摘要：介紹區域供氣站的特點及應用方向，闡述幾種常規區域供氣站的工藝特點，提出并實踐LNG槽車與杜瓦瓶組聯合運行技術。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驗進行了總結。

關鍵詞：區域供氣站；槽車；杜瓦瓶組；聯合運行

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外各種投資主體爭先恐后的涌入。現有大型燃氣企業以及民營資本也著力擴大生產規模，擴大經營領域和范圍，以面對新進競爭對手。近幾年，城市燃氣經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鎮和縣級經濟開發區。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，投資規模小、占地面積小、建設周期短的區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域供氣站入手，分析了幾種常規區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，特別適用于應急保障供氣需求，該系統已經在杭州周邊地區成功實踐，為燃氣企業在區域供氣站的建設探索出了新的思路。

2 區域供氣站的特點和應用方向

2.1 區域供氣站的特點

區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，基本可以實現當年建設當年通氣，因此在天然氣輸氣管網暫未敷設的地區，建設區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的區域供氣站，總投資在1000萬元以內，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%，很多地區仍未通上管輸天然氣，由于受到地理位置或經濟條件的限制，在這些區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塊，如果敷設一條66.7公里連通整個區域的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，這三個區塊各建一座區域供氣站是最快速的市場進入方式。

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

3 常規區域供氣站工藝系統比較

3.1 CNG儲配站

CNG輸配站場站工藝系統由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，在減壓調壓裝置內天然氣經換熱器加熱，通過二級或三級調壓，然后經計量、加臭后進入市政中壓管網。熱水循環系統通常由熱水鍋爐、循環水泵、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

在站區將LNG鋼瓶通過金屬軟管與站區氣、液相管道相連，利用鋼瓶內的壓力使LNG進入到空溫式氣化器，在氣化器中液態天然氣氣化并加熱，轉化為氣態的天然氣，經過調壓、計量、加臭后進入站后燃氣主管道[3]。在LNG瓶組氣化站內一般設置運行和備用兩組鋼瓶，且數量相同，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，估算鋼瓶內存量比較難，換瓶時機不容易掌握。實際運行中，還容易出現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

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

優點：儲氣規模可以做得很大，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壓力，槽車氣、液相管直接與站內氣、液相管連接，利用槽車內壓力將出液進入到空溫式氣化器，在氣化器中液態天然氣氣化并加熱，轉化為氣態的天然氣。

4 槽車、杜瓦瓶組聯合供氣技術

4.1 工藝系統及工作原理

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

圖4 槽車、杜瓦瓶聯合運行氣化站工藝流程圖

槽車、杜瓦瓶聯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、杜瓦瓶聯合運行工藝連接示意圖

正常運行時，槽車內壓力一般控制在0.4—0.6MPa，出站管網運行壓力為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通過匯流管并經空溫式氣化器加熱后將-160℃左右的液態天然氣變成5℃左右的氣態天然氣，再經過調壓、計量及加臭等一系列工藝流程后輸入區域供氣管網，實際工藝設備連接情況如下圖6。

圖6 槽車、杜瓦瓶聯合運行氣化站實景圖

4.2聯合站的特點

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，與杜瓦瓶聯合運行后，供氣能力提高到30000m3。聯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聯合運行站可以發展較多的用戶。

②應急保障功能強。槽車、杜瓦瓶聯合運營站可實現互為備用供氣。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作任何變動。

4.3 運行參數設定

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

表1 500m3/h氣化站工藝參數設定表

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，槽車內的壓力是非常穩定的，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，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貿易結算的通常規則是，誤差低于1%按供應商發貨單結算，高1%按業主實際稱重結算。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壓力，增壓閥參數可以事先設定，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量來控制。杜瓦瓶增壓過程中要嚴密監視槽車壓力，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BOG和杜瓦瓶自蒸發。BOG產生的速率取決于罐體保溫性能和環境溫度。BOG的產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。連續對外供氣工況下，BOG產生的量會非常少，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，一種是直接排空。BOG是一種低溫氣體，直接排空會產生LNG浪費，操作危險性也較高，因此應優先利用BOG調壓回路排入管網。

5.7 EAG控制要點

封閉管路LNG氣化會導致EAG的產生，這種情況非常危險。系統設計上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。聯合供氣站最容易發生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

場站內易損件主要是密封墊圈，由于LNG工藝系統的特點，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、杜瓦瓶聯合運營模式兼具瓶組站和LNG氣化站的優點，具有供氣能力強，供應方式靈活，投資規模適中、運行安全可靠的特點，特別適用于應急保障供氣要求較高、但短期內無法連通長輸管道氣的地區，是一種比較新穎和實用的氣化站工藝設計和運行模式。

參考文獻：

[1]李威信.建德市域天然氣管線路由方案.杭州市城鄉設計院有限公司，2013.

[2]管宏慶.城鎮壓縮天然氣儲配站的建設[J].煤氣與熱力，2007,27（9）：22-24.

[3]孫浩，王睿.LNG瓶組氣化站區域供氣方案[J].煤氣與熱力，2008,28（11）：B20-B26.

[4]王海，楊曉嶸，魏敦崧.南疆三地州鄉鎮氣化方式的研究與實施[J].煤氣與熱力，2013,33(1)：A27-A31.

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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