摘要：天然氣加氣站有LNG、CNG和L—CNG三種模式，其工藝流程及所需設(shè)備不同。比較了3種加氣站設(shè)備、造價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用以及安全性。LNG加氣站在造價(jià)和安全性方面優(yōu)于CNG加氣站．而L—CNG加氣站介于兩者之間。對于加氣規(guī)模為10 000m3／d的加氣站，只有當(dāng)LNG加氣站的天然氣進(jìn)站價(jià)格比CNG知?dú)庹靖叱黾sO．151元／m3時(shí)，其年總運(yùn)行費(fèi)用才會(huì)高于CNG加氣站。建議在條件允許的情況下，優(yōu)先考慮建設(shè)LNG加氣站。
關(guān)鍵詞： 液化天然氣；壓縮天然氣；加氣站； 經(jīng)濟(jì)性；安全
1、加氣站設(shè)備和造價(jià)
①LNG加氣站
LNG加氣站是專門對LNG汽車加氣的加氣站，其工藝流程見文獻(xiàn)[1]，主要設(shè)備包括LNG儲罐、自增壓器、LNG加氣機(jī)等。
LNG儲罐是雙層壁真空絕熱容器，內(nèi)容器由奧氏體不銹鋼材料制成，外容器為碳鋼，中間絕熱層為膨脹珍珠巖并抽真空。這種儲罐絕熱性能好，蒸發(fā)損失低，有不同型號及規(guī)格的定型產(chǎn)品。加氣站可以方便地增加儲罐的數(shù)量以適應(yīng)生產(chǎn)和需求的增長。自增壓器是加氣站內(nèi)輸送LNG的關(guān)鍵設(shè)備，主要作用是保證LNG儲罐內(nèi)有足夠的壓力來給LNG加氣機(jī)供應(yīng)LNG。LNG加氣機(jī)是專門為LNG汽車制造的加氣計(jì)量裝置，可以直接計(jì)量、顯示充人車輛中的LNG的數(shù)量。其主要優(yōu)點(diǎn)是加氣速度快，一般可在3～5Min內(nèi)加氣完畢。
LNG加氣站設(shè)備少，布置緊湊，占地面積小。表1列出了1×104 mS／d LNG加氣站的設(shè)備和造價(jià)。
②L—CNG加氣站
L—CNG加氣站是將LNG在站內(nèi)氣化后使之成為CNG，并對CNG汽車加氣的加氣站。這種加氣站需要的主要設(shè)備有LNG儲罐、LNG泵、氣化器、儲氣瓶組和CNG加氣機(jī)、壓縮機(jī)。新建的L—CNG站不使用壓縮機(jī)；對由已建的CNG加氣站改裝成的L—CNG站，設(shè)備中包括壓縮機(jī)，主要是將原有CNG站的壓縮機(jī)作為LNG泵不能工作時(shí)的備用手段。本文主要對新建的L—CNG站進(jìn)行分析。其工藝流程為：用高壓LNG泵將LNG送入氣化器氣化后，通過順序控制盤將其儲存于高壓CNG儲氣瓶組內(nèi)，當(dāng)需要時(shí)通過C1VG加氣機(jī)對CNG汽車進(jìn)行計(jì)量加氣。其中LNG儲罐的作用與LNG加氣站中LNG儲罐的作用相同。
LNG高壓泵的主要作用是將LNG儲罐內(nèi)的LNG輸送至高壓氣化器進(jìn)行氣化。它可以保征足夠的壓力而不再用壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮。高壓氣化器的作用是將LNG轉(zhuǎn)化為CNG。它的主要形式有3種：開架式氣化器、浸沒式氣化器和中間媒體式氣化器，其中最為常用的是開架式氣化器。
順序控制盤的主要作用是對經(jīng)過高壓氣化器氣化后流入儲氣瓶組和加氣時(shí)由儲氣瓶組流人加氣機(jī)的氣體進(jìn)行分配，以使其效率達(dá)到最高。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)。可以對加氣站的高壓儲氣裝置采用編組的方法以提高加氣效率。具體方法是：將儲氣瓶按l：2：3的容積比例分為高、中、低壓3組，當(dāng)高壓氣化器向儲氣瓶組充氣時(shí)，應(yīng)按高、中、低壓的順序進(jìn)行；當(dāng)儲氣瓶
組向汽車加氣時(shí)，則相反，應(yīng)按低、中、高壓的順序進(jìn)行。這些工作都是通過順序控制盤來完成的。
由于L—CNG加氣站比LNG加氣站增加了高壓LNG泵、氣化器和儲氣瓶組等設(shè)備，其占地面積有所增加。對于規(guī)模為1×104 m3／d的加氣站，其占地面積在1 000 m。左右，相應(yīng)的土建費(fèi)用也有一定程度的增加，見表l。
如果想在L—CNG加氣站內(nèi)對LNG用戶供氣，則只需要增加1臺LNG加氣機(jī)和1套LNG管道即可，其增加的造價(jià)有限(不到20×10s元)。因此在LNG和CNG用戶均存在的情況下可以建立LNG和L—CNG聯(lián)合加氣站。
③CNG加氣站
CNG加氣站主要由6個(gè)系統(tǒng)組成：天然氣調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)、天然氣凈化系統(tǒng)、天然氣壓縮系統(tǒng)、天然氣儲存系統(tǒng)、cNG加氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。
表1 1 x 104M3／d天然氣加氣站設(shè)備和造價(jià)
|
加氣站
類型 |
項(xiàng)目 |
單價(jià) |
數(shù)量 |
合計(jì)／元 |
|
LNG
加氣站 |
儲罐 |
18 0×10元／臺 |
2 |
36.0×10 |
|
加氣機(jī) |
12.0×lO元／臺 |
2 |
24.0×10 |
|
管道 |
6.0×10元／套 |
l |
6.0×10 |
|
土建 |
|
|
50.0×10 |
|
其他 |
|
|
20.0×10 |
|
合計(jì) |
|
|
136.0×100 |
|
L-CNG
加氣站 |
儲罐 |
18.0×10元／臺 |
2 |
36 0×10 |
|
LNG高壓泵 |
5.0×10元／臺 |
2 |
10 0×10 |
|
加氣機(jī) |
6.5×10元／臺 |
2 |
13.0×10 |
|
高壓氣化器 |
18.0 x10元／臺 |
1 |
18.0×10 |
|
順序控制盤 |
5 O×10元／臺 |
1 |
5 O×10 |
|
儲氣瓶組 |
20 6×lO元／組 |
2 |
41.2×10 |
|
土建 |
|
|
70.0×10 |
|
其他 |
|
|
28 O×10 |
|
合計(jì) |
|
|
221.2 x100 |
|
CNG
加氣站 |
進(jìn)氣系統(tǒng) |
3.5×10元／套 |
1 |
3.5×10 |
|
脫硫裝置 |
24.0×lO元／臺 |
1 |
24 O×10 |
|
壓縮機(jī) |
40 0×10元／臺 |
3 |
120 O×100 |
|
脫水裝置 |
14.0×10元／臺 |
1 |
14.0×10 |
|
儲氣系統(tǒng) |
20.6×10元／套 |
3 |
61 8×10 |
|
順序控制盤 |
5 0×10元／臺 |
1 |
5．O×10 |
|
加氣機(jī) |
6 5×10元／臺 |
3 |
19.5 x10 |
|
冷卻水系統(tǒng) |
12 0×10元／套 |
1 |
12.0x 104 |
|
高壓管道 |
11 5×10元／套 |
1 |
11.5×10 |
|
土建 |
|
|
130.0 x100 |
|
其他 |
|
|
60.0×10 |
|
合計(jì) |
|
|
461.3×10 |
其工藝流程見文獻(xiàn)[1]，輸送至加氣站的天然氣經(jīng)過穩(wěn)壓計(jì)量后，進(jìn)入凈化處理裝置進(jìn)行凈化處理，用壓縮機(jī)加壓，再經(jīng)高壓脫水后經(jīng)順序控制盤送入儲氣系統(tǒng)，最后由加氣機(jī)對外計(jì)量加氣。
脫硫裝置用于對進(jìn)站天然氣進(jìn)行脫硫凈化處理，將硫含量降低到符合加氣站所需的氣質(zhì)要求，然后送至壓縮機(jī)。壓縮機(jī)是系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，它的造價(jià)直接影響工程的經(jīng)濟(jì)性，其性能好壞直接影響全站的運(yùn)行。經(jīng)過預(yù)處理的低壓原料氣由壓縮機(jī)分級壓縮至25 MPa，然后進(jìn)入高壓脫水裝置。脫水裝置主要為干燥器，根據(jù)工藝流程的不同，可以將干燥器布置在壓縮機(jī)前(低壓脫水)和壓縮機(jī)后(高壓脫水)。使用高壓脫水所需的設(shè)備少，脫水劑量小，再生能耗低。順序控制盤的作用與L—CNG加氣站中順序控制盤的作用相同。儲氣系統(tǒng)用于儲存壓力為25 MPa的天然氣，以便在需要時(shí)向加氣機(jī)供氣。
CNG加氣站所需設(shè)備較多，占地面積也較大，規(guī)模為1×104 m3／d的加氣站占地面積達(dá)2 000 m2表1列出了其設(shè)備和造價(jià)。
在建站規(guī)模相同的情況下(均為l×104 M3／d)，3種加氣站的造價(jià)差別很大。LNG加氣站造價(jià)最低，僅為CNG加氣站的30％左右。L—CNG加氣站的造價(jià)也僅為CNG加氣站的48％左右。
2、運(yùn)行費(fèi)用
(1)LNG加氣站
LNG加氣站的設(shè)備少，工藝流程簡單，動(dòng)力設(shè)備少且?guī)缀鯖]有高壓管道，因而維修量很小。加氣規(guī)模為1 x 104m3／d的LNG加氣站的年運(yùn)行成本概算(原料氣除外)見表2。
表2 1×104m3／d天然氣加氣站年運(yùn)行成本概算(原料氣除外)
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氣站類型 |
項(xiàng)目
|
單價(jià)
|
數(shù)量
|
合計(jì)
(元/臺) |
|
LNG
加氣站 |
水 |
3.3元／t |
112t |
370 |
|
電 |
O．62元
／(kW·h1 |
l 6×10
kW·h |
9 920 |
|
維修 |
|
|
1 5×10 |
|
管理 |
|
|
“2 O×10。 |
|
折舊 |
|
|
10 8×100 |
|
工資及
福利 |
1.4×10元／(A·a、 |
5人 |
7 0×10。 |
|
合計(jì) |
|
|
22.3×100 |
|
L— CNG
加氣站 |
水 |
3 3元／ml |
2 880t |
1.0×10 |
|
電 |
O 62元
／(kW·h、 |
5.8×10。
kW·h |
3.6×10
|
|
維修 |
|
|
4.0×10 |
|
管理 |
|
|
3.0×10 |
|
折舊 |
|
|
19.8 x104 |
|
工資及福利 |
1.4 x104元／(A·a) |
7人 |
9.8×10。 |
|
合計(jì) |
|
|
41.2×100 |
|
CNG
加氣站 |
水 |
3 3：fit |
3 690t |
1.2×10‘ |
|
電 |
O．62元
／(kW-h) |
7 2 x104
kW·h |
4.5×10 |
|
維修 |
|
|
8.5×10。 |
|
管理 |
|
|
6.0×10‘ |
|
折舊 |
|
|
38.0×10‘ |
|
工資及
福利 |
1.4×10。元／(A·a、 |
10人 |
14.0×10‘ |
|
合計(jì) |
|
|
72.2×100 |
|
注：加氣站按年運(yùn)行330 d /年 |
|
（2）L—CNG加氣站
由于L—CNG加氣站比LNG加氣站增加了部分設(shè)備，從而使其工藝流程較為復(fù)雜，增加了動(dòng)力設(shè)備及高壓管道，因而增加了管理和維修量，各方面的運(yùn)行費(fèi)用也隨之增加。它的年運(yùn)行成本概算(原料氣除外)見表2。
（3）CNG加氣站
CNG加氣站的設(shè)備最多，工藝流程最復(fù)雜，且動(dòng)力設(shè)備多，高壓管道轉(zhuǎn)多，從而使其管理和維護(hù)都比較困難，其運(yùn)行成本將有很大增加。其年運(yùn)行成本概算(原料氣除外)見表2。
（4）天然氣進(jìn)站價(jià)格對運(yùn)行費(fèi)用的影響
由于原料氣的費(fèi)用一般要占到其運(yùn)行總費(fèi)用的80％一90％，故原料氣的進(jìn)站價(jià)格將對加氣站的年運(yùn)行費(fèi)用產(chǎn)生很大影響。在同一地域，加氣站對外供氣價(jià)格應(yīng)該近似等同。由于加氣站所處地域及距不同氣源的距離不同，不同類型的加氣站的天然氣進(jìn)站價(jià)格將有很大變化。在其他費(fèi)用變化不大的情況下，討論天然氣進(jìn)站價(jià)格對加氣站總的運(yùn)行費(fèi)用的影響將具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，將為加氣站的投資建設(shè)提供很重要的依據(jù)。
對于加氣規(guī)模為1×104 m3／d的3種不同加氣站，除原料氣外的年運(yùn)行費(fèi)用有很大差異。為了表明天然氣進(jìn)站價(jià)格對加氣站的運(yùn)行費(fèi)用的影響，可將這種差異轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粴鈨r(jià)格上的差異。可以計(jì)算出在不考慮原料氣費(fèi)用時(shí)，CNG加氣站的年運(yùn)行費(fèi)用比LNG加氣站高出49．9×104元／a。假若這兩種加氣站總的年運(yùn)行費(fèi)用相同，則LNG加氣站的原料氣進(jìn)站價(jià)格要比CNG加氣站原料氣的進(jìn)站價(jià)格高0．151元／m3。就是說，在加氣規(guī)模為1×104 m3／d的條件下，LNG加氣站的天然氣進(jìn)站價(jià)格不比CNG加氣站的天然氣進(jìn)站價(jià)格高出O．151 元／m3時(shí)，它的年總運(yùn)行費(fèi)用就會(huì)低于CNG加氣站。
同樣可以求出L—CNG加氣站的天然氣進(jìn)站價(jià)格不比CNG加氣站天然氣進(jìn)站價(jià)格高出O．094元／m3時(shí)，它的年運(yùn)行費(fèi)用就會(huì)低于CNG加氣站。
3 安全性
天然氣是易燃易爆的物質(zhì)。因此加氣站的安全性將是建站所必須考慮的重要問題之一。決定加氣站安全性的主要因素有高壓管道、動(dòng)力設(shè)備、高壓儲氣設(shè)備和系統(tǒng)復(fù)雜程度幾個(gè)方面。為了保證加氣站的安全運(yùn)行，每一種加氣站的建設(shè)方案在其主要設(shè)備上都采取了嚴(yán)密的安全措施。3種加氣站的不安全因素及采用的主要安全措施比較見表3。
表3 3種加氣站的不安全因素及安全措施比較
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加氣站
類型 |
LNG加氣站
|
L-CNG
加氣站 |
CNG加氣站
|
|
高壓
管道 |
無高壓管道
|
高壓管道較少，
有安全隱患。 |
高壓管道多，安
全隱患較大。 |
|
動(dòng)力設(shè)備 |
動(dòng)力設(shè)備少 |
動(dòng)力設(shè)備較多 |
動(dòng)力設(shè)備繁多 |
|
高壓
儲氣設(shè)備
|
無高壓儲氣設(shè)備
|
有高壓儲氣設(shè)
備，有安全隱
患。 |
有高壓儲氣設(shè)
備，有安全隱
患。 |
|
系統(tǒng)
復(fù)雜程度 |
系統(tǒng)流程簡單易操作。 |
系統(tǒng)流程較復(fù)
雜 |
系統(tǒng)流程最復(fù)
雜，難操作。 |
|
安全措施
|
LNG儲罐設(shè)有
充滿指示口、液位計(jì)、安全閥等安全裝置。在主要管道上都裝有防超壓的安全閥。在管
道的每個(gè)獨(dú)立段都裝有緊急切斷閥。 |
LNG儲罐設(shè)有
充滿指示口、液
位計(jì)、安全閥等
安全裝置。在
壓縮機(jī)房上部
安裝機(jī)械排風(fēng)
系統(tǒng)，保證空氣
流通。在管道
的每個(gè)獨(dú)立段
都裝有緊急切
斷閥及安全閥。 |
在壓縮機(jī)房E
部安裝機(jī)械排
風(fēng)系統(tǒng)，保證空
氣流通。
|
對3種天然氣加氣站都采用的安全措施還有；采用防爆電氣設(shè)備，加氣機(jī)必須具有緊急切斷、過流、切斷、拉斷等安全裝置，設(shè)置安全放散系統(tǒng)。
通過這些安全措施的實(shí)施，使得加氣站的安全性有了較好的保障。但是，必須認(rèn)識到天然氣屬于易燃易爆的危險(xiǎn)性物質(zhì)，生產(chǎn)操作必須嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，以免發(fā)生意外。
4、結(jié)論
(1)從占地面積、造價(jià)和安全性方面考慮，LNG加氣站優(yōu)于cNG加氣站，L—cNG加氣站介于二者之間。
(2)當(dāng)LNG加氣站的原料氣進(jìn)站價(jià)格比cNG加氣站的原料氣進(jìn)站價(jià)格高出值在一定范圍內(nèi)(加氣規(guī)模為1×104M／d時(shí)，約為0.151元/M3)時(shí)，LNG加氣站的年總運(yùn)行費(fèi)用要低于cNG加氣站。而L—cNG加氣站與cNG加氣站的原料氣進(jìn)站價(jià)格差(加氣規(guī)模同樣為1×104M3／d時(shí))約為O·094元／M3。這樣可以根據(jù)加氣站建設(shè)地點(diǎn)的不同天然氣進(jìn)站價(jià)格來決定建站方式。當(dāng)LNG加氣站的原料氣進(jìn)站價(jià)格比cNG加氣站的原料氣進(jìn)站價(jià)格高出的值在0.151元／m3以下時(shí)，建設(shè)LNG加氣站合理的。
(3)根據(jù)目前燃?xì)馄囍蠧NG汽車占有量較大的實(shí)際情況，可以建設(shè)LNG與L—CNG聯(lián)合氣站，以方便向LNG汽車加氣站過渡。
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