LNG加氣站的規范選用及設計

    LNG汽車和LNG加氣站在國外特別是美國，已經得到了長足發展，而在我國的發展時間尚未超過20年。還處于發展初期。因此，我國尚未頒布專門適用于LNc加氣站的設計規范。在進行LNG加氣站設計時，國外設計人員主要遵守NFPA57-一97《謦車用液化天然氣(LNG)供氣系統標準》，國內已建成并正在示范運行的LNG加氣站遵循的設計標擘巾是NFPA57卅7。但由于各種原因，特別是國內外行業發展水平、設備制造水平、管理水平的差異，裝國行業主管部門及消防部門對國外規范的認可跫 l度不高。根據以往的成功經驗，采用大家更為銎霉 I的國內相近的設計規范，更容易得到主管部門紫墜 I可。比如LNG氣化站發展初期，GB 50028—3《警 l矗燃氣設計規范》中尚未有關于LNG氣化站望} l求，設計時均參照了該規范中LPG氣化站的要求。

因此，筆者認為在進行LNG加氣站設計時，****國內已頒布實施的與國外規范相近的設計規范。

    一般認為，LNG加氣站的設計可參照GB50028—2006《城鎮燃氣設計規范》中LNG氣化站的相關要求和GB 50156．一2002《汽車加油加氣站設奠與施工規范》(2006年版)中LPG加氣站的相差孝求。前者的理論依據是LNG加氣站與LNG氣化站的物料均為LNG，僅兩者的廠站形式及建冀±也喜耒同。后者的理論依據是LNG具有比LPG更安全的特性參數，且LNG加氣站與LPG加氣站同為加氣站，建設地點都位于城市建成區內。

    ①規范的比較

    占GB 50028__2006主要適用于LNG總儲存容積不大于2 000 m³的城鎮LNG供應站的工程設計。該規范對LNG氣化站的儲罐及天然氣放散總管與站內外建、構筑物的防火間距、消防系統均作了明確規定。

    GB 50156--2002(2006年版)主要適用于汽車加油站、LPG加氣站、CNG加氣站和汽車加油加氣合建站工程的設計和施工。該規范對LPG加氣站的規模，LPG儲罐、卸車點、加氣機、放散管管口與站外建、構筑物的防火間距，LPG加氣站內設施之間的防火間距及消防系統均作了明確規定。

    GB 50028--2006主要適用于LNG氣化站，而 LNG氣化站通常建于城市建成區之外。因此，該規范中LNG儲罐及放散總管與站外建、構筑物的防火間距比GB 50156--2002(2006年版)中LPG儲罐及放散管與站外建、構筑物的防火間距大。GB 50028--2006對卸車點、加氣機等與站外建、構筑物的防火間距以及加氣站內設施(儲罐與加氣機、站房、放散管等)之間的防火間距均沒有涉及，而GB 50156--2002(2006年版)對此有比較詳細的規定。

    GB 50028--2006與GB 50156--2002(2006年版)的相同點：a．對儲罐的消防設施要求一致，均要求儲罐的單罐容積大于20 m³或總容積大于50 m³時，儲罐應設置固定消防冷卻系統。b．對移動式消防用水量的規定基本相同。c．對公用工程的設計基本一致，但在工藝設計方面，由于LNG加氣站與 LNG氣化站的物料均為LNG，所以GB 50028--2006中關于LNG氣化站的部分更具有針對性。

    ②LNG與LPG的特性比較

    LNG是以甲烷為主要組分的烴類混合物，LNG與LPG的主要特性對比見表l。由表1可知：a． LNG比LPG更難點燃，且燃燒速度比LPG小。b． LNG的燃點、爆炸極限均比LPG高，且爆炸極限的范圍更寬。c．當溫度高于一112℃時，LNG蒸氣比空氣輕，易于向高處擴散；而LPG蒸氣比空氣重，易于在低處積聚而引發事故。因此，LNG在運輸、儲存和使用中的火災危險性及危害程度低于LPG，比 LPG更安全。

    從燃燒放出的熱量來看，相同體積的LNG和 LPG氣化并燃燒后，LNG放出的熱量比LPG少，對周圍的熱輻射也小。

    因此，在防火間距和消防設施方面，對LNG加氣站的要求可以比對LPG加氣站的要求低。考慮到LNG加氣站在我國尚處于初期發展階段，采用與LNG加氣站基本相同的防火間距和消防設施是適宜的。

   

⑧設計規范的確定

    LNG加氣站與LPG加氣站的站內設施相似，均包含加氣機、泵、儲罐、站房等。因此，從廠站的形式、建設地點、對站外環境的防火要求及站內、外設施來看，LNG加氣站的設計規范更宜選擇GB 50156--2002(2006年版)。

    從LNG與LPG的特性來看，LNG比LPG更安全，且兩者皆是加氣站。因此，LNG加氣站的設計規范也更宜選擇GB 50156--2002(2006年版)。

    畢竟LNG加氣站與LPG加氣站的物料不同，工藝設計和公用工程設計等方面存在差異。因此，為了更準確地體現LNG的特性，在工藝設計和公用工程設計等方面，對于GB 50156--2002(2006年版)未涉及的關于LNG特性要求的設計，應采用GB 50028--2006。

因此，筆者認為在進行LNG加氣站的設計(包含總圖、工藝、公用工程、消防設計)時，應主要依據 GB 50156--2002(2006年版)中LPG加氣站的相關規定。GB 50156--2002(2006年版)未涉及的部分應依據GB 50028--2006中LNG氣化站的相關規定。

    LNG加氣站的設計中，確定LNG加氣站的儲存規模及單臺儲罐的容積時，應主要考慮以下幾個影響因素：

    ①加氣站的加氣規模及儲存周期

    LNG加氣站的加氣對象主要為公交車和客運大巴等易于集中加氣、集中管理的車輛。據了解，目前國內已建成并投入使用的LNG加氣站日加氣100～150車次。國內公交車車載LNG氣瓶多為240 L，充裝系數按85％考慮，則日加氣量為20.4～30.6 m³。從需求方面來說，LNG加氣站主要建在城市建成區內，而城市郊區通常建有LNG儲配站，供氣條件較好。因此，LNG加氣站的儲存周期宜為1～2d，故LNG加氣站所需儲罐容積宜為20.4～61.2 M³。

    ②與站外建、構筑物的防火間距

    從理論方面分析，只要采取了相應的安全措施， LNG加氣站的規模可以與LNG氣化站相同。但從需求方面來看，由于LNG加氣站多建于城市建成區內，對站外建、構筑物與LNG加氣站內儲罐及工藝設施的防火間距要求較高，不易找到滿足較大防火間距要求的建設用地。因此，LNG加氣站儲罐容積不宜過大。

    ③設計規范對儲存規模的要求．

    根據GB 50156--2002(2006年版)第3.0.4條的規定，LPG加氣站的儲罐總容積不應大于60 m³，單罐容積不應大于30 m³。根據該規范的條文說明，此規模的確定既能滿足加氣需求，也能保證安全，降低風險，同時也是與相關規范及公安部消防局協調的結果。因此，LNG加氣站儲罐的容積規模也應考慮該規范的要求。

    ④站內用地及消防水系統的要求

    根據GB 50156--2002(2006年版)第9．0．1、9．0．5條及GB 50028--2006第9．5．1條的規定，總容積超過50 m³或單罐容積超過20 m³的LPG或LNG儲罐應設置固定式消防冷卻水系統。若LNG加氣站的儲罐設置固定式消防冷卻水系統，同時考慮20 L／s的消火栓消防用水量，則LNG加氣站總消防用水量必然超過25 L／s。根據GB 50016--2006《建筑設計防火規范》第8．6．1條的規定，加氣站應設置消防水池及消防泵房。因此，需要較大的用地面積。而LNG加氣站通常建于城市建成區內，很難找到符合要求的用地。另一方面，據了解，國內已建成并投入運行的LPG加氣站通常采用2—3臺單罐容積為20 m³或30 m³的埋地式儲罐，這可以避免設置儲罐固定消防冷卻水系統，與站外建、構筑物的防火間距也可以適當減小。而LNG儲罐為真空絕熱儲罐，通常為地上式儲罐。地下式LNG儲罐在國內尚未有實施的工程實例，國外的工程實例也較少。因此，為了減小加氣站的消防用水量，減小占地面積，LNG加氣站儲罐的總容積不宜大于50 m³，單罐容積不宜大于20 m³。

    ⑤儲罐的規格

國產LNG儲罐容積通常為20 m³、30 m³、50 m³、100 m³和200 m³等，LNG加氣站儲罐應盡可能采用常規規格的產品，便于采購。

綜合考慮LNG加氣站的加氣規模，儲存周期，與站外建、構筑物的防火間距，設計規范對儲存規模的要求，站內消防水系統的要求，儲罐的規格等因素，筆者認為在參照執行GB 50156—2002(2006年版)的前提下，為減小LNG加氣站的用地面積，使加氣站更容易實施，LNG加氣站的單罐容積為20 m³，總容積為20 m³或40 m³。

    按GB 50156--2002(2006年版)第3．0．4條的規定，LPG加氣站的等級劃分見表2，設為液化石油氣罐總容積。

    表2  液化石油氣加氣站的等級劃分

  

 儲罐總容積為40 m³，單罐容積為20 m³的LNG加氣站屬于二級站；儲罐總容積為20 m³，單罐容積為20 m³的LNG加氣站屬于三級站。

  ①功能分區

  根據LNG加氣站的實際情況和生產工藝需求，站區可分為儲存區、加氣區和站房。儲存區的主要設備包括LNG儲罐、LNG泵、卸車增壓器、調飽和器等。加氣區由加氣機和加氣罩棚組成。站房通常由值班室、綜合營業廳、儀表配電間、空壓機房、辦公室等組成。

  ②總圖布置

  a．根據GB 50156--2002(2006年版)第5．O．1條的規定，站區工藝設施一側應設置高2．2 m的非燃燒實體圍墻，面向進、出[=『道路的一側宜設置非實體圍墻，或開敞。

    b．LNG儲罐、LNG泵、卸車增壓器、調飽和器等設備布置在高度為1．O m的圍堰內，卸車接頭及其閥門可布置在圍堰墻體上。

    c．儲存區、加氣區、站房均獨立布置，布置時應注意LNG泵與LNG加氣機的距離要盡可能短，不宜大于15 m。原因是國內LNG汽車的車輛供氣系統未設置氣瓶增壓器，為了保證供氣壓力的穩定性，使之能滿足發動機的用氣壓力要求，給車輛加注的 LNG必須為飽和液體。若LNG泵與LNG加氣機的距離過長，無車輛加氣時，管道內剩余的飽和LNG較多，容易氣化，會影響加氣并排放大量的氣體，造成浪費。

    d．LNG加氣站的工藝設施與站外建、構筑物之間的防火距離按GB 50028--2006中LNG氣化站相關的防火間距執行。工藝設施與站內建、構筑物之間的防火距離按GB 50156--2002(2006年版)中 LPG加氣站相關的防火間距執行。

    LNG加氣站的總圖布置見圖1。

    ①卸車流程

    將LNG由槽車轉移至LNG儲罐中，主要有卸車增壓器卸車、LNG泵卸車及兩者聯合卸車等3種方式H J。卸車增壓器卸車的優點是完全采用環境熱量，不耗費電能，工藝流程相對簡單；缺點是卸車速度比較慢，冬季室外溫度較低時尤為明顯。LNG泵卸車的優點是卸車時間較短，工藝流程相對簡單；缺點是耗費大量電能，啟動前需要對泵進行預冷。卸車增壓器和LNG泵聯合卸車的優點是卸車時間比單獨采用卸車增壓器卸車時間短，耗費的電能比單獨采用LNG泵卸車少；缺點與單獨采用LNG泵相同。

    筆者建議LNG加氣站應具有卸車增壓器、LNG泵單獨卸車和同時卸車的功能。夏季宜采用卸車增壓器卸車，冬季宜采用卸車增壓器和LNG泵聯合卸車。

    ②調飽和流程

    我國LNG汽車的車輛供氣系統未設置氣瓶增壓器，為了保證供氣壓力的穩定性，使之能滿足發動機的用氣壓力要求，車載瓶中的LNG必須為飽和液體。因此，加氣前需要使儲罐中的LNG升溫、升壓，處于飽和狀態。調飽和有3種方式：調飽和器調飽和、LNG泵調飽和、調飽和器與LNG泵聯合調飽和M J。這3種方式的優缺點與LNG卸車采用的3種方式的優缺點基本相同。

    筆者建議LNG加氣站應采取調飽和器和LNG泵聯合調飽和的方式，可以大大縮短LNG的調飽和時間，避免加氣車輛的長時間等待。

    ③加氣流程

    LNG的加氣流程是指LNG泵將儲罐中的LNG抽出，輸送至LNG加氣機，通過LNG加氣機給汽車加氣。

    ④卸壓流程

當儲罐壓力大于設定值時，打開安全閥，釋放儲罐中的氣體，降低壓力，以保證儲罐安全，放散的氣體通過集中放散管放空。

    LNG加氣站采用的低溫壓力儲罐為真空粉末絕熱儲罐。儲罐分為內罐和外罐兩層，內罐材質為0Crl8Ni9，外罐材質為16MnR。內外罐之問采用真空粉末絕熱，真空隔熱層厚度為250 mm。儲罐的日蒸發率小于0．25％，充裝系數為0．9。儲罐上裝有高、低液位報警設施，內罐壓力高報警設施，超壓自動排放罐頂氣體的自力式降壓調節閥以及安全閥等，以保證儲罐的安全。在儲罐進、出口的LNG管道上設有緊急切斷閥，當有緊急情況發生時，可迅速關閉閥門，以保證系統安全。

    目前，20 m³真空粉末絕熱低溫儲罐主要為立式和臥式2種形式。立式儲罐的優點是占地面積小，罐內液體與LNG泵的靜壓頭大，有利于LNG的調飽和及汽車加注；缺點是立式儲罐比較高，美觀性差。臥式儲罐的優點是比較低，美觀性好，容易被周圍人群接受；缺點是占地面積大，罐內液體與LNG泵的靜壓頭小。目前國內示范運行的加氣站均采用立式儲罐，有成功的經驗。考慮到有利于汽車加注和LNG的調飽和，筆者推薦采用立式儲罐。

    ②LNG泵

    輸送LNG這類低溫的易燃介質，不僅要求輸送泵能承受低溫，而且對其氣密性能和電氣方面的安全性能要求很高。隨著對泵結構、材料等方面的研究有了很大的進展，一種安裝在密封容器內的潛液式電動泵在LNG系統中得到了廣泛的應用。其主要特點是將泵與電動機整體安裝在一個密封的金屬容器內，不需要軸封，也不存在軸封的泄漏問題口]。

    通常潛液式電動泵可分為船用泵、汽車燃料泵、 LNG高壓泵(罐外泵)和大型儲罐的罐內泵。LNG加氣站中，LNG的轉運和加注采用的是汽車燃料泵，其結構緊湊，立式安裝，特別適用于汽車燃料加注和低溫槽車轉運LNG。LNG泵采用安全的潛液電動機，電動機和泵都浸沒在流體中，不需要軸封。

  在吸入口增加了導流器，減少流體在吸入口的阻力，防止泵氣蝕。LNG加氣站采用的LNG泵通常為兩級離心泵，由一臺變頻器控制，能適應不同的流量范圍，電氣元件安裝在具有防爆功能的接線盒及其罩殼內，流量為8—340 Ifmin，揚程為15～250 m。主要廠家包括美國的ACD公司、日本的Nikkiso公司、瑞士的Cryomec公司等。

    ③LNG加氣機

    LNG加氣機是依據直接測量流體介質質量的原理，利用先進的傳感和微電腦測控技術，具有高精度、多功能的新型LNG加液計量裝置，主要用于計量充人LNG車載瓶的液量。同時，加氣機應用微測控技術對計量過程進行自動控制，顯示屏直接顯示被測液體的流量、單價、金額及加液量累計值，可遠程通信，實現計算機中央管理№]。

    目前，LNG加氣機多采用進口，其計量方式為單管計量，單槍加氣，計量精度為±0.1％，****質量流量為80．0 kg／rain，具有溫度補償功能，配帶拉斷閥。

    ④調飽和器和卸車增壓器

    LNG加氣站采用的調飽和器和卸車增壓器均為空溫式換熱器，LNG通過吸收環境熱量達到氣化升溫的目的，能耗很低。為了提高氣化速率和換熱效率，調飽和器和卸車增壓器的主體通常采用耐低溫的鋁合金縱向翅片管，且擁有很大的換熱面積。其影響因素主要為流量、工作壓力、工作周期、大氣溫度、相對濕度、風力、日照等"]。

    筆者建議調飽和器的流量為200 m3／h，立式安裝；卸車增壓器的流量為300 m3／h，臥式安裝。

    LNG加氣站的公用工程設計主要包括土建設計、電氣設計、自控設計和給排水設計，應按照GB50156--2002(2006年版)第9—11章及GB 50028—2006第9．4、9．5、9．6條的規定進行設計。

    土建設計主要包括站房、設備基礎、加氣島、加氣罩棚柱、圍堰、場地等內容的設計；基本要求有站房耐火等級不小于二級，門、窗向外開等。電氣設計主要包括設備的動力用電、站房及站區的照明用電、站區的防雷防靜電設計等；基本要求有加氣站的供電負荷為三級，但有條件的情況下可設計為二級，罩棚、營業室、配電間等應設置事故照明等。自控設計主要包括設備的控制及狀態顯示、加氣機的收費系統、可燃氣體檢測報警系統及低溫檢測報警裝置；基本要求有儲罐進出液管應設置緊急切斷閥，并與液位控制連鎖，在可能發生LNG泄漏的區域，設置可燃氣體和低溫泄漏報警裝置等。給排水設計主要包括站區的雨水、站房的給水、排水設計；基本要求有圍堰內的排水利用管道排出站外時應設置水封井，防止LNG流入下水道等。

  6 LNG加氣站的消防設計

    ①消防水系統

    筆者確定的LNG加氣站儲罐的總容積為20 m³或40 m³，單罐容積為20 m³。根據GB 50156--2002(2006年版)第9．0．1、9．0．5條的規定，LNG加氣站設置移動消防用水裝置，消火栓消防用水量按20 L／s考慮。根據GB 50016--2006第8．6．1條規定，加氣站無需設置消防水池，利用市政消防設施即可。消防水管網可從市政消防管網接入，要求水流量不小于20 L／s，壓力不小于0．25 MPa。

    ②滅火器材

LNG加氣站應根據GB 50156--2002(2006年版)的要求設置滅火器材，加氣區每臺加氣機設置1只4 kg手提式干粉滅火器；儲存區設置35 k推車式干粉滅火器2臺和8 kg手提式干粉滅火器5臺；站房的滅火器材布置應符合℃B 50140--2005《建筑滅火器配置設計規范》的規定。

    為了推動LNG加氣市場的發展，更好地利用LNG作為清潔汽車燃料的優勢，加快LNG加氣站網絡化的建設，國家相關部門應盡快組織技術力量編制專門針對LNG加氣站的設計規范。