压泵的主要作用是将LNG储罐内的LNG输送至高压气化器进行气化。它可以保证足够的压力而不再用压缩机进行压缩。高压气化器的作用是将LNG转化为CNG。它的主要形式有3种：开架式气化器、浸没式气化器和中间媒体式气化器，其中最为常用的是开架式气化器。 顺序控制盘的主要作用是对经过高压气化器气化后流人储气瓶组和加气时由储气瓶组流入加气机的气体进行分配，以使其效率达到最高。根据经验，可以对加气站的高压储气装置采用编组的方法以提高加气效率。具体方法是：将储气瓶按1:2:3的容积比例分为高、中、低压3组，当高压气化器向储气瓶组充气时，应按高、中、低压的顺序进行；当储气瓶组向汽车加气时，则相反，应按低、中、高压的顺序进行[5 ]。这些工作都是通过顺序控制盘来完成的。 由于L-CNG加气站比LNG加气站增加了高压LNG泵、气化器和储气瓶组等设备，其占地面积有所增加。对于规模为1×104 m3/d的加气站，其占地面积在1000 m2左右，相应的土建费用也有一定程度的增加，见表1。 表1 1×104 m3/d天然气加气站设备和造价 Tab.1 Equipment and construction cost of natural gas filling station with 1×104 m3/d
如果想在L-CNG加气站内对LNG用户供气，则只需要增加1台LNG加气机和1套LNG管道即可，其增加的造价有限(不到20×104 元)。因此在LNG和CNG用户均存在的情况下可以建立LNG和L-CNG联合加气站。 ③ CNG加气站[6～8] CNG加气站主要由6个系统组成：天然气调压计量系统、天然气净化系统、天然气压缩系统、天然气储存系统、CNG加气系统、控制系统。其工艺流程见文献[1]，输送至加气站的天然气经过稳压计量后，进入净化处理装置进行净化处理，用压缩机加压，再经高压脱水后经顺序控制盘送人储气系统，最后由加气机对外计量加气。 脱硫装置用于对进站天然气进行脱硫净化处理，将硫含量降低到符合加气站所需的气质要求，然后送至压缩机。压缩机是系统中的关键设备，它的造价直接影响工程的经济性，其性能好坏直接影响全站的运行。经过预处理的低压原料气由压缩机分级压缩至25 MPa，然后进入高压脱水装置。脱水装置主要为干燥器，根据工艺流程的不同，可以将干燥器布置在压缩机前(低压脱水)和压缩机后(高压脱水)。使用高压脱水所需的设备少，脱水剂量小，再生能耗低。顺序控制盘的作用与L-CNG加气站顺序控制盘的作用相同。储气系统用于储存压力为25 MPa的天然气，以便在需要时向加气机供气。 CNG加气站所需设备较多，占地面积也较大，规模为1×104 m3/d的加气站占地面积达2000 m2。表1列出了其设备和造价。 在建站规模相同的情况下(均为1×104 m3/d)，3种加气站的造价差别很大。LNG加气站造价最低，仅为CNG加气站的30％左右。L-CNG加气站的造价也仅为CNG加气站的48%左右。 2 运行费用 ①LNG加气站 LNG加气站的设备少，工艺流程简单，动力设备少且几乎没有高压管道，因而维修量很小。加气规模为1×104 m3/d的LNG加气站的年运行成本概算(原料气除外)见表2。 表2 1×104 m3/d天然气加气站年运行成本概算(原料气除外) Tab.2 Annual operation cost of natural gas filling station with 1×104 m3/d (except raw material gas)
② L-CNG加气站 由于L—CNG加气站比LNG加气站增加了部分设备，从而使其工艺流程较为复杂，增加了动力设备及高压管道，因而增加了管理和维修量，各方面的运行费用也随之增加。它的年运行成本概算(原料气除外)见表2。 ③ CNG加气站 CNG加气站的设备最多，工艺流程最复杂，且动力设备多，高压管道转多，从而使其管理和维护都比较困难，其运行成本将有很大增加。其年运行成本概算(原料气除外)见表2。 ④ 天然气进站价格对运行费用的影响 由于原料气的费用一般要占到其运行总费用的80%～90%，故原料气的进站价格将对加气站的年运行费用产生很大影响。在同一地域，加气站对外供气价格应该近似等同。由于加气站所处地域及距不同气源的距离不同，不同类型的加气站的天然气进站价格将有很大变化。在其他费用变化不大的情况下，讨论天然气进站价格对加气站总的运行费用的影响将具有很大的现实意义，将为加气站的投资建设提供很重要的依据。 对于加气规模为1×104 m3/d的3种不同加气站，除原料气外的年运行费用有很大差异。为了表明天然气进站价格对加气站的运行费用的影响，可将这种差异转变为天然气价格上的差异。可以计算出在不考虑原料气费用时，CNG加气站的年运行费用比LNG加气站高出499×104 元/a。假若这两种加气站总的年运行费用相同，则LNG加气站的原料气进站价格要比CNG加气站原料气的进站价格高0151 元/m3。就是说，在加气规模为1×104 m3/d的条件下，LNG加气站的天然气进站价格不比CNG加气站的天然气进站价格高出0151 元/m3时，它的年总运行费用就会低于CNG加气站。 同样可以求出L-CNG加气站的天然气进站价格不比CNG加气站天然气进站价格高出0.094 元/m3时，它的年运行费用就会低于CNG加气站。 3 安全性[9～11] 天然气是易燃易爆的物质。因此加气站的安全性将是建站所必须考虑的重要问题之一。决定加气站安全性的主要因素有高压管道、动力设备、高压储气设备和系统复杂程度几个方面。为了保证加气站的安全运行，每一种加气站的建设方案在其主要设备上都采取了严密的安全措施。3种加气站的不安全因素及采用的主要安全措施比较见表3。 表3 3种加气站的不安全因素及安全措施比较 Tab.3 Comparison of unsafe factors and safety measures among three kinds of gas filling stations
对3种天然气加气站都采用的安全措施还有：采用防爆电气设备，加气机必须具有紧急切断、过流切断、拉断切断等安全装置，设置安全放散系统。 通过这些安全措施的实施，使得加气站的安全性有了较好的保障。但是，必须认识到天然气属于易燃易爆的危险性物质，生产操作必须严格按照规范进行，以免发生意外。 4 结论 ① 从占地面积、造价和安全性方面考虑，LNG加气站优于CNG加气站，L-CNG加气站介于二者之间。 ② 当LNG加气站的原料气进站价格比CNG加气站的原料气进站价格高出值在一定范围内(加气规模为1×104 m3/d时，约为0.151 元/m3)时，LNG加气站的年总运行费用要低于CNG加气站。而L-CNG加气站与CNG加气站的原料气进站价格差(加气规模同样为1×104 m3/d时)约为0.094 元/m3。这样可以根据加气站建设地点的不同天然气进站价格来决定建站方式。当LNG加气站的原料气进站价格比CNG加气站的原料气进站价格高出的值在0.151 元/m3以下时，建设LNG加气站是合理的。 ③ 根据目前燃气汽车中CNG汽车占有量比较大的实际情况，可以建设LNG与L-CNG联合加气站，以方便向LNG汽车加气站过渡。 参考文献： [1] 陈叔平，谢高峰，李秋英，等.对LNG、L-CNG、CNG加气站年运行费用的研究[J].煤气与热力，2006，26(11)：38-41. |
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