摘　要：結合成都城市燃氣的應急供氣方案，介紹采用LNG車載供應的方式對重點客戶進行應急保障的工藝流程和設備配置，通過實踐進行了驗證，效果良好。

關鍵詞：應急供氣 液化天然氣 帶車灌裝

Abstract：Combined with the city gas emergency supply scheme in Chengdu City，the process flow and equipment configuration for supplying gas to key customers with LNG equipment in stalled on vehicles in emergency are introduced．This gas supply method is verified through practice，and the effect is good．

Keywords：emergency gas supply；liquefied natural gas(LNG)；filling with vehicle

 

隨著西部大開發(fā)的不斷推進，成都舉辦大型的國際會議、論壇和展覽的頻率不斷增加，燃氣供應的可靠性需求也在悄然變化。成都市委市政府向成都城市燃氣有限責任公司(以下簡稱成都燃氣)鄭重交辦了2012年9月底開幕的西博會重點單位燃氣應急保障。成都燃氣作為組織者，聯(lián)合成都城市燃氣設計研究院有限公司(以下簡稱成燃設計院)，選擇了長期從事燃氣輸配設備成套制造的上海飛奧燃氣設備有限公司(以下簡稱上海飛奧)進行合作，成立課題組，共同研究開發(fā)成都市燃氣應急供應的方案和配套設備。

經(jīng)過研究，初步確定把50m³／h的流量作為應急方案供氣流量，把4h作為應急供氣的時間?？紤]運行的負荷安全系數(shù)，最終形成了小時額定流量為50m³／h，供氣時間為6～8h的設計需求。在供氣壓力方面，考慮該應急裝置應能夠根據(jù)要求輸出中壓0.2MPa或低壓3kPa天然氣，考慮下游存在早期的PE管道，要求出口溫度不低于5℃，并能夠實現(xiàn)與下游管道的快速連接。

在燃氣行業(yè)內(nèi)，非管輸供氣是各燃氣公司都曾接觸過的課題，國內(nèi)應用較多的是壓縮天然氣(CNG)的應急供氣，例如北京奧運會的天然氣應急保障就采用這種模式^[1]。對成都市來講，雖然成都有提供壓縮天然氣的天然氣加氣母站，但是這種方式在運輸上存在無法克服的矛盾，運輸設備的集裝箱貨車在成都市區(qū)很多狹窄道路上無法通行，且設備處于高壓運行狀態(tài)，多數(shù)重點客戶也無法提供應急供氣需要臨時占用的安全場所，有些客戶聽到20MPa的儲氣壓力就不同意在其場地內(nèi)使用。除了CNG外，另一種就是液化天然氣(LNG)方式。相比CNG，LNG在非管輸運行中有著獨特的優(yōu)勢。除了運行壓力低(最高運行壓力為0.8MPa)，最重要的一點是儲存比高，相同體積時，LNG儲存天然氣的量是CNG的3倍左右。

國內(nèi)也有一些單位實施過LNG應急供氣，其主要方式是兩種，一種是類似國外的燃氣公司的做法，采用LNG槽車進行運輸，槽車的體積一般為20～51m³，但對成都市這種方式顯然也會碰到與CNG一樣的道路運輸問題。同時每次運輸?shù)腖NG量遠多于需求量，造成的浪費也不言而喻。另一種是采用小型的低溫杜瓦瓶來供應^[2]，例如常見的l80L容積的杜瓦瓶。從成都市應急實際供氣量的要求來看，無疑是選擇后者。

這種方式的問題主要是需要對杜瓦瓶進行搬運和連接管路的拆裝。目前多數(shù)LNG加氣站無法直接給杜瓦瓶進行充裝，而180L杜瓦瓶空瓶質量為122kg，充裝后質量為185kg，兩個人徒手很難移動，搬運必須依靠升降設備，但在小型廂式車內(nèi)很難使用吊裝設施，搬運杜瓦瓶也很麻煩。同時裝有低溫LNG的杜瓦瓶搬運也存在風險，以前曾多次發(fā)生在裝卸操作中把杜瓦瓶摔裂的事故，對安全生產(chǎn)也造成影響。一旦杜瓦瓶破裂，除了排空稀釋處理也沒有更好的解決辦法。因此，課題組需解決杜瓦瓶LNG充裝和供氣的問題，盡量不要搬運儲氣容器，而是直接進行帶車充瓶。

成都市暫無LNG大型儲配站，目前獲取LNG的方式是市內(nèi)已經(jīng)建成的3個LNG加氣站，氣源通過槽車由外地運輸而來。通過課題組調(diào)研，確定了成都市3個LNG加氣站在用設備加液槍的接口型號和制造廠家，并選擇最適合本LNG應急供氣項目的配套設備。

上海飛奧LNG產(chǎn)品部對杜瓦瓶的利用進行過長期深入的研究，對國內(nèi)常用的流程^[3]進行了創(chuàng)新，創(chuàng)新的工藝流程申請了國家專利^[4-5]。該工藝專利實現(xiàn)了LNG正常供液，無需人員頻繁地手動增壓，降低了人員的現(xiàn)場工作量。同時確保產(chǎn)生的BOG能夠順利排向下游。根據(jù)成都燃氣的具體要求，上海飛奧在專利LNG供氣方案的基礎上進行修改，設計了應急供氣橇車的工藝流程，見圖1。

 

設備分別安裝在兩輛車上。一輛為LNG儲存車(成都燃氣租賃，有危險品運輸證)，安裝有4個并聯(lián)的LNG杜瓦瓶。另一輛為LNG氣化調(diào)壓車(五十鈴應急搶修車)，安裝有空溫式氣化器、電加熱器和調(diào)壓設備。兩車之間采用保冷不銹鋼管加不銹鋼波紋管進行連接。氣化調(diào)壓車上的出口通過加長的不銹鋼波紋管和快裝接頭與下游用戶連接，提供壓力穩(wěn)定的流量不小于50m³／h的天然氣。

具體流程如下：

儲存車上4個杜瓦瓶固定在車上，不做搬運移動，液相和氣相匯管上分別裝有車用快裝接頭，液相為加液口，氣相為回氣口，通過連接加氣站上的加液槍和回氣槍，可以實現(xiàn)在加氣站內(nèi)帶車充瓶。

主流程：LNG液體(圖中紅色線)自杜瓦瓶通過不銹鋼波紋管、低溫長軸截止閥進入液相匯管，液相匯管上裝有帶冷凝彎的壓力表和低溫安全閥，其中安全閥并聯(lián)裝有手動放散的低溫短軸截止閥。通過對液相管道上的調(diào)節(jié)閥l進行設定，出口壓力低于p1時開啟，對外輸出低溫LNG液體，進入空溫式氣化器氣化。出口(電加熱器后)天然氣管道(圖中藍色線)上設置溫度計，當天然氣溫度低于5℃時，切換至旁通的水浴式電加熱器補熱，確保天然氣溫度在5℃以上?？諟厥綒饣髑霸O置低溫緊急切斷電磁閥，可與天然氣溫度進行低溫連鎖，如低于5℃時間超過5min，電磁閥自動切斷。電加熱器前后均設置并聯(lián)的安全閥和手動放空閥，避免加熱時產(chǎn)生超壓。天然氣依次進入兩級調(diào)壓器，一級調(diào)壓器出口設定中壓0.2MPa，二級調(diào)壓器出口設定低壓3kPa，可根據(jù)需求切換閥門選擇出口壓力。同時二級調(diào)壓旁通路上的手動調(diào)節(jié)閥可根據(jù)下游要求調(diào)節(jié)，快速改變中壓輸出值。每級調(diào)壓器均自帶內(nèi)裝緊急切斷閥，壓力超出設定值能自動切斷，配置壓力表和測試閥有利于觀察和調(diào)試。設備出口設置微流量安全閥(呼吸閥)，解決密閉空間氣體長時間受熱壓力升高問題，避免緊急切斷閥的頻繁動作，提高設備可靠性。

輔助流程：杜瓦瓶中的BOG氣體(圖中綠色線)通過不銹鋼波紋管、低溫長軸截止閥進入氣相匯管，氣相匯管上也裝有帶冷凝彎的壓力表和低溫安全閥。氣相管道上串聯(lián)調(diào)節(jié)閥2和單向閥，入口壓力低于p2時處于關閉狀態(tài)，設定p1<p2。當杜瓦瓶中的氣相壓力上升，通過液體傳遞，液相調(diào)節(jié)閥l出口壓力上升至p1時關閉，停止LNG供液。由于BOG增加，氣相壓力會繼續(xù)上升，氣相調(diào)節(jié)閥2入口壓力上升至p2時，調(diào)節(jié)閥2打開，將BOG氣體泄至液相管道中。卸壓后，氣相調(diào)節(jié)閥2入口壓力低于p2調(diào)節(jié)閥2關閉。如果下游用氣，液相壓力會降低，當液相調(diào)節(jié)閥l出口壓力低于p1時，調(diào)節(jié)閥l開啟，恢復LNG供液。氣相上的單向閥主要防止液相倒流至氣相管道中。

放散流程：系統(tǒng)設備故障超壓時，少量的低溫超壓LNG液體或氣體通過低溫安全閥或手動放散閥進入不銹鋼EAG管道(圖中湖藍色線)。因量小未設置專用的EAG加熱器，通過不銹鋼管道被環(huán)境空氣加熱至密度低于空氣后，與后端天然氣管道(圖中藍色線)上的安全放散集中匯總，經(jīng)過阻火器進入放散管高點放散(4m以上，車輛行駛時放散管收起)，未就地放散，確保放散現(xiàn)場安全。

流程的主要創(chuàng)新點在于杜瓦瓶中LNG產(chǎn)生的低溫BOG氣體．通過調(diào)節(jié)閥控制，最終進入液相管道中，也能被空溫式氣化器加熱后利用，未做常規(guī)的放空處理，減少了能源的浪費和溫室氣體對環(huán)境的破壞。同時取消了BOG加熱器，減少了設備的占地面積，降低了成橇的管路復雜度。該流程也確保了氣相保持一定的壓力值，為LNG供液提供驅動力，保證系統(tǒng)可靠供氣，減少了手動增壓的頻率。

①快速響應問題和日常儲存問題。為了應急時能夠快速響應，必須儲存一定量的LNG，但日常儲存LNG會產(chǎn)生BOG氣體排放，對環(huán)境產(chǎn)生影響。

②尺寸限制。受城市道路所限，成都燃氣用于應急供應車輛的尺寸固定，一期成都燃氣提供的應急搶修車車廂尺寸為：長×寬×高：長2.72m×寬1.84m×高l.76m，可利用的空間非常小。為提高設備適應環(huán)境的能力，必須在冬季也能夠正常投運，除常用空溫式氣化器外，必須考慮強制換熱，對設計中的空間利用提出更大的挑戰(zhàn)。

③車載運輸要求。必須有效解決減振和防松問題，并且能夠實現(xiàn)在成都LNG加液站進行順利充裝，不需要拆卸和搬運杜瓦瓶。與加液槍的連接和充灌杜瓦瓶在設計中需要重點考慮。

④供電方式要求。設備本身為應急保障而設，必須提高設備的適應性和安全性。現(xiàn)場無電源的情況下應保障設備的運行安全。

①成燃設計院對應設計了下游接收的接口，由成都燃氣對設備停放的清江調(diào)壓站進行改造，將BOG氣體自供氣口排至下游中壓管網(wǎng)。

②采用三維設計技術，反復優(yōu)化布置方式，使設備滿足車廂尺寸要求。上海飛奧按成都燃氣要求設計了三維圖，課題組審核通過后再進行制造，完全滿足了實際的要求。

③采用設備整體防振的方式，底盤支撐處加裝防振墊，非常有效。螺栓的防松從使用來看，加裝彈簧墊片已能解決該問題。

④考慮采用雙路供電的模式，一路由車上電瓶提供電源，保證控制系統(tǒng)的正常運行，另一路由供氣現(xiàn)場提供常規(guī)供電。即使現(xiàn)場供電出現(xiàn)故障，也能夠保證控制系統(tǒng)不間斷運行。

產(chǎn)品標準執(zhí)行上海飛奧企業(yè)標準Q／FcA l051《RLY系列液化天然氣應急供氣橇》，符合GB5002S—2006((城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》，參考歐洲標準EN l473《液化天然氣設備與安裝 陸上裝置》和美國標準NFPA-59A((液化天然氣生產(chǎn)、儲存和裝卸標準》。

車載移動氣化調(diào)壓橇見圖2，LNG低溫瓶組儲存橇見圖3。在LNG加氣站對LNG瓶組儲存車進行了LNG帶瓶充灌，見圖4。

 

 

 

該設備在成都燃氣清江站進行停放(見圖5)，日常產(chǎn)生的少量BOG自動排放至下游燃氣中壓管道，經(jīng)過試運完全符合LNG儲存的設計要求?，F(xiàn)場無BOG放空。

 

LNG應急供氣設備就位后，考慮到運載LNG的車輛為?；愤\輸車，行駛路線和行駛車速都有所限制，成都燃氣組織人員和運輸車輛，實地測試設備從車輛停放點至各應急供氣單位的運輸時間。從實測的數(shù)據(jù)來看，對多數(shù)地點從車輛停放點至供氣點的時間不超過40min(見表l)，考慮到現(xiàn)場連接的時間為20min，從接到客戶電話到應急供氣車輛行駛至現(xiàn)場開始供氣，可以確保在60min內(nèi)完成。

 

在設備制造的同時，成都燃氣也組織工程公司對需要保障的幾個重點客戶的燃氣管道加裝了應急接口，確保與橇車供氣口不銹鋼波紋管的快裝接頭快速連接。

在成都燃氣的組織下，充灌好的LNG應急設備運輸至成都市某辦公區(qū)進行試運行，一次投運成功，能夠滿足該用戶廚房全部炊事設備同時開啟工況的供氣，供氣壓力為3kPa，高峰流量超過60m³／h，供氣時間超過4h。設備完全滿足設計要求。

設備已在成都燃氣清江站安全運行超過了一年的時間。環(huán)境溫度實現(xiàn)了各季節(jié)全覆蓋，對應環(huán)境的變化，成都燃氣多次組織人員對該設備進行了全工況的測試，包括杜瓦瓶充裝試驗、空溫式氣化器額定負荷試驗、空溫式氣化器超負荷50％試驗、空溫式氣化器超負荷100％試驗、冬季整機過載l00％試驗。從試驗結果來看，即使在成都冬季環(huán)境溫度為2℃，電加熱器開啟的情況下，LNG應急供氣設備能保證供應出口溫度在10℃以E的天然氣l00m³／h，完全滿足應急供氣的需求。LNG應急設備無論是在2012年的西博會還是2013年的全球財富論壇，都發(fā)揮了重要保障作用，涉及的重要會場及重點酒店全部試運行合格，其機動性和可靠性在實踐中得到了良好的檢驗。圖6～7為實際投運現(xiàn)場。

 

 

設備整體性能良好，供氣能力最大可超設計負荷100％，達到l00m³／h。

 

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