摘要：介紹區(qū)域供氣站的特點及應用方向，闡述幾種常規(guī)區(qū)域供氣站的工藝特點，提出并實踐LNG槽車與杜瓦瓶組聯(lián)合運行技術。對運行過程中金屬軟管吹掃、存液估算、兩種模式切換、過磅等工作中獲得的經(jīng)驗進行了總結。

關鍵詞：區(qū)域供氣站；槽車；杜瓦瓶組；聯(lián)合運行

1 前言

隨著我國能源結構調整進程的加快，天然氣市場吸引了國內(nèi)外各種投資主體爭先恐后的涌入。現(xiàn)有大型燃氣企業(yè)以及民營資本也著力擴大生產(chǎn)規(guī)模，擴大經(jīng)營領域和范圍，以面對新進競爭對手。近幾年，城市燃氣經(jīng)營權的競爭迅速從一、二線大中城市蔓延至三、四線中小城市及中心鄉(xiāng)鎮(zhèn)和縣級經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。然而，由于高壓輸氣支線和門站建設投資巨大、建設周期長，因此，在一定時期內(nèi)，投資規(guī)模小、占地面積小、建設周期短的區(qū)域供氣站和點對點供氣站已成為率先占領市場的主要方式。本文從浙江幾個縣域城市區(qū)域供氣站入手，分析了幾種常規(guī)區(qū)域供氣站的特點及應用方向，探索并實踐了槽車與杜瓦瓶組聯(lián)合運營技術，該工藝設計合理，運行安全可靠，是一種比較新型的LNG場站工藝系統(tǒng)，特別適用于應急保障供氣需求，該系統(tǒng)已經(jīng)在杭州周邊地區(qū)成功實踐，為燃氣企業(yè)在區(qū)域供氣站的建設探索出了新的思路。

2 區(qū)域供氣站的特點和應用方向

2.1 區(qū)域供氣站的特點

區(qū)域供氣站具有占地面積小、建設周期短、操作簡單、技術成熟等特點，基本可以實現(xiàn)當年建設當年通氣，因此在天然氣輸氣管網(wǎng)暫未敷設的地區(qū)，建設區(qū)域供氣站作為臨時供氣或者過渡氣源是一種非常理想的選擇。通常情況下，如果土地指標到位，建設一個供氣負荷為500m3/h的區(qū)域供氣站，總投資在1000萬元以內(nèi)，最快建設周期僅3個月（含設備采購），場站占地面積一般不超過600平方米。

2.2 區(qū)域供氣站的應用方向

在我國，能源消費結構中天然氣的占比僅為4%，很多地區(qū)仍未通上管輸天然氣，由于受到地理位置或經(jīng)濟條件的限制，在這些區(qū)域大面積敷設燃氣管道的成本很高，投資回報周期會很長。以浙江省建德市為例，該市為典型的丘陵地貌，東西狹長，全市圍繞G25高速公路形成三個相對集中的區(qū)塊，如果敷設一條66.7公里連通整個區(qū)域的DN400中壓干管，僅工程建設費用就高達2.98億元，建設周期長達3年[1]。顯然，在短期內(nèi)，這三個區(qū)塊各建一座區(qū)域供氣站是最快速的市場進入方式。

從發(fā)展、投資與效益角度考慮，區(qū)域供氣站主要有四個應用方向：一是經(jīng)濟欠發(fā)達的中小城市或距離大城市較遠的中心鄉(xiāng)鎮(zhèn)；二是受城市產(chǎn)業(yè)結構調整而外遷的高污染高能耗工業(yè)園區(qū)或單個能耗較大、具有油改氣潛力、經(jīng)濟效益較好的工業(yè)企業(yè)；三是位于山區(qū)或遠離城市的風景旅游度假區(qū)；四是作為城市管網(wǎng)的調峰與應急保障。

3 常規(guī)區(qū)域供氣站工藝系統(tǒng)比較

3.1 CNG儲配站

CNG輸配站場站工藝系統(tǒng)由CNG氣瓶車、卸氣柱、減壓計量加臭裝置、換熱裝置等組成，其工藝流程如下圖1。

圖1 CNG儲配站工藝流程

壓縮天然氣氣瓶車進入儲配站后，首先通過卸氣柱上的高壓軟管將CNG氣瓶車與卸氣柱連接，在減壓調壓裝置內(nèi)天然氣經(jīng)換熱器加熱，通過二級或三級調壓，然后經(jīng)計量、加臭后進入市政中壓管網(wǎng)。熱水循環(huán)系統(tǒng)通常由熱水鍋爐、循環(huán)水泵、供水回水管路組成，功能是加熱天然氣，防止壓縮天然氣在減壓過程中溫度的急劇下降[2]。

優(yōu)點：技術成熟度較高，工藝較為簡單，天然氣沒有相變，運行可靠。

缺點：高壓管道較多，管理和維護比較困難，安全風險高。CNG儲配站的規(guī)模普遍較小，供氣及調峰能力不強。另外，如果儲配站周圍200公里內(nèi)沒有CNG母站，則CNG氣瓶車運行調度會比較困難。

3.2 LNG瓶組站

LNG瓶組氣化站工藝系統(tǒng)由LNG杜瓦瓶組、氣化器、調壓計量、安全放散等組成，其工藝流程如下圖2。

圖2 瓶組氣化站工藝流程圖

在站區(qū)將LNG鋼瓶通過金屬軟管與站區(qū)氣、液相管道相連，利用鋼瓶內(nèi)的壓力使LNG進入到空溫式氣化器，在氣化器中液態(tài)天然氣氣化并加熱，轉化為氣態(tài)的天然氣，經(jīng)過調壓、計量、加臭后進入站后燃氣主管道[3]。在LNG瓶組氣化站內(nèi)一般設置運行和備用兩組鋼瓶，且數(shù)量相同，當使用側的LNG鋼瓶的液位下降到10%以下時，切換到備用瓶組，用完的空鋼瓶及時充裝備用。

優(yōu)點：LNG瓶組站具有集成度高，工藝簡單，技術成熟，安裝操作簡便，占有場地小，建設周期短，投資省的特點，特別適合建成無人值守站[4]。

缺點：供氣規(guī)模小，不適合調峰用。另外，由于鋼瓶本體液位計非常容易損壞，估算鋼瓶內(nèi)存量比較難，換瓶時機不容易掌握。實際運行中，還容易出現(xiàn)連接金屬軟管接頭密封泄漏等故障。

3.3 LNG氣化站

LNG氣化站工藝系統(tǒng)由LNG槽車、LNG槽罐、空溫式氣化器、水浴式復熱器、調壓計量、安全放散等組成，其工藝流程如下圖3。

圖3 LNG氣化站工藝流程圖

在站區(qū)內(nèi)將LNG槽車與站內(nèi)槽罐氣、液相管道相連，用卸車增壓器將槽車內(nèi)壓力增高，然后利用槽車與儲罐間的壓差將LNG導入儲罐內(nèi)。對外供氣時，儲罐內(nèi)LNG出液進入到空溫式氣化器，在氣化器中液態(tài)天然氣氣化并加熱，轉化為氣態(tài)的天然氣，經(jīng)過調壓、計量、加臭后進入站后燃氣主管網(wǎng)。

優(yōu)點：儲氣規(guī)模可以做得很大，一般LNG氣化站做成150m3雙真空粉末罐形式，儲氣量達16.2萬立方米。供氣能力和調峰、應急保障能力強。

缺點：場地規(guī)模較大，工藝復雜，投資高，安全運行風險較高。對場站管理人員和操作人員的技術要求高。

另外，還有一種比較少見的非常規(guī)LNG氣化站，即槽車直供站。該氣化站直接將LNG槽罐作為儲罐，槽車通過卸車增壓器維持罐內(nèi)壓力，槽車氣、液相管直接與站內(nèi)氣、液相管連接，利用槽車內(nèi)壓力將出液進入到空溫式氣化器，在氣化器中液態(tài)天然氣氣化并加熱，轉化為氣態(tài)的天然氣。

4 槽車、杜瓦瓶組聯(lián)合供氣技術

4.1 工藝系統(tǒng)及工作原理

槽車、杜瓦瓶聯(lián)合供氣站工藝系統(tǒng)由LNG槽車、杜瓦瓶組、氣化器、調壓計量、安全放散系統(tǒng)、BOG系統(tǒng)等組成，其工藝流程如下圖4。

圖4 槽車、杜瓦瓶聯(lián)合運行氣化站工藝流程圖

槽車、杜瓦瓶聯(lián)合供氣站是瓶組站技術和槽車直供技術的結合，LNG槽車氣、液相管與杜瓦瓶瓶組氣、液相管共同接在站內(nèi)氣、液相匯流管上。工藝設計上，匯流管起點預留LNG槽車法蘭接口和切斷閥門，利用杜瓦瓶自增壓功能，將杜瓦瓶氣相與瓶組撬氣相匯流管連接，將LNG槽車氣相管與瓶組撬氣相匯流管連接。通過氣相匯流管，使得杜瓦瓶氣相與槽車氣相連通，在槽車罐內(nèi)壓力較低時，可開啟杜瓦瓶自增壓閥對槽車的增壓。其工藝連接示意圖如下圖5。

圖5 槽車、杜瓦瓶聯(lián)合運行工藝連接示意圖

正常運行時，槽車內(nèi)壓力一般控制在0.4—0.6MPa，出站管網(wǎng)運行壓力為0.25—0.3MPa，整個供氣周期，槽車與出站管的壓差基本可維持在0.2—0.3MPa，這個壓差可確保槽車正常卸液。LNG通過匯流管并經(jīng)空溫式氣化器加熱后將-160℃左右的液態(tài)天然氣變成5℃左右的氣態(tài)天然氣，再經(jīng)過調壓、計量及加臭等一系列工藝流程后輸入?yún)^(qū)域供氣管網(wǎng)，實際工藝設備連接情況如下圖6。

圖6 槽車、杜瓦瓶聯(lián)合運行氣化站實景圖

4.2聯(lián)合站的特點

①供氣負荷大。標準的LNG槽車幾何容積為52m3,實際充裝率在90%左右，完全氣化后可對外供氣27000—28000m3，與杜瓦瓶聯(lián)合運行后，供氣能力提高到30000m3。聯(lián)合站供氣能力是普通瓶組站的13倍左右，較強的供氣能力使得LNG聯(lián)合運行站可以發(fā)展較多的用戶。

②應急保障功能強。槽車、杜瓦瓶聯(lián)合運營站可實現(xiàn)互為備用供氣。正常情況下，小流量時采用瓶組供氣、大流量時采用槽車供氣。應急情況下，槽車和杜瓦瓶組兩種供氣方式可快速切換。

③換車/換瓶不影響正常供氣。單純槽車直供站和瓶組站對換槽車及換瓶組的時間控制要求很高。太早，存液還未用完，新槽車需要等待，相應地就要增加運營成本。太晚，存液已用完，新槽車還未到，場站面臨停氣危險。而槽車、杜瓦瓶聯(lián)合運行方式，由于具有相互備用功能，因此換車或換瓶的時機比較容易掌握，切換時也不會影響對外供氣。

④供氣模式靈活。在發(fā)展初期，供氣量較少的情況下，可以單獨采用杜瓦瓶組供氣。當瓶組供氣能力不足時，可直接接上LNG槽車供氣而不用對工藝系統(tǒng)作任何變動。

4.3 運行參數(shù)設定

對于槽車、杜瓦瓶聯(lián)合運行方式，運行參數(shù)的設定非常重要。根據(jù)LNG工藝設備參數(shù)和實際運行經(jīng)驗，一個設計流量為500m3/h的氣化站，運行參數(shù)可按照下表1設定。

表1 500m3/h氣化站工藝參數(shù)設定表

5 運行過程中的操作要點

5.1 槽車換車時機

LNG槽車換車時機是場站運行的核心技術之一，換車時機的好壞取決對槽車存液的精準估算。一般來說，從“叫車”開始到槽車抵達場站需要1-2天時間，因此槽車換車時機主要是對提前量的掌握，通常判斷槽車需要更換的方法有以下幾種：

①液位表觀察法。即觀察槽車自帶的液位表，當液位接近于零的時候，表示槽車存液基本用完。但實際運行中，該液位表往往是不準的，一般液位計顯示在30mm水柱以下時，表示存液基本用完。液位表只能作為參照，不能作為判斷存液用完的定性指標。

②壓力觀察法。即觀察槽車運行壓力，LNG槽車在不超過額定供氣流量的情況下，槽車內(nèi)的壓力是非常穩(wěn)定的，一般壓力波動值在±0.02MPa，而當槽車存液快用完時，壓力會非常明顯下降。根據(jù)這一特征，就可以比較準確的得到換車時機。

③存液估算法。根據(jù)每車氣的氣質報告和凈重，估算出該車氣的總儲氣量（等于凈重乘以氣化率），然后統(tǒng)計每天的外供氣量，通過比較總儲氣量、外供氣量和日平均供氣量三個參數(shù)，可以比較準確地估算出槽車存液量多少和存液可供應時間。

實際運行中，以上三種方法往往是結合在一起使用，這樣就可以準確把握槽車換車時機了。

5.2 瓶組換瓶時機

瓶組換瓶時機相對比較簡單，因杜瓦瓶本身有1-3%的自蒸發(fā)率，因此換瓶時機選擇槽車換車前2-3天換瓶是最合適的，這樣可充分利用杜瓦瓶的應急保障功能，降低灌裝、運輸杜瓦瓶成本。

5.3 槽車卸液操作要點

①槽車過磅。正常裝液的LNG槽車滿裝總重一般在49噸左右，空車重量在29噸左右。LNG貿(mào)易結算的通常規(guī)則是，誤差低于1%按供應商發(fā)貨單結算，高1%按業(yè)主實際稱重結算。因此，對于燃氣公司來說，過磅是非常重要的。直供模式下，槽車罐體與車頭是要分離的，結算一車氣時，“滿罐”與“空罐”為同一罐體，過兩次磅，而滿車車頭與空車車頭并不是同一車頭，因此，過磅最精確的方法是只稱“罐體”不稱“車頭”。

②進站安全措施。主要有三項：一是槽車掛靜電接地；二是槽車車輪枕木固定；三是槽車排氣管放阻火器。

③卸液軟管吹掃。槽車卸液軟管有不銹鋼金屬軟管和不銹鋼真空軟管兩種，無論采用何種金屬軟管，在與槽車及匯流管法蘭連接前，必須進行吹掃。吹掃一般用氮氣，吹掃目的是防止管內(nèi)及管口法蘭處水汽聚集。另外，運行中的軟管拆卸時，表面往往有大量冰霜覆蓋，因此在化霜和拆法蘭盤螺栓時要特別小心，拆下的軟管兩頭用干燥的毛巾塞住，防止水汽進入，等要安裝時再拿掉毛巾。對于杜瓦瓶的連接軟管，因管徑小，管子短，直接用杜瓦瓶內(nèi)的天然氣順吹或匯流管上的天然氣反吹均可達到吹掃的目的。

5.4 杜瓦瓶增壓槽車壓力操作要點

杜瓦瓶自身帶有自增壓閥，該功能可為槽車氣相空間增壓。增壓時，槽車氣相管與參與增壓的杜瓦瓶氣相管通過氣相匯流連通，杜瓦瓶先通過自帶的增壓閥提高鋼瓶內(nèi)壓力，增壓閥參數(shù)可以事先設定，運行時，關閉BOG排放，打開杜瓦瓶的氣相閥，將鋼瓶內(nèi)BOG充入槽車氣相空間，充氣量的多少和充氣速率可以通過增減投入的杜瓦瓶數(shù)量來控制。杜瓦瓶增壓過程中要嚴密監(jiān)視槽車壓力，同時，在增壓過程中，杜瓦瓶不能對外供氣。

5.5 防“倒罐”操作要點

聯(lián)合運行模式中杜瓦瓶液相和槽車液相存在互相“倒罐”的可能。因此，無論何種工況，槽車與瓶組必須只有一種對外供氣方式，如果槽車與杜瓦瓶組運行模式要切換，必須遵循圖7的操作流程：

圖7 槽車操作關鍵步驟

5.6 BOG控制要點

BOG主要來自槽車自蒸發(fā)BOG和杜瓦瓶自蒸發(fā)。BOG產(chǎn)生的速率取決于罐體保溫性能和環(huán)境溫度。BOG的產(chǎn)生會引起槽罐和杜瓦瓶壓力升高，如不及時排放，超壓運行時，會導致安全閥起跳，嚴重時還會引起儲液設備破裂。連續(xù)對外供氣工況下，BOG產(chǎn)生的量會非常少，BOG不會造成儲液設備壓力升高。BOG控制的要點是在安全閥動作壓力前手動排放。排放方式有兩種：一種是通過BOG調壓回路進入出站管網(wǎng)，一種是直接排空。BOG是一種低溫氣體，直接排空會產(chǎn)生LNG浪費，操作危險性也較高，因此應優(yōu)先利用BOG調壓回路排入管網(wǎng)。

5.7 EAG控制要點

封閉管路LNG氣化會導致EAG的產(chǎn)生，這種情況非常危險。系統(tǒng)設計上LNG管路兩道截止閥之間安裝安全閥，可防止誤操作引起封閉段壓力劇增造成管道及相關設備、儀表損壞。聯(lián)合供氣站最容易發(fā)生EAG事故的部位是槽車與匯流管之間的金屬軟管，這個部位沒有安全閥，當兩側閥門關閉時，就會產(chǎn)生EAG將金屬軟管脹裂。因此，在金屬軟管外表未全部化霜情況下，軟管兩側不能同時密閉。

5.8 易損件管理

場站內(nèi)易損件主要是密封墊圈，由于LNG工藝系統(tǒng)的特點，在金屬軟管接頭、低溫閥門的密封元件四氟墊圈容易老化，多次使用后密封性能下降，需要經(jīng)常更換。易損件管理的原則是多備勤換、進出庫登記。

6 結論

LNG槽車、杜瓦瓶聯(lián)合運營模式兼具瓶組站和LNG氣化站的優(yōu)點，具有供氣能力強，供應方式靈活，投資規(guī)模適中、運行安全可靠的特點，特別適用于應急保障供氣要求較高、但短期內(nèi)無法連通長輸管道氣的地區(qū)，是一種比較新穎和實用的氣化站工藝設計和運行模式。

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作者簡介：

高立鴻（1978—），男，浙江杭州人，工程師，大學本科，從事城市燃氣管理與技術工作

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