LNG加气站设计要求规范Word文件下载.docx
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但由于各种原因,特别是国外行业开展水平、设备制造水平、管理水平的差异,我国行业主管部门与消防部门对国外规的认可程度不高。
根据以往的成功经验,采用大家更为熟悉的国相近的设计规,更容易得到主管部门的认可。
比如LNG气化站开展初期,GB50028—93《城镇燃气设计规》未有关于LNG气化站的要求,设计时均参照了该规中LPG气化站的要求。
因此,笔者认为在进展LNG加气站没计时,首选国已颁布实施的与国外规相近的设计规。
1LNG加气站设计规的选用
一般认为,LNG加气站的设计可参照GB50028—2006《城镇燃气设计规》中LNG气化站的相关要求和GB50156—2002《汽车加油加气站设计与施工规》(2006年版)中LPG加气站的相关要求[1]。
前者的理论依据是LNG加气站与LNG气化站的物料均为LNG,仅两者的厂站形式与建站地点不同。
后者的理论依据是LNG具有比LPG更安全的特性参数,且LNG加气站与LPG加气站同为加气站,建设地点都位于城市建成区。
①规的比拟
GB50028—2006主要适用于LNG总储存容积不大于2000m3的城镇LNG供给站的工程设计。
该规对LNG气化站的储罐与天然气放散总管与站外建、构筑物的防火间距、消防系统均作了明确规定。
GB50156—2002(2006年版)主要适用于汽车加油站、LPG加气站、G加气站和汽车加油加气合建站工程的设计和施工。
该规对LPG加气站的规模,LPG储罐、卸车点、加气机、放散管管口与站外建、构筑物的防火间距,LPG加气站设施之间的防火间距与消防系统均作了明确规定。
GB50028—2006主要适用于LNG气化站,而LNG气化站通常建于城市建成区之外。
因此,该规中LNG储罐与放散总管与站外建、构筑物的防火间距比GB50156—2002(2006年版)中LPG储罐与放散管与站外建、构筑物的防火间距大。
GB50028—2006对卸车点、加气机等与站外建、构筑物的防火间距以与加气站设施(储罐与加气机、站房、放散管等)之间的防火间距均没有涉与,而GB50156—2002(2006年版)对此有比拟洋细的规定。
GB50028—2006与GB50156—2002(2006年版)的一样点:
a.对储罐的消防设施要求一致,均要求储罐的单罐容积大于20m3或总容积大于50m3时,储罐应设置固定消防冷却系统。
b.对移动式消防用水量的规定根本一样。
c.对公用工程的设计根本一致,但在工艺设计方面,由于LNG加气站与LNG气化站的物料均为LNG,所以GB50028—2006中关于LNG气化站的局部更具有针对性。
②LNG与LPG的特性比拟
℃时,LNG蒸气比空气轻,易于向高处扩散;
而LPG蒸气比空气重,易于在低处积聚而引发事故。
因此,LNG在运输、储存和使用中的火灾危险性与危害程度低于LPG,比LPG更安全[2]。
从燃烧放出的热量来看,一样体积的LNG和LPG气化并燃烧后,LNG放出的热量比LPG少,对周围的热辐射也小。
因此,在防火间距和消防设施方面,对LNG加气站的要求可以比对LPG加气站的要求低。
考虑到LNG加气站在我国尚处于初期开展阶段,采用与LPG加气站根本一样的防火间距和消防设施是适宜的。
表1LNG与LPG主要特性比照
项目
LPG
LNG
燃点/℃
493
650
点火能/mJ
燃烧速度/(m·
s-1)
爆炸极限/%
气体密度
大于空气密度,少量泄漏
后易积聚
-112℃以上时小于空气密度,少量泄漏后即挥发
③设计规确实定
LNG加气站与LPG加气站的站设施相似,均包含加气机、泵、储罐、站房等。
因此,从厂站的形式、建设地点、对站外环境的防火要求与站、外设施来看,LNG加气站的设计规更官选择GB50156—2002(2006年版)。
从LNG与LPG的特性来看,LNG比LPG更安全,且两者皆是加气站。
因此,LNG加气站的设计规也更宜选择GB50156—2002(2006年版)。
毕竟LNG加气站与LPG加气站的物料不同,工艺设计和公用工程设计等方面存在差异。
因此,为了更准确地表现LNG的特性,在工艺设计和公用工程设计等方面,对于GB50156—2002(2006年版)未涉与的关于LNG特性要求的设计.应采用GB50028—2006。
因此,笔者认为在进展LNG加气站的设计(包含总图、工艺、公用工程、消防设计)时,应主要依据GB50156—2002(2006年版)中LPG加气站的相关规定。
GB50156—2002(2006年版)未涉与的局部应依据GB50028—2006中LNG气化站的相关规定。
2LNG加气站的储存规模与等级划分
2.1影响储存规模的因素
LNG加气站的设计中,确定LNG加气站的储存规模与单台储罐的容积时,应主要考虑以下几个影响因素:
①加气站的加气规模与储存周期
3[1]3。
②与站外建、构筑物的防火间距
从理论方面分析,只要采取了相应的安全措施,LNG加气站的规模可以与LNG气化站一样。
但从需求方面来看,由于LNG加气站多建于城市建成区,对站外建、构筑物与LNG加气站储罐与工艺设施的防火间距要求较高,不易找到满足较大防火间距要求的建设用地。
因此,LNG加气站储罐容积不宜过大。
③设计规对储存规模的要求
根据GB50156—2002(2006年版)第3.0.4条的规定,LPG加气站的储罐总容积不应大于60m3,单罐容积不应大于30m3。
根据该规的条文说明,此规模确实定既能满足加气需求,也能保证安全,降低风险,同时也是与相关规与公安部消防局协调的结果。
因此,LNG加气站储罐的容积规模也应考虑该规的要求。
④站用地与消防水系统的要求
根据GB50156—2002(2006年版)第9.0.1、9.0.5条与GB50028—2006第9.5.1条的规定,总容积超过50m3或单罐容积超过20m3的LPG或LNG储罐应设置固定式消防冷却水系统。
假如LNG加气站的储罐设置固定式消防冷却水系统,同时考虑20L/s的消火栓消防用水量,如此LNG加气站总消防用水量必然超过25L/s。
根据GB50016—2006《建筑设计防火规》第8.6.1条的规定,加气站应设置消防水池与消防泵房。
因此,需要较大的用地面积。
而LNG加气站通常建于城市建成区,很难找到符合要求的用地。
另一方面,据了解,国已建成并投入运行的LPG加气站通常采用2~3台单罐容积为20m3或30m3的埋地式储罐,这可以防止设置储罐固定消防冷却水系统,与站外建、构筑物的防火间距也可以适当减小。
而LNG储罐为真空绝热储罐,通常为地上式储罐。
地下式LNG储罐在国尚未有实施的工程实例,国外的工程实例也较少。
因此,为了减小加气站的消防用水量,减小占地面积,LNG加气站储罐的总容积不宜大于50m3,单罐容积不宜大于20m3。
⑤储罐的规格
国产LNG储罐容积通常为20m3、30m3、50m3、100m3和200m3等,LNG加气站储罐应尽可能采用常规规格的产品,便于采购。
2.2储存规模确实定
综合考虑LNG加气站的加气规模,储存周期,与站外建、构筑物的防火间距,设计规对储存规模的要求,站消防水系统的要求,储罐的规格等因素,笔者认为在参照执行GB50156—2002(2006年版)的前提下,为减小LNG加气站的用地面积,使加气站更容易实施,LNG加气站的单罐容积为20m3,总容积为20m3或40m3。
2.3加气站的等级划分
按GB50156—2002(2006年版)第3.0.4条的规定,LPG加气站的等级划分见表2,设V为液化石油气罐总容积。
表2液化石油气加气站的等级划分[3]
级别
液化石油气罐容积/m3
总容积
单罐容积
一级
45<V≤60
≤30
二级
30<V≤45
三级
V≤30
储罐总容积为40m3,单罐容积为20m3的LNG加气站属于二级站;
储罐总容积为20m3,单罐容积为20m3的LNG加气站属于三级站。
3LNG加气站的总图设计
①功能分区
根据LNG加气站的实际情况和生产工艺需求,站区可分为储存区、加气区和站房。
储存区的主要设备包括LNG储罐、LNG泵、卸车增压器、调饱和器等。
加气区由加气机和加气罩棚组成。
站房通常由值班室、综合营业厅、仪表配电间、空压机房、办公室等组成。
②总图布置
a.根据GB50156—2002(2006年版)第5.0.1条的规定,站区工艺设施一侧应设置高2.2m的非燃烧实体围墙,面向进、出口道路的一侧宜设置非实体围墙,或开敞。
b.LNG储罐、LNG泵、卸车增压器、调饱和器等设备布置在高度为1.0m的围堰,卸车接头与其阀门可布置在围堰墙体上。
c.储存区、加气区、站房均独立布置,布置时应注意LNG泵与LNG加气机的距离要尽可能短,不宜大于15m。
原因是国LNG汽车的车辆供气系统未设置气瓶增压器,为了保证供气压力的稳定性,使之能满足发动机的用气压力要求,给车辆加注的LNG必须为饱和液体。
假如LNG泵与LNG加气机的距离过长,无车辆加气时,管道剩余的饱和LNG较多,容易气化,会影响加气并排放大量的气体,造成浪费。
d.LNG加气站的工艺设施与站外建、构筑物之间的防火距离按GB50028—2006中LNG气化站相关的防火间距执行。
工艺设施与站建、构筑物之间的防火距离按GB50156—2002(2006年版)中LPG加气站相关的防火间距执行。
LNG加气站的总图布置见图1。
4LNG加气站的工艺设计
4.1工艺流程
①卸车流程
将LNG由槽车转移至LNG储罐中,主要有卸车增压器卸车、LNG泵卸车与两者联合卸车等3种方式[4]。
卸车增压器卸车的优点是完全采用环境热量,不消耗电能,工艺流程相对简单;
缺点是卸车速度比拟慢,冬季室外温度较低时尤为明显。
LNG泵卸车的优点是卸车时间较短,工艺流程相对简单;
缺点是消耗大量电能,启动前需要对泵进展预冷。
卸车增压器和LNG泵联合卸车的优点是卸车时间比单独采用卸车增压器卸车时间短,消耗的电能比单独采用LNG泵卸车少;
缺点与单独采用LNG泵一样。
笔者建议LNG加气站应具有卸车增压器、LNG泵单独卸车和同时卸车的功能。
夏季宜采用卸车增压器卸车,冬季宜采用卸车增压器和LNG泵联合卸车。
②调饱和流程
我国LNG汽车的车辆供气系统未设置气瓶增压器,为了保证供气压力的稳定性,使之能满足发动机的用气压力要求,车载瓶中的LNG必须为饱和液体。
因此,加气前需要使储罐中的LNG升温、升压,处于饱和状态。
调饱和有3种方式:
调饱和器调饱和、LNG泵调饱和、调饱和器与LNG泵联合调饱和[4]。
这3种方式的优缺点与LNG卸车采用的3种方式的优缺点根本一样。
笔者建议LNG加气站应采取调饱和器和LNG泵联合调饱和的方式,可以大大缩短LNG的调饱和时间,防止加气车辆的长时间等待。
③加气流程
LNG的加气流程是指LNG泵将储罐中的LNG抽出,输送至LNG加气机,通过LNG加气机给汽车加气。
④卸压流程
当储罐压力大于设定值时,打开安全阀,释放储罐中的气体,降低压力,以保证储罐安全,放散的气体通过集中放散管放空。
4.2主要设备
①LNG储罐
LNG加气站采用的低温压力储罐为真空粉末绝热储罐。
储罐分为罐和外罐两层,罐材质为0Cr18Ni9,外罐材质为16MnR。
外罐之间采用真空粉末绝热,真空隔热层厚度为250mm。
储罐的日蒸发率小于0.25%,充装系数为0.9。
储罐上装有高、低液位报警设施,罐压力高报警设施,超压自动排放罐顶气体的自力式降压调节阀以与安全阀等,以保证储罐的安全。
在储罐进、出口的LNG管道上设有紧急迫断阀,当有紧急情况发生时,可迅速关闭阀门,以保证系统安全。
目前,20m3真空粉末绝热低温储罐主要为立式和卧式2种形式。
立式储罐的优点是占地面积小,罐液体与LNG泵的静压头大,有利于LNG的调饱和与汽车加注;
缺点是立式储罐比拟高,美观性差。
卧式储罐的优点是比拟低,美观性好,容易被周围人群承受;
缺点是占地面积大,罐液体与LNG泵的静压头小。
目前国示运行的加气站均采用立式储罐,有成功的经验。
考虑到有利于汽车加注和LNG的调饱和,笔者推荐采用立式储罐。
②LNG泵
输送LNG这类低温的易燃介质,不仅要求输送泵能承受低温,而且对其气密性能和电气方面的安全性能要求很高。
随着对泵结构、材料等方面的研究有了很大的进展,一种安装在密封容器的潜液式电动泵在LNG系统中得到了广泛的应用。
其主要特点是将泵与电动机整体安装在一个密封的金属容器,不需要轴封,也不存在轴封的泄漏问题[5]。
通常潜液式电动泵可分为船用泵、汽车燃料泵、LNG高压泵(罐外泵)和大型储罐的罐泵。
LNG加气站中,LNG的转运和加注采用的是汽车燃料泵,其结构紧凑,立式安装,特别适用于汽车燃料加注和低温槽车转运LNG。
LNG泵采用安全的潜液电动机,电动机和泵都浸没在流体中,不需要轴封。
在吸入口增加了导流器,减少流体在吸入口的阻力,防止泵气蚀。
LNG加气站采用的LNG泵通常为两级离心泵,由一台变频器控制,能适应不同的流量围,电气元件安装在具有防爆功能的接线盒与其罩壳,流量为8~340L/min,扬程为15~250m。
主要厂家包括美国的ACD公司、日本的Nikkiso公司、瑞士的Cryomec公司等。
③LNG加气机
LNG加气机是依据直接测量流体介质质量的原理,利用先进的传感和微电脑测控技术,具有高精度、多功能的新型LNG加液计量装置,主要用于计量充入LNG车载瓶的液量。
同时,加气机应用微测控技术对计量过程进展自动控制,显示屏直接显示被测液体的流量、单价、金额与加液量累计值,可远程通信,实现计算机中央管理[6]。
目前,LNG加气机多采用进口,其计量方式为单管计量,单枪加气,计量精度为±
0.1%,最大质量流量为80.0kg/min,具有温度补偿功能,配带拉断阀。
④调饱和器和卸车增压器
LNG加气站采用的调饱和器和卸车增压器均为空温式换热器,LNG通过吸收环境热量达到气化升温的目的,能耗很低。
为了提高气化速率和换热效率,调饱和器和卸车增压器的主体通常采用耐低温的铝合金纵向翅片管,且拥有很大的换热面积。
其影响因素主要为流量、工作压力、工作周期、大气温度、相对湿度、风力、日照等[7]。
笔者建议调饱和器的流量为200m3/h,立式安装;
卸车增压器的流量为300m3/h,卧式安装。
5LNG加气站的公用工程设计
LNG加气站的公用工程设计主要包括土建设计、电气设计、自控设计和给排水设计,应按照GB50156—2002(2006年版)第9~11章与GB50028—2006第9.4、9.5、9.6条的规定进展设计。
土建设计主要包括站房、设备根底、加气岛、加气罩棚柱、围堰、场地等容的设计;
根本要求有站房耐火等级不小于二级,门、窗向外开等。
电气设计主要包括设备的动力用电、站房与站区的照明用电、站区的防雷防静电设计等;
根本要求有加气站的供电负荷为三级,但有条件的情况下可设计为二级,罩棚、营业室、配电间等应设置事故照明等。
自控设计主要包括设备的控制与状态显示、加气机的收费系统、可燃气体检测报警系统与低温检测报警装置;
根本要求有储罐进出液管应设置紧急迫断阀,并与液位控制连锁,在可能发生LNG泄漏的区域,设置可燃气体和低温泄漏报警装置等。
给排水设计主要包括站区的雨水、站房的给水、排水没计;
根本要求有围堰的排水利用管道排出站外时应设置水封井,防止LNG流入下水道等。
6LNG加气站的消防设计
①消防水系统
笔者确定的LNG加气站储罐的总容积为20m3或40m3,单罐容积为20m3。
根据GB50156—2002(2006年版)第9.0.1、9.0.5条的规定,LNG加气站设置移动消防用水装置,消火栓消防用水量按20L/s考虑。
根据GB50016—2006第8.6.1条规定,加气站无需设置消防水池,利用市政消防设施即可。
消防水管网可从市政消防管网接入,要求水流量不小于20L/s,压力不小于0.25MPa。
②灭火器材
LNG加气站应根据GB50156—2002(2006年版)的要求设置灭火器材,加气区每台加气机设置1只4kg手提式干粉灭火器;
储存区设置35kg推车式干粉灭火器2台和8kg手提式干粉灭火器5台;
站房的灭火器材布置应符合GB50140—2005《建筑灭火器配置设计规》的规定。
7结语
为了推动LNG加气市场的开展,更好地利用LNG作为清洁汽车燃料的优势,加快LNG加气站网络化的建设,国家相关部门应尽快组织技术力量编制专门针对LNG加气站的设计规。
参考文献:
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[6]丽敏,福洋.LNG加气机技术现状[J].煤气与热力,2008,28(7):
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[7]贺红明,林文胜,顾安忠.L-G加气站技术浅析[J].天然气工业,2007,27(4):
126-128.
(本文周春中机国际工程设计研究院分院210001)
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