CN104776312A - L-cng加气站设备选型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种L-CNG加气站设备选型方法，主要解决现有技术中L-CNG加气站设备选型方式单一、不准确的问题。本发明通过采用一种L-CNG加气站设备选型方法，通过确定加气站日加气能力、建站面积、加气时间是否集中、停运影响大小后，根据公式计算及工程要求，获得加气站主要设备即：LNG储罐、L-CNG泵撬(低温高压柱塞泵等)、L-CNG气化撬(高压空温式气化器、水浴式气化器等)、顺序控制盘、CNG储气系统、加气机的参数要求的技术方案较好地解决了上述问题，可用于L-CNG加气站设备选型中。

Description

L-CNG加气站设备选型方法

技术领域

本发明涉及一种L-CNG加气站设备选型方法。

背景技术

压缩天然气(compressed natural gas,CNG)相比汽油和柴油具有明显的价格和环保优势，因此车用天然气近年来发展迅速，主要用户为城市出租车、公交车、客运车辆及其他车辆等。

车用天然气的使用受到CNG来源的限制，针对直接从管网取气难度大且附近无CNG母站的地区，尤其是便于从LNG接收终端获取LNG的地区，可以建设L-CNG加气站，以便于车用天然气的使用。

L-CNG加气站的设备主要有：LNG储罐、L-CNG泵撬(低温高压柱塞泵等)、L-CNG气化撬(高压空温式气化器、水浴式气化器等)、顺序控制盘、CNG储气系统、加气机等。L-CNG加气站的设备选型通常通过经验选取，因此会出现设备处理能力与加气站运营需求不匹配的情况，加气站的设备难以达到最优的运行状态。

目前国内外并无关于L-CNG加气站设备选型方法的公开专利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中L-CNG加气站设备选型方式单一、不准确的问题，提供一种新的L-CNG加气站设备选型方法。该方法用于L-CNG加气站设备选型中，具有L-CNG加气站设备选型方式多样、准确的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种L-CNG加气站设备选型方法，包括如下步骤：

A)确定输入条件及基本参数：

(1)确定加气站日加气能力：

通过工程要求及现场调研明确拟建L-CNG加气站的日平均加气量Q₀。加气站日平均加气量由以下两种方法确定：

a)直接给出数值Q₀；

b)由加气车辆的类型及数量估算，车辆类型和数量分别为：城市公交车X1、出租车X2、客运车X3、其他车辆用气量Q4，设定公交车和客运车为一只450L的钢瓶，重卡为两只，则日加气量为：Q₀＝100×X1+30×X2+100×X3+Q4；

(2)确定建站位置，建站位置分为：人口密集市区，人口和建筑物密集郊区，高速服务区，郊区省道、国道和其他位置；

(3)确定建站土地资源情况，土地资源情况分为：小于1.5亩，形状为长条形；小于1.5亩，形状为正方形；1.5～3亩；大于3亩；

(4)确定加气时间是否集中。如果车辆加气时间多在某几个固定时间段，则选择为集中，加气站日工作时间T按10小时计；否则选择为分散，加气站日工作时间T按16小时计；

(5)确定停运影响大小；

(6)确定加气站小时排量Q，加气站小时排量计算公式为：Q＝Q₀/T；

(7)确定LNG储罐存储时间，最短卸液周期，原则上不超过5天，超过5天按照5天计；

B)LNG储罐选型：

(1)确定储罐容积和储罐数量计算公式为：

$V=\frac{{\mathrm{tQ}}_0}{{600\mathrm{\θ}}_b}$

式中V—储存几何容积(LNG)，m³；

t—储存时间，d，取1～5的整数；

Q₀—平均日用气量，Nm³/d；

θ_b—最高工作温度下的储罐有效利用率；

若V>180，则超出目前站内储罐等级，可直接给出储罐的指定尺寸和质量；若V≤180，则一年期选用的30m³和60m³的储罐数量分别为：

N1＝(V/30)取整+1；

N2＝(V/60)取整+1；

(2)确定加气站等级及需要的安全间距：

若V≤60，三级站；

若60＜V≤120，二级站；

若120＜V≤180，一级站；

(3)确定储罐安装形式：

根据建站位置及土地资源情况，确定储罐安装形式；若在城市中心区内，人口和建筑密集区域，地面安装情况下与站外安全间距不足，应采用地下LNG储罐或半地下LNG储罐，而地下或半地下LNG储罐采用卧式储罐；若建站地点距离周边居民区较近，且在建站面积及安全间距允许的情况下，选用卧式储罐；若建站土地≤1.5亩且为正方形，或储罐结构、安装方式不受限制，选用立式储罐。

(4)确定储罐保温方式：LNG储罐采用珠光砂填充储罐或高真空缠绕储罐；

C)柱塞泵选型：

(1)确定泵的低温部件设计温度上限T_max和下限T_min，及出口工作压力下限P_min，T_max≤-196℃，T_min≥50℃；P_min≥25MPa；

(2)确定柱塞泵的数量和平均排量Qc，柱塞泵的平均排量总和需大于等于加气站小时排量Q，柱塞泵通常设计排量有1500L/h、2500L/h，1500L/h，加气能力为700～800Nm³/h；判断方法为：

判断1：若设计日加气量≤5000Nm³&停机不敏感&加气时间分散，则选用1台1500L/h柱塞泵；

判断2：若设计日加气量≤5000Nm³&停机敏感或加气时间集中，则选用2台1500L/h柱塞泵；

判断3：若5000Nm³＜设计日加气量≤10000Nm³，或10000Nm³＜设计日加气量≤15000Nm³&停机不敏感，则选用2台1500L/h柱塞泵；

判断4：当土地资源面积≥1.5亩时，若10000Nm³＜设计日加气量≤15000Nm³&停机敏感，或15000Nm³＜设计日加气量≤20000Nm³，则选用3台1500L/h柱塞泵；

判断5：当土地资源面积≥1.5亩时，若20000Nm³＜设计日加气量≤30000Nm³，则选用4台2500L/h柱塞泵；

判断6：若设计日加气量＞30000Nm³，则从4台开始，每增加10000Nm³，则增加1台2500L/h柱塞泵，总数不超过6台；

D)确定高压空温式气化器的类型和数量：

L-CNG高压空温式气化器大小常用1000Nm³/h、1500Nm^3/h、2000Nm³/h或2500Nm³/h，实际大小按如下方式进行计算：柱塞泵的实际排量乘以1.3～1.5倍的系数，当气化器安装于地下时，系数取1.5，当气化器安装于半地下时，系数取1.4，当气化器安装于地上时，系数取1.3；原则上气化器数量与柱塞泵数量一一对应；

E)确定高压水浴式气化器的规格和数量：

原则上环境最低温度低于5℃时需配置水浴式气化器，其排量大小与高压空温式气化器保持一致，一般情况下水浴式气化器仅需配置一台，当站点加气量较大，柱塞泵配置数量大于4台及以上时，可配置二台；

F)程序控制盘选型：

常用规格有1500、2000、2500、3000、4000Nm³/h，根据计算得到的小时排量Q，向上取对应的参数，作为程序控制盘流量，顺序控制盘可根据工程要求选择为机械式或气动式；

G)储气设备选型：

储气设备根据工程情况选择为储气瓶组或者储气井分为高压、中压、低压三段，储气系统总容积受建站等级限制，常用高中低压容积配比关系为1:2:3、1:1:2或1:1:1；储气瓶结构坚固，安装和移动便利，一般设置3～6只单瓶，单瓶水容积相等，选用0.92、1.13、1.3、2m³，固定在一个支架上，占用场地为5～7m²，露天放置；计算储气系统总容积M，并与加气站等级允许值比较：一级站≤12m³；二、三级站≤9m³；

H)确定加气机形式及数量：

根据高、中、低压三级存储系统，加气机进气管线采用三线；加气机为双枪机，判断方法为：

判断1：如果日加气量≤5000Nm³，则选用1台三线双枪加气机；

判断2：如果5000Nm³<日加气量≤30000Nm³，且停机不敏感和加气时间集中程度较小，则加气机数量N3＝日加气量/5000，取整；若停机敏感、加气时间集中，则加气机数量N3＝日加气量/5000，取整+1；

判断3：如果日加气量＞30000Nm³，则加气机数量N3＝日加气量/5000，取整；当站点受场地限制，既需要满足较大加气量，又无法布下足够的双枪加气机，且加气车辆以小型车为主时，选择三线四枪加气机；

I)卸车撬选型：

卸车撬通常按照是否带低温潜液泵分为带泵卸车撬和不带泵卸车撬，若考虑减少卸车时间、减少BOG(闪蒸气)产生和容易卸干净，选择带泵卸车撬，卸车时间一般在2小时左右；不带泵的卸车撬，采用自增压卸车，产生BOG较大，而且不容易卸干净，卸车时间在4小时左右；

J)增压气化器选型：

增压气化器选型为300Nm^3/h；

K)EAG气化器选型：

EAG气化器选型为150Nm³/h。

对本专利描述的L-CNG加气站设备选型方法，需要说明的是：

(1)本专利描述的加气站设备选型方法主要针对关键设备，不包括对工艺管道、配套阀门及仪表的要求；

(2)本专利描述的加气站设备选型方法中涉及的参数及规定等依据GB50156《汽车加油加气站设计与施工规范》等相关国家标准。

本专利通过确定加气站日加气能力、建站面积、加气时间是否集中、停运影响大小等输入条件后，根据公式计算及工程要求，获得加气站主要设备即：LNG储罐、L-CNG泵撬(低温高压柱塞泵等)、L-CNG气化撬(高压空温式气化器、水浴式气化器等)、顺序控制盘、CNG储气系统、加气机等的参数要求，所提设备选型方法依据加气站建站特点，日加气量等条件，通过严格的公式计算，结合行业内的先进经验，提出优化的设备选型方案，输出合理的参数配置要求，使设备能力与建站需求相匹配。本专利设备方法输出的工艺路线和设备选型结果不唯一，计算结果给出多种满足要求的选型方案，由使用人员根据加气站条件对比各方案的优劣，选取最为适合的选型结果，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

拟建14000m³的城市L-CNG加气站，建站位置在人口密集区，允许建站面积2亩(长条形)，加气时间集中，主要服务对象为公交车、客运车及出租车。

根据以上基础条件，L-CNG加气站的主要设备选型实施方式如下：

一、输入条件：

(1)日加气量为Q_0＝14000m³；

(2)设计日加气量Q_d＝15000m³；

(3)建站位置在人口密集区；

(4)建站面积S≥1.5亩(长条形)；

(5)加气时间集中，即T＝10小时；

(6)停运影响较大；

(7)根据上述条件，可计算得到加气站小时排量Q＝Q₀/T＝1400Nm³/h；

(8)LNG储罐存储时间为2天。

二、LNG储罐选型方法

(1)确定储罐容积(m³)和储罐数量

$V=\frac{{\mathrm{tQ}}_0}{{600\mathrm{\&theta;}}_b}=\frac{2\&times;14000}{600\&times;0.8}=58$

因为V≤180，则一年期选用的30m³的储罐数量分别为

N1＝(V/30)取整+1＝2

(2)确定加气站等级

加气站为三级站。

(3)确定储罐安装形式

在城市中心区内，人口和建筑密集区域，地面安装情况下与站外安全间距不足，采用地下LNG储罐或半地下LNG储罐，并采用卧式储罐。

(4)确定储罐保温方式

若没特殊要求，可采用性价比较高的珠光砂填充储罐。

三、柱塞泵选型方法

(1)泵的低温部件设计温度上限T_max和下限T_min，及出口工作压力下限P_min分别为：T_max≤-196℃，T_min≥50℃；P_min≥25MPa。

(2)压缩机总排量须大于等于加气站小时排量Q，由于停运影响较大，建站面积S≥1.5亩，符合判断4的条件，柱塞泵选为3台1500L/h柱塞泵。

四、确定高压空温式气化器的类型和数量

根据选取的1500L/h的柱塞泵，得到的高压空温式气化器规格1500Nm^3/h，可安装于地下或地上。气化器数量与柱塞泵数量一一对应。

五、确定高压水浴式气化器的规格和数量

若环境最低温度低于5℃时，选取排量1500Nm^3/h的高压水浴式气化器1台。

六、程序控制盘选型方法

加气站的设计小时排量为1500Nm³/h，顺序控制盘的小时流量通常有1500，2000，2500，3000m³几种，因此选择流量为1500Nm³/h的设备，其工作方式选择为气动式。

七、储气设备选型方法

储气设备选为3个瓶的储气瓶组，单瓶水容积选为1.3m³，高中低压瓶组的比例为1:1:1，即各使用1个瓶。储气瓶总容积为3.9m³，符合三级站不大于9m³的标准要求。

八、确定加气机形式及数量

根据高、中、低压三级存储系统，加气机进气管线采用三线。根据行业经验，单支CNG加气枪的日平均加气量通常为2500Nm³，加气机一般选为双枪机(5000Nm³/d)。因停机敏感、加气时间集中，则加气机数量N3＝(日加气量/5000)取整+1＝3台。

九、卸车撬选型

考虑到减少卸车时间、减少BOG产生和容易卸干净，选择带泵卸车撬。

十、增压气化器选型

综合考虑经济性及卸车时间(卸车时间控制在2小时左右)最优配比，选型为300Nm^3/h。

十一、EAG气化器选型

综合考虑经济性及单位时间内可能造成排放量，选型为150Nm³/h。

Claims (1)

1.一种L-CNG加气站设备选型方法，包括如下步骤：

A)确定输入条件及基本参数：

(1)确定加气站日加气能力：

通过工程要求及现场调研明确拟建L-CNG加气站的日平均加气量Q₀，加气站日平均加气量由以下两种方法确定：

a)直接给出数值Q₀；

b)由加气车辆的类型及数量估算，车辆类型和数量分别为：城市公交车X1、出租车X2、客运车X3、其他车辆用气量Q4，设定公交车和客运车为一只450L的钢瓶，重卡为两只，则日加气量为：Q₀＝100×X1+30×X2+100×X3+Q4；

(2)确定建站位置，建站位置分为：人口密集市区，人口和建筑物密集郊区，高速服务区，郊区省道、国道和其他位置；

(3)确定建站土地资源情况，土地资源情况分为：小于1.5亩，形状为长条形；小于1.5亩，形状为正方形；1.5～3亩；大于3亩；

(4)确定加气时间是否集中，如果车辆加气时间多在某几个固定时间段，则选择为集中，加气站日工作时间T按10小时计；否则选择为分散，加气站日工作时间T按16小时计；

(5)确定停运影响大小；

(6)确定加气站小时排量Q，加气站小时排量计算公式为：Q＝Q₀/T；

(7)确定LNG储罐存储时间，最短卸液周期，原则上不超过5天，超过5天按照5天计；

B)LNG储罐选型：

(1)确定储罐容积和储罐数量计算公式为：

$V=\frac{t{Q}_0}{600{\mathrm{\&theta;}}_b}$

式中V—储存几何容积(LNG)，m³；

t—储存时间，d，取1～5的整数；

Q₀—平均日用气量，Nm³/d；

θ_b—最高工作温度下的储罐有效利用率；

若V>180，则超出目前站内储罐等级，可直接给出储罐的指定尺寸和质量；若V≤180，则一年期选用的30m³和60m³的储罐数量分别为：

N1＝(V/30)取整+1；

N2＝(V/60)取整+1；

(2)确定加气站等级及需要的安全间距：

若V≤60，三级站；

若60＜V≤120，二级站；

若120＜V≤180，一级站；

(3)确定储罐安装形式：

根据建站位置及土地资源情况，确定储罐安装形式；若在城市中心区内，人口和建筑密集区域，地面安装情况下与站外安全间距不足，应采用地下LNG储罐或半地下LNG储罐，而地下或半地下LNG储罐采用卧式储罐；若建站地点距离周边居民区较近，且在建站面积及安全间距允许的情况下，选用卧式储罐；若建站土地≤1.5亩且为正方形，或储罐结构、安装方式不受限制，选用立式储罐；

(4)确定储罐保温方式：LNG储罐采用珠光砂填充储罐或高真空缠绕储罐；

C)柱塞泵选型：

(1)确定泵的低温部件设计温度上限T_max和下限T_min，及出口工作压力下限P_min；

T_max≤-196℃，T_min≥50℃；P_min≥25MPa；

(2)确定柱塞泵的数量和平均排量Qc，柱塞泵的平均排量总和需大于等于加气站小时排量Q，柱塞泵通常设计排量有1500L/h、2500L/h，1500L/h，加气能力为700～800Nm³/h；判断方法为：

判断1：若设计日加气量≤5000Nm³&停机不敏感&加气时间分散，则选用1台1500L/h柱塞泵；

判断2：若设计日加气量≤5000Nm³&停机敏感或加气时间集中，则选用2台1500L/h柱塞泵；

判断3：若5000Nm³＜设计日加气量≤10000Nm³，或10000Nm³＜设计日加气量≤15000Nm³&停机不敏感，则选用2台1500L/h柱塞泵；

判断4：当土地资源面积≥1.5亩时，若10000Nm³＜设计日加气量≤15000Nm³&停机敏感，或15000Nm³＜设计日加气量≤20000Nm³，则选用3台1500L/h柱塞泵；

判断5：当土地资源面积≥1.5亩时，若20000Nm³＜设计日加气量≤30000Nm³，则选用4台2500L/h柱塞泵；

判断6：若设计日加气量＞30000Nm³，则从4台开始，每增加10000Nm³，则增加1台2500L/h柱塞泵，总数不超过6台；

D)确定高压空温式气化器的类型和数量；

L-CNG高压空温式气化器大小常用1000Nm³/h、1500Nm³/h、2000Nm³/h或2500Nm³/h，实际大小按如下方式进行计算：柱塞泵的实际排量乘以1.3～1.5倍的系数，当气化器安装于地下时，系数取1.5，当气化器安装于半地下时，系数取1.4，当气化器安装于地上时，系数取1.3；原则上气化器数量与柱塞泵数量一一对应；

E)确定高压水浴式气化器的规格和数量；

原则上环境最低温度低于5℃时需配置水浴式气化器，其排量大小与高压空温式气化器保持一致，一般情况下水浴式气化器仅需配置一台，当站点加气量较大，柱塞泵配置数量大于4台及以上时，可配置二台；

F)程序控制盘选型：

常用规格有1500、2000、2500、3000、4000Nm³/h，根据计算得到的小时排量Q，向上取对应的参数，作为程序控制盘流量，顺序控制盘可根据工程要求选择为机械式或气动式；

G)储气设备选型：

储气设备根据工程情况选择为储气瓶组或者储气井分为高压、中压、低压三段，储气系统总容积受建站等级限制，常用高中低压容积配比关系为1:2:3、1:1:2或1:1:1；储气瓶结构坚固，安装和移动便利，一般设置3～6只单瓶，单瓶水容积相等，选用0.92、1.13、1.3、2m³，固定在一个支架上，占用场地为5～7m²，露天放置；计算储气系统总容积M，并与加气站等级允许值比较：一级站≤12m³；二、三级站≤9m³；

H)确定加气机形式及数量：

根据高、中、低压三级存储系统，加气机进气管线采用三线；加气机为双枪机，判断方法为：

判断1：如果日加气量≤5000Nm³，则选用1台三线双枪加气机；

判断2：如果5000Nm³<日加气量≤30000Nm³，且停机不敏感和加气时间集中程度较小，则加气机数量N3＝日加气量/5000，取整；若停机敏感、加气时间集中，则加气机数量N3＝日加气量/5000，取整+1；

判断3：如果日加气量＞30000Nm³，则加气机数量N3＝日加气量/5000，取整；当站点受场地限制，既需要满足较大加气量，又无法布下足够的双枪加气机，且加气车辆以小型车为主时，选择三线四枪加气机；

I)卸车撬选型：

卸车撬通常按照是否带低温潜液泵分为带泵卸车撬和不带泵卸车撬，若考虑减少卸车时间、减少BOG产生和容易卸干净，选择带泵卸车撬，卸车时间一般在2小时左右；不带泵的卸车撬，采用自增压卸车，产生BOG较大，而且不容易卸干净，卸车时间在4小时左右；

J)增压气化器选型：

增压气化器选型为300Nm³/h；

K)EAG气化器选型：

EAG气化器选型为150Nm³/h。