常見LPG汽車加氣站工藝方案分析

/LNG由低溫槽車運到氣化站內(nèi)，用槽車自帶的增壓器給槽車增壓，利用壓差將槽車內(nèi)的LNG壓入站內(nèi)低溫儲罐儲存，儲罐中的LNG再經(jīng)自帶增壓系統(tǒng)壓入空溫式氣化器，在氣化器中LNG通過吸熱發(fā)生相變成為氣體，在氣化器的加熱段升高溫度，夏季氣體溫度最高達到20℃，冬季不低于-10℃，然后經(jīng)過濾、降壓至0.4MPa、計量、加臭后進入管網(wǎng)系統(tǒng)送入各用氣用戶。放空氣化器也采用空溫式氣化器，站區(qū)各類管道的放散天然氣通過管道引至站內(nèi)放散塔進行集中放散。常見LPG汽車加氣站工藝方案分析l引言

隨著清潔能源的進一步開發(fā)和使用，加快發(fā)展和建設(shè)燃氣汽車加氣站，改善環(huán)境已成為燃氣行業(yè)的焦點課題之一。國家和各大城市的市政府下了很大決心，要解決汽車排放尾氣的質(zhì)量問題，并在財力、物力、人力上加大了投入，也因此給國內(nèi)燃氣行業(yè)帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。

經(jīng)過幾年的摸索和實踐，國內(nèi)目前已建和在建的液化石油氣汽車加氣站，按布置形式可大致分為：地下罐—地面泵、地下罐—潛液泵和地上罐—地面泵3種。

幾種方案中，最常出現(xiàn)的情況是泵的“氣蝕”現(xiàn)象。所謂的“氣蝕”，即當液化石油氣的絕對壓力下降到當時溫度下的氣化壓力時，LPG便在該處開始氣化，形成氣泡。氣泡形成的同時，周圍的液體以高速填充空穴，發(fā)生互相撞擊而形成“水擊”，這種現(xiàn)象將造成泵內(nèi)金屬表面或金屬部件的蜂窩狀點蝕破壞。產(chǎn)生“氣蝕”的原因不外乎三種：泵的幾何安裝高度；安裝地點的大氣壓力；輸送介質(zhì)的氣化溫度。為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，泵的入口處必須具有超過輸送溫度下LPG氣化壓力的能量——必須氣蝕余量NPSH(requirednetpositivesuctionhead)。對必須氣蝕余量有影響的因素與泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)，即泵吸入室與葉輪進口的幾何形狀和流速。從上面的描述中可以看出：無論何種形式的泵都可能發(fā)生“氣蝕”，只是我們?nèi)绾文芙档退陌l(fā)生幾率。

2地下罐地面泵方案

其原理是：采用LPG壓縮機(或泵)將液化石油氣從槽車卸至埋地儲罐內(nèi)，通過固定在儲罐附近地面上的加氣泵，將LPG輸送至汽車加氣機，經(jīng)計量加入汽車儲瓶內(nèi)。

近兩年，在總結(jié)以前地下罐——潛液泵方案經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，借鑒國外同行的做法，國內(nèi)用戶逐步采用了這種工藝方案。鑒于這種布置形式，為滿足加氣要求，應(yīng)選擇中等流量、高壓差、運行無脈動、抗氣蝕能力強的加氣泵，即多級離心泵或環(huán)流渦輪泵，相對其它種類的泵更能適合這種方案。

多級側(cè)腔離心泵，通過其離心機與側(cè)腔結(jié)構(gòu)融為一體的設(shè)計，使得它適合高壓差、低NPSH(必須氣蝕余量)的介質(zhì)輸送。即使液體中含有超過50％的氣體存在，也能同樣保證運行平穩(wěn)、低噪音。其多級側(cè)腔結(jié)構(gòu)可提供自動引動能力；泵入口處有一段空間，可以對高速進入泵內(nèi)的液體起到緩沖的作用，有效降低液體流動的速度；液體以軸向方向進入泵內(nèi)，又將泵的推進器設(shè)計在引入口處；這些都可以減少氣蝕發(fā)生的幾率，對具有苛刻的入口條件的液體加壓尤其適合。泵啟動時，吸入口的空氣會通過排放管線排出，不會造成背壓。這種泵對安裝位置并無特殊要求，可設(shè)置在室外或?qū)Ｓ帽檬覂?nèi)。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，級數(shù)越多，葉輪數(shù)量越多，各級間的密封面也越多。由于葉輪多，不但價格昂貴，機械磨損嚴重，也為維修帶來了不便。

針對上述問題，國內(nèi)目前廣泛采用了一種專用于汽車加氣的地面加氣泵。這種加氣泵結(jié)構(gòu)簡單，外型小巧，采用單片葉輪設(shè)計，密封面少。某些廠家更是將此葉輪設(shè)計成懸浮式的結(jié)構(gòu)，即葉輪自由懸浮于主軸之上，不與任何金屬面相接觸。這不但減少了金屬間的磨擦機會，延長了使用壽命，而且，拆裝都很方便快捷，價格也只有相同規(guī)格多級離心泵的一半。但美中不足，這種泵如果在安裝時要求不嚴格，很容易產(chǎn)生氣蝕，運行噪音大。由于其對液體產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)和擠壓是緩慢形成的，泵內(nèi)空間有限，啟動時，從地下罐吸入的液體中含有氣體存在——氣液混合物，所以在泵內(nèi)容易形成氣塞，造成氣蝕，甚至斷流，阻礙了液體正常加壓，造成泵內(nèi)金屬部件損壞。由于液體的脈動，運行噪音也加大。為避免上述現(xiàn)象發(fā)生，要求泵在安裝上要做出必要調(diào)整，以期達到：減少進入泵內(nèi)液體中氣體的含量；降低壓差，盡量使泵吸入的氣體返回儲罐氣相空間；為達到這兩個目的，我們建議對泵的安裝采取如下措施：

(1)允許的情況下，將儲罐盡量淺埋，且將泵固定在儲罐附近，借以縮短泵入口至儲罐出液口之間的管道總長，減少液體的沿程阻力損失。

(2)泵入口的水平管段沿液體流動方向有一向上的坡度，有利于管內(nèi)氣體排出。

(3)為減少局部阻力損失，在泵的入口管道上應(yīng)盡量減少閥門、管件等的設(shè)置。

(4)吸液口一定在液面以下，建議在吸液口處不設(shè)底閥或止回閥，吸入管道與泵入口處同徑，且只設(shè)置兩個同徑球閥。

(5)儲罐出液管上取消過濾器設(shè)置。因為液體是自下而上被抽吸出來，帶入泵內(nèi)的雜質(zhì)有限，而且過濾器的阻力損失大?？赏ㄟ^在儲罐上設(shè)置單獨的排污管排污。

(6)為保證事故工況下及時切斷液化石油氣的供給，可將氣動(或油動)緊急切斷閥設(shè)置在泵的出口管道上。

(7)在泵的出口管道上設(shè)置配套的旁通回流閥，保證泵內(nèi)吸入的氣體回流至儲罐的氣相空間。旁通管路上可設(shè)帶有揚程調(diào)節(jié)功能的過流閥。

從對液體的加壓形式上看，兩種泵均屬葉片泵，即依靠泵體內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力作用，將液體吸入或壓出。只是兩種泵的結(jié)構(gòu)和葉輪形式不同。表1是揚程為0．7MPa下，滿足4支加氣槍流量時，兩種泵的性能比較。

地下罐—地面泵形式的汽車加氣站，目前在國內(nèi)很多城市中已有建設(shè)并投入使用。相對于地下罐—潛液泵或地上罐—地面泵方案，占地面積小、一次投入成本低，是經(jīng)濟實用的方案之一。表1項目多級側(cè)腔離心泵環(huán)流旋渦泵1、性能揚程高，壓差大，抗氣蝕能力強泵內(nèi)空間小、易形成氣塞2、結(jié)構(gòu)與維修結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、易形成機械磨損、維修困難結(jié)構(gòu)簡單、體積輕巧、可快速拆換葉輪，使用壽命較長3、價格昂貴為相同流量、揚程下離心泵價格的一半4、安裝對安裝條件無特殊要求對安裝條件有嚴格的要求5、密封形式多采用機械式密封機械式密封6、效率65%～80%40%～50%3地下罐潛液泵方案

這是國內(nèi)早期建設(shè)加氣站中最常采用的一種形式，北京、上海、濟南等大中城市的很多加氣站，都是選用地下儲罐、進口潛液泵來進行汽車加氣的。有關(guān)這方面的論述文章已有很多，這里不再贅述，僅就其與地下罐—地面泵和地上罐—地面泵之間比較的優(yōu)缺點做一介紹。

優(yōu)點：

(1)節(jié)省占地面積

根據(jù)《城市燃氣設(shè)計規(guī)范》GB50028-93中表6．3．7：“液化石油氣供應(yīng)基地的儲罐與站外建、構(gòu)筑物的防火間距”，和《汽車用燃氣加氣站技術(shù)規(guī)范》CJJ84-2000中表5．2．6“液化石油氣儲罐與站內(nèi)設(shè)施的防火間距”的要求，地下儲罐與站內(nèi)外設(shè)施的防火間距比地上儲罐幾乎減少一半，從而大大節(jié)省了征地費用，也為在人口稠密的市區(qū)內(nèi)建設(shè)汽車加氣站提供了更大的可能性。

(2)使用潛液泵加氣，升壓速度快，且能有效防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

(3)降低了消防、噴淋系統(tǒng)的投資和運行費用。

主要缺點有：

(1)埋地儲罐的防腐、檢測程序復(fù)雜

檢測前，必須將罐外部所有工藝管道拆離，將罐池內(nèi)填砂清出。檢測后，要對儲罐重新進行防腐處理，恢復(fù)與之相連接的工藝管線、閥門等，增加了工時及費用。

(2)投資大

潛液泵屬再生渦輪式烴泵，由于防腐、潤滑、冷卻等技術(shù)要求，目前國內(nèi)尚不能生產(chǎn)質(zhì)量過硬的產(chǎn)品。選用進口產(chǎn)品，成本高，而且?guī)砹司S修、備件更換等一系列問題。

另外，由于潛液泵必須安裝在儲罐內(nèi)專用的套筒內(nèi)，泵吸入口處的閥門，要有單獨的操縱裝置設(shè)置在地面上。套筒、操縱裝置的材質(zhì)、加工工藝的特殊要求，都帶來了成本的增加。泵維修時，也存在要拆除與之相連的工藝管道、閥門的問題。

4地上罐地面泵方案

這是一種普通的加氣站形式，與一般罐站類似。儲罐的防腐檢測程序和方法相對于埋地罐簡單；對泵的抗氣蝕能力要求不高，無須采用進口特殊烴泵。但其最大缺點是占地面積大，對于寸土寸金的城市而言，這是不容忽視的問題。不過，隨著國內(nèi)汽車加氣工藝技術(shù)的日臻成熟，已有撬裝簡易加氣站來彌補這一不足。撬裝加氣站就是將儲罐、加氣泵合建在一個整體的支架或底盤上，運輸、安裝都很簡單?？晒潭ㄔ诂F(xiàn)有加油站或大型儲氣站旁，以緩解加氣、占地等矛盾。

5結(jié)語

比較幾種方案，從工藝配置、成本、占地面積等方面考慮，我們認為地下罐—地面泵方案值得普遍推廣建設(shè)。

總之，隨著汽車加氣站技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，我國燃氣汽車加氣事業(yè)的建設(shè)步伐會更大。屆時，更多的環(huán)保汽車將在馬路上奔馳，人們的生活環(huán)境也將進一步