常见LPG汽车加气站工艺方案分析
常见LPG汽车加气站工艺方案分析
LNG由低温槽车运到气化站内，用槽车自带的增压器给槽车增压，利用压差将槽车内的LNG 压入站内低温储罐储存，储罐中的LNG再经自带增压系统压入空温式气化器，在气化器中LNG通过吸热发生相变成为气体，在气化器的加热段升高温度，夏季气体温度最高达到20℃，冬季不低于-10℃，然后经过滤、降压至0.4MPa、计量、加臭后进入管网系统送入各用气用户。放空气化器也采用空温式气化器，站区各类管道的放散天然气通过管道引至站内放散塔进行集中放散。
常见LPG汽车加气站工艺方案分析
l 引言
随着清洁能源的进一步开发和使用，加快发展和建设燃气汽车加气站，改善环境已成为燃气行业的焦点课题之一。国家和各大城市的市政府下了很大决心，要解决汽车排放尾气的质量问题，并在财力、物力、人力上加大了投入，也因此给国内燃气行业带来了新的机遇与挑战。
经过几年的摸索和实践，国内目前已建和在建的液化石油气汽车加气站，按布置形式可大致分为：地下罐—地面泵、地下罐—潜液泵和地上罐—地面泵3种。
几种方案中，最常出现的情况是泵的“气蚀”现象。所谓的“气蚀”，即当液化石油气的绝对压力下降到当时温度下的气化压力时，LPG便在该处开始气化，形成气泡。气泡形成的同时，周围的液体以高速填充空穴，发生互相撞击而形成“水击”，这种现象将造成泵内金属表面或
金属部件的蜂窝状点蚀破坏。产生“气蚀”的原因不外乎三种：泵的几何安装高度；安装地点
的大气压力；输送介质的气化温度。为避免这种现象的发生，泵的入口处必须具有超过输送温度下LPG气化压力的能量——必须气蚀余量NPSH(required net positive suction head)。对必须气蚀余量有影响的因素与泵的结构有关，即泵吸入室与叶轮进口的几何形状和流速。从上面的描述中可以看出：无论何种形式的泵都可能发生“气蚀”，只是我们如何能降低它的发生几率。
2 地下罐地面泵方案
其原理是：采用LPG压缩机(或泵)将液化石油气从槽车卸至埋地储罐内，通过固定在储罐附近地面上的加气泵，将LPG输送至汽车加气机，经计量加入汽车储瓶内。
近两年，在总结以前地下罐——潜液泵方案经验的基础上，借鉴国外同行的做法，国内用户逐步采用了这种工艺方案。鉴于这种布置形式，为满足加气要求，应选择中等流量、高压差、运行无脉动、抗气蚀能力强的加气泵，即多级离心泵或环流涡轮泵，相对其它种类的泵更能适合这种方案。
多级侧腔离心泵，通过其离心机与侧腔结构融为一体的设计，使得它适合高压差、低NPSH(必须气蚀余量)的介质输送。即使液体中含有超过50％的气体存在，也能同样保证运行平稳、低噪音。其多级侧腔结构可提供自动引动能力；泵入口处有一段空间，可以对高速进入泵内的液体起到缓冲的作用，有效降低液体流动的速度；液体以轴向方向进入泵内，又将泵的推进器设计在引入口处；这些都可以减少气蚀发生的几率，对具有苛刻的入口条件的液体加压尤其适合。泵启动时，吸入口的空气会通过排放管线排出，不会造成背压。这种泵对安装位置并无特殊要求，可设置在室外或专用泵室内。但其结构复杂，级数越多，叶轮数量越多，各级间的密封面也越多。由于叶轮多，不但价格昂贵，机械磨损严重，也为维修带来了不便。
针对上述问题，国内目前广泛采用了一种专用于汽车加气的地面加气泵。这种加气泵结构简单，外型小巧，采用单片叶轮设计，密封面少。某些厂家更是将此叶轮设计成悬浮式的结构，
即叶轮自由悬浮于主轴之上，不与任何金属面相接触。这不但减少了金属间的磨擦机会，延长了使用寿命，而且，拆装都很方便快捷，价格也只有相同规格多级离心泵的一半。但美中不足，这种泵如果在安装时要求不严格，很容易产生气蚀，运行噪音大。由于其对液体产生的旋转和挤压是缓慢形成的，泵内空间有限，启动时，从地下罐吸入的液体中含有气体存在——气液混合物，所以在泵内容易形成气塞，造成气蚀，甚至断流，阻碍了液体正常加压，造成泵内金属部件损坏。由于液体的脉动，运行噪音也加大。为避免上述现象发生，要求泵在安装上要做出必要调整，以期达到：减少进入泵内液体中气体的含量；降低压差，尽量使泵吸入的气体返回储罐气相空间；为达到这两个目的，我们建议对泵的安装采取如下措施：
(1)允许的情况下，将储罐尽量浅埋，且将泵固定在储罐附近，借以缩短泵入口至储罐出液口之间的管道总长，减少液体的沿程阻力损失。
(2)泵入口的水平管段沿液体流动方向有一向上的坡度，有利于管内气体排出。
(3)为减少局部阻力损失，在泵的入口管道上应尽量减少阀门、管件等的设置。
(4)吸液口一定在液面以下，建议在吸液口处不设底阀或止回阀，吸入管道与泵入口处同径，且只设置两个同径球阀。
(5)储罐出液管上取消过滤器设置。因为液体是自下而上被抽吸出来，带入泵内的杂质有限，而且过滤器的阻力损失大。可通过在储罐上设置单独的排污管排污。
(6)为保证事故工况下及时切断液化石油气的供给，可将气动(或油动)紧急切断阀设置在泵的出口管道上。
(7)在泵的出口管道上设置配套的旁通回流阀，保证泵内吸入的气体回流至储罐的气相空间。旁通管路上可设带有扬程调节功能的过流阀。
从对液体的加压形式上看，两种泵均属叶片泵，即依靠泵体内叶轮旋转产生离心力作用，将液体吸入或压出。只是两种泵的结构和叶轮形式不同。表1是扬程为0．7MPa下，满足4支
加气枪流量时，两种泵的性能比较。
地下罐—地面泵形式的汽车加气站，目前在国内很多城市中已有建设并投入使用。相对于地下罐—潜液泵或地上罐—地面泵方案，占地面积小、一次投入成本低，是经济实用的方案之一。
表 1
项目多级侧腔离心泵环流旋涡泵
1、性能扬程高，压差大，抗气蚀能力强泵内空间小、易形成气塞
2、结构与
维修结构复杂、体积大、易形成机械
磨损、维修困难
结构简单、体积轻巧、可快速拆换叶
轮，使用寿命较长
3、价格昂贵为相同流量、扬程下离心泵价格的一
半
4、安装对安装条件无特殊要求对安装条件有严格的要求
5、密封形
式
多采用机械式密封机械式密封
6、效率65%～80% 40%～50%
3 地下罐潜液泵方案
这是国内早期建设加气站中最常采用的一种形式，北京、上海、济南等大中城市的很多加气站，都是选用地下储罐、进口潜液泵来进行汽车加气的。有关这方面的论述文章已有很多，这里不再赘述，仅就其与地下罐—地面泵和地上罐—地面泵之间比较的优缺点做一介绍。
优点：
(1)节省占地面积
根据《城市燃气设计规范》GB50028-93中表6．3．7：“液化石油气供应基地的储罐与站外建、构筑物的防火间距”，和《汽车用燃气加气站技术规范》CJJ84-2000中表5．2．6“液化石油气储罐与站内设施的防火间距”的要求，地下储罐与站内外设施的防火间距比地上储罐几乎减少一半，从而大大节省了征地费用，也为在人口稠密的市区内建设汽车加气站提供了更大的可能性。
(2)使用潜液泵加气，升压速度快，且能有效防止气蚀现象的发生。
(3)降低了消防、喷淋系统的投资和运行费用。
主要缺点有：
(1)埋地储罐的防腐、检测程序复杂
检测前，必须将罐外部所有工艺管道拆离，将罐池内填砂清出。检测后，要对储罐重新进行防腐处理，恢复与之相连接的工艺管线、阀门等，增加了工时及费用。
(2)投资大
潜液泵属再生涡轮式烃泵，由于防腐、润滑、冷却等技术要求，目前国内尚不能生产质量过硬的产品。选用进口产品，成本高，而且带来了维修、备件更换等一系列问题。
另外，由于潜液泵必须安装在储罐内专用的套筒内，泵吸入口处的阀门，要有单独的操纵装置设置在地面上。套筒、操纵装置的材质、加工工艺的特殊要求，都带来了成本的增加。泵维修时，也存在要拆除与之相连的工艺管道、阀门的问题。
4 地上罐地面泵方案
这是一种普通的加气站形式，与一般罐站类似。储罐的防腐检测程序和方法相对于埋地罐简单；对泵的抗气蚀能力要求不高，无须采用进口特殊烃泵。但其最大缺点是占地面积大，对于寸土寸金的城市而言，这是不容忽视的问题。不过，随着国内汽车加气工艺技术的日臻成熟，
已有撬装简易加气站来弥补这一不足。撬装加气站就是将储罐、加气泵合建在一个整体的支架或底盘上，运输、安装都很简单。可固定在现有加油站或大型储气站旁，以缓解加气、占地等矛盾。
5 结语
比较几种方案，从工艺配置、成本、占地面积等方面考虑，我们认为地下罐—地面泵方案值得普遍推广建设。
总之，随着汽车加气站技术的不断发展和完善，我国燃气汽车加气事业的建设步伐会更大。届时，更多的环保汽车将在马路上奔驰，人们的生活环境也将进一步得到改善，让我们期待这一目标的实现。
参考文献
1 GB50028—93 城镇燃气设计规范[S]
2 CJJ84—2000 汽车用燃气加气站技术规范[S]
3 Australia Auto—gas Station Standard[S]
4 流体力学．中国建筑出版社