何才寧 吳大良 張永輝

〔中國石化廣東石油分公司 廣東 廣州 510620〕

在液化天然氣加氣站運(yùn)營的進(jìn)銷存各環(huán)節(jié)中，大都涉及LNG的低溫特性，包括目前普遍存在的卸車慢、損耗和能耗大、安全環(huán)保風(fēng)險多等諸多問題。為此，本文基于LNG在卸液過程中需控制的溫度和壓力兩個參數(shù)在工藝各操作部位的實(shí)時變化，全面剖析了卸車損耗、時間、能耗等指標(biāo)，探討了最優(yōu)的卸車流程和方法，以期促進(jìn)卸車向更加標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、智能化的方向發(fā)展。

1 目前的共性問題

采用普通卸車方式難于將LNG卸干凈，卸車損耗大。不少加氣站卸車時只是簡單地啟動潛液泵或者汽化器自增壓卸車，沒有考慮槽車、儲罐、管線中的溫度、壓力等實(shí)時動態(tài)參數(shù)，存在卸車慢、槽車LNG余液多、損耗大等共性問題。平均每車卸車損耗約150 kg，損耗率在0.5%～1.0%之間。按年零售量60 000 t計算，卸車損耗450 t。折合人民幣約300萬元。

LNG卸不干凈將導(dǎo)致安全環(huán)保的巨大風(fēng)險。一般來說，LNG卸車作業(yè)完畢后仍有0.3～0.4MPa壓力的LNG殘留在槽車罐體內(nèi)，由此造成每次作業(yè)大約有50～200 kg的卸車損耗。由于氣庫一般要求槽罐車降壓到0.1MPa才允許進(jìn)庫裝LNG，因此司機(jī)通常將罐車內(nèi)余氣直接排放到空氣中。LNG排放出來造成的溫室效應(yīng)是CO2當(dāng)量的21倍，這樣既不安全，又不環(huán)保，還造成資源浪費(fèi)。

2 內(nèi)涵和主要做法

LNG在加氣站進(jìn)銷存中溫度一般宜保持在-155℃至-145℃，其低溫特性以及儲罐氣液并存的狀態(tài)決定了不同的卸車方式，操作流程將直接影響LNG槽車罐能否卸干凈、卸得快、節(jié)能、安全。這就需要基于卸車時候的實(shí)時參數(shù)和工藝，合理優(yōu)化、控制儲罐、槽車的接卸操作流程，最大限度地利用LNG儲罐與槽車罐LNG不同的壓力差、溫度差、液位差來提供卸車動力，減少冷損失和熱交換，并從設(shè)計-操作、從規(guī)范-效率、從安全-節(jié)能等諸方面全面優(yōu)化，選擇最優(yōu)的卸車模式。下面就從管道吹掃、平壓(壓力平衡)、增壓、卸車各個環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)降耗節(jié)能一體化。具體做法如下。

2.1 卸液前的準(zhǔn)備工作

2.1.1 卸液管道充分吹掃

加氣站卸液區(qū)卸液管線在日常管理中，雖然有盲板覆蓋，但是也難免會有水雜沙石等進(jìn)入卸液管道內(nèi)。如果有積水冬季還會出現(xiàn)冰塊、冰堵的現(xiàn)象，造成管道堵塞甚至造成設(shè)備損害，而在管道吹掃的過程中還會有對管線進(jìn)行預(yù)冷的作用。

具體操作如圖1所示：開啟儲罐上進(jìn)液閥門SV3、GV3、卸車閥GV5，卸車增壓閥SV8和卸車氣相閥SV7，以及進(jìn)口閥GV8全部打開，同時槽車的根部閥要全部處于關(guān)閉狀態(tài)，打開槽車的放空閥，利用加氣站內(nèi)儲罐的壓力將管線內(nèi)的雜質(zhì)和空氣吹掃干凈。然后緩慢微開槽車的液相閥，打開放散閥SV9，這樣從槽車放出少許LNG經(jīng)常溫管道汽化后可吹掃卸車液相管道，吹掃完成后關(guān)閉槽車液相閥。LNG卸液管道的吹掃流程詳見圖1所示。

圖1 卸液吹掃流程

需注意的是，個別槽車增壓液相無放空管，且要關(guān)閉液相閥門。因儲罐下部都是液體，槽車和加氣站儲罐的位置雖有高度差，但儲罐和槽車罐的壓力差更大，一般壓差達(dá)0.4 MPa，如不關(guān)閉加氣站儲罐液相閥門或液相閥門內(nèi)漏，在平壓的過程中就可出現(xiàn)液體跑到槽車的現(xiàn)象。

2.1.2 平壓方式及其選擇

一般來說，卸車前站內(nèi)儲罐壓力都比較高，基本在0.5 MPa以上，銷量小的加氣站則更高。槽車有安全閥裝置，安全閥起跳壓力基本在0.7 MPa以上，要讓LNG液體能夠正常流進(jìn)站內(nèi)儲罐，槽車罐內(nèi)的壓力要比儲罐高0.2 MPa左右。如果直接對槽車罐進(jìn)行增壓，就會出現(xiàn)安全閥起跳噴液的現(xiàn)象。為了安全起見，應(yīng)先將儲罐壓力降低，然后再對槽車罐進(jìn)行增壓，同時也能避免儲罐放空，造成不必要的損耗和大氣污染。

平壓也稱為加氣站儲罐和槽車罐的壓力平衡，平壓主要分為兩種：

(1)液相平壓。站內(nèi)儲罐氣體從槽車底部進(jìn)入槽車罐內(nèi)，可以使站內(nèi)儲罐壓力下降，槽車罐壓力不變，儲罐降壓明顯較快，但是對站內(nèi)儲罐液體的飽和度(溫度)有影響。

(2)氣相平壓。站內(nèi)儲罐氣體從槽車的頂部進(jìn)入槽車罐內(nèi)，可以使站內(nèi)儲罐壓力下降，槽車罐的壓力上升，而站內(nèi)儲罐壓力下降有限，但能在平壓的同時給槽車罐增壓，減少增壓時間。

兩種平壓將會出現(xiàn)不同效果，從槽車罐上部進(jìn)行氣相平壓時，槽車罐的上部都是氣體，站內(nèi)儲罐的氣體經(jīng)管線到達(dá)槽車罐上部空間后，槽車罐上方的氣體越來越多，所以壓力也越來越高；而當(dāng)儲罐的氣體從下部進(jìn)入槽車時，槽車下部都是液體，儲罐的氣體經(jīng)過槽車的低溫液體后，氣體就會變成液體，所以槽車罐壓力變化不大。需要注意的是底部平壓時儲罐內(nèi)的液體和槽車罐的氣體溫差較大，容易出現(xiàn)翻滾的現(xiàn)象，要注意控制流速。

如果無法使用底部液相平壓，頂部氣相平壓可以開啟站內(nèi)儲罐上進(jìn)液閥門，開啟出口閥，完成頂部氣相平壓;使用底部液相平壓，可以打開儲罐上進(jìn)液閥門，打開進(jìn)口閥，完成底部平壓。

由于每個站管線的設(shè)計不一樣，可以通過上面所述的原理來操作。具體如下：

(1)根據(jù)各站內(nèi)的(實(shí)際)壓力情況來判斷。一般來說，當(dāng)站內(nèi)儲罐壓力高于0.5 MPa時，可以先使用底部液相平壓，當(dāng)儲罐壓力降至0.4～0.5 MPa或者更低時再轉(zhuǎn)換成頂部氣相平壓。大多數(shù)站都比較適用這種方法；如加氣站內(nèi)銷量較小(3～7t/d)，應(yīng)盡量將站內(nèi)儲罐壓力降低，可直接用底部液相平壓。

(2)如站內(nèi)的銷量較大，平均每天銷量可以達(dá)到10 t/d以上，儲罐本身的壓力基本不超過0.4 MPa，液體的溫度基本保持在-135℃以下，可以直接使用頂部氣相平壓。多數(shù)站是先使用底部液相平壓，將儲罐壓力降至0.45～0.5 MPa后，再轉(zhuǎn)換成頂部氣相平壓。

如何判斷平壓的完成是實(shí)際操作中比較重要的問題，可從“一看、二聽”來判斷：

看壓力：查看站內(nèi)儲罐壓力和槽車罐壓力的情況，平壓完成后，儲罐壓力和槽車罐壓力基本是一致的。

聽聲音：注意聽管道的聲音，剛開始平壓的時候，因兩者的壓差較大，流速也會很大，聲音會比較大且刺耳，當(dāng)平壓完成后，聲音明顯會變緩變小。如果平壓時出現(xiàn)跑液現(xiàn)象，嚴(yán)禁同時關(guān)閉增壓軟管兩端閥門，否則增壓軟管內(nèi)液體汽化升壓后，由于增壓軟管沒有安全閥釋放超壓氣體會引起管道爆裂。

2.2 增壓和卸車

2.2.1 利用內(nèi)在壓差為槽車罐增壓

卸液前儲罐壓力一般都比槽車罐壓力高0.1～0.6 MPa，槽車液體流動緩慢或者無法流進(jìn)儲罐，這時需對槽車罐進(jìn)行增壓，利用提高的壓差加快槽車液體卸進(jìn)儲罐。增壓方式有自增壓和泵增壓兩種。自增壓是利用槽車卸液系統(tǒng)中的增壓汽化器增壓，泵增壓是利用加氣站中的潛液泵增壓。

2.2.2 增壓與方式流程及操作

(1)自增壓流程及操作。

自增壓流程：一般利用增壓液相管和增壓氣相管完成。槽車液體通過增壓液相管流至增壓汽化器，增壓完成汽化后，再通過增壓氣相管回流至槽車頂部，完成增壓。

自增壓操作：將槽車的增壓液相管和增壓氣相閥門打開，再將站內(nèi)的卸車液相管和卸車氣相閥門打開，槽車液體流經(jīng)汽化器，再回流至槽車頂部。

(2)泵增壓流程及操作。

泵增壓流程：泵增壓是指利用站內(nèi)潛液泵將槽車或者站內(nèi)儲罐的液體加壓后經(jīng)過增壓汽化器，增壓完成汽化后，通過增壓氣相管回流至槽車頂部，完成增壓。具體操作有兩種情形：

利用儲罐液體進(jìn)行泵增壓操作：利用站內(nèi)儲罐LNG，通過儲罐出液管后，再由潛液泵加壓抽送至增壓汽化器，再通過增壓氣相管回流到槽車頂部，完成增壓。增壓前，加氣站信息操作系統(tǒng)調(diào)至手動模式，潛液泵頻率調(diào)低(一般為50 Hz)，打開LNG出液閥，其他氣動閥門全部關(guān)閉，增壓液相閥關(guān)閉，將汽化器進(jìn)口閥手動擰開少許，注意聽氣體流動的聲音和觀察槽車壓力變化速度，如過快或者過慢可以利用卸車氣相手動閥進(jìn)行控制。此種槽車增壓方法適用于卸車后期槽車自身液體較少時。

利用槽車罐液體進(jìn)行泵增壓操作：利用卸車LNG，通過加氣站卸車進(jìn)液管后，再由潛液泵加壓抽送至增壓汽化器，再通過增壓氣相管回流到槽車頂部，完成增壓。增壓前，加氣站信息操作系統(tǒng)調(diào)至手動模式，潛液泵頻率調(diào)低(一般為50 Hz)，打開卸車液相手動閥，其他氣動閥門全部關(guān)閉，增壓液相閥關(guān)閉，將汽化器進(jìn)口閥手動擰開少許，注意聽氣體流動的聲音和觀察槽車壓力變化速度，如過快或者過慢可以利用卸車氣相手動閥進(jìn)行控制。此種槽車罐增壓方法適用自增壓困難時或需要快速增壓時。

需要注意的是，由于每個槽車安全閥的起跳壓力不同，要注意增壓后槽車壓力應(yīng)低于安全閥起跳壓力0.05 MPa，一般槽車安全閥起跳壓力為0.7～0.8MPa。即便如此，槽車壓力也不應(yīng)該超過0.7 MPa。如果在卸車時，槽車的安全閥出現(xiàn)了起跳，應(yīng)立即關(guān)閉增壓液相閥和增壓氣相閥，停止繼續(xù)對槽車的增壓，并且立即打開增壓液相管和增壓氣相管之間的放空閥，防止管道憋壓破裂。卸車液相閥不要關(guān)閉，液體快速流到儲罐內(nèi)的時候，槽車罐壓力也會快速下降，待降至安全閥自閉壓力時，安全閥自動關(guān)閉，停止噴液。

2.2.3 兩類增壓方式的特點(diǎn)

自增壓需要連接增壓液相管和增壓氣相管，操作簡單，壓力穩(wěn)定，在增壓時加液不受影響，但是增壓速度比較慢，從0.3 MPa增至0.6 MPa一般用時20～30 min(每個加氣站的效果不一致，時間會存在差距)，同時該方法會在汽化時吸收熱量，帶進(jìn)到儲罐中。但在卸車后期槽車液體較少,增壓效果不理想。加氣站都能使用此方法進(jìn)行增壓，也是普遍使用的增壓方法。

泵增壓可以不連接增壓液相管，利用站內(nèi)液體或者槽車液體進(jìn)行增壓，特點(diǎn)是增壓速度快，從0.3 MPa增至0.6 MPa一般只需用時5 min左右，而且加液不受影響。但是該方法用泵需消耗一定電量。同時操作比較復(fù)雜，操作人員的操作技能要求較高，同時站內(nèi)管線設(shè)計布置需要支持此方法，壓力波動受變頻器的頻率影響較大。如果站內(nèi)壓力較低，卸半車時應(yīng)使用此方法進(jìn)行增壓。

2.2.4 自增壓和潛液泵有機(jī)結(jié)合卸車

平壓后儲罐壓力普遍在0.45 MPa左右，一般來說槽車罐比儲罐高0.2 MPa時就可以卸車，即卸車時槽車罐壓力應(yīng)該增壓并保持在0.60～0.65 MPa，因此卸車時需要給槽車?yán)^續(xù)增壓或者提供動力。具體卸車模式如下：

(1)自增壓模式卸車(不啟動泵)。如圖2所示，在該卸車模式(非啟泵狀態(tài))，開啟閥門SV7、SV8、SV9，槽車液體可通過卸車液相管，經(jīng)過潛液泵，再通過卸車閥GV5、GV3、SV3經(jīng)上進(jìn)液口卸進(jìn)儲罐內(nèi)。這種方法比較慢，只能完全通過壓差進(jìn)行卸車，卸車效率不高，加液不受影響，無公交車加液時，不用啟動潛液泵，節(jié)約電能。

圖2 自增壓模式卸車

(2)啟泵增壓模式卸車。如圖3所示，將加氣站信息操作程序調(diào)整為啟泵卸車狀態(tài)，LNG出液閥門GV2和加液閥GV6關(guān)閉，卸車閥GV5打開,加氣站信息操作系統(tǒng)進(jìn)入卸車狀態(tài)，閥門SV9、GV9開啟，LNG從儲罐的上進(jìn)液或下進(jìn)液(可根據(jù)站內(nèi)實(shí)際情況選擇)卸進(jìn)儲罐內(nèi)。為了加快卸液速度，需要一直啟動潛液泵，消耗部分電能，但卸車時加液不受影響,加液閥GV6在加液時會自動打開，卸車閥在加液時自動關(guān)閉)槽車液體可直接加注到用戶車輛。

圖3 啟泵增壓卸車(上下進(jìn)液可以自由切換)

(3)自增壓和潛液泵結(jié)合卸車。如圖4所示，當(dāng)潛液泵啟動之后，液體通過泵后管道卸入儲罐，同時，汽化器進(jìn)口閥GV8打開少許讓很小一部分的液體經(jīng)過，完成對槽車罐增壓。如果開啟位置過大，汽化效果不好，還會有加溫液體返回槽車罐，所以增壓閥門開啟的大小很關(guān)鍵，要控制適度，這樣卸液速度會明顯加快。啟泵增壓卸車(結(jié)合增壓)見圖4所示。

圖4 啟泵增壓卸車(結(jié)合增壓)

(4)卸車方法的選擇。自增壓和潛液泵結(jié)合卸車是目前較優(yōu)的操作方式，既使用了潛液泵的動力，還充分利用了儲罐和槽車之間壓力和溫度差異產(chǎn)生的內(nèi)在能量平衡，縮短了卸車時間(表1)，相對減少了熱交換和冷損失，降低了卸車損耗。尤其是在加氣站加液高峰期時，不建議采用自增壓卸車，主要采用自增壓和潛液泵相結(jié)合(或泵)卸車模式，此時不僅卸液速度快，同時也能給公交車加液，而且加液速度快，這就是人們通常所說的邊卸邊發(fā)加液流程。

表1 自增壓卸車和泵卸車時間差異表

(5)LNG進(jìn)罐方式選擇。通常LNG進(jìn)入儲罐有兩種方式，包括上進(jìn)液、下進(jìn)液。①上進(jìn)液：槽車罐液體從站內(nèi)儲罐的上部進(jìn)入，對儲罐進(jìn)行噴淋，儲罐氣體越來越少，儲罐壓力會越來越低，槽車和儲罐的壓差越來越大，卸車速度會越來越快，所以，在開始卸車的時候應(yīng)使用上進(jìn)液卸車。如果卸車前站內(nèi)壓力高于0.3 MPa，也應(yīng)使用上進(jìn)液卸車。②下進(jìn)液：槽車罐液體從儲罐底部進(jìn)入，隨著儲罐液體越來越多，會將一部分氣體變成液體，但是效果不明顯，降壓速度也比較慢。如果站內(nèi)儲罐壓力低于0.2 MPa，應(yīng)使用下進(jìn)液進(jìn)行卸車，另外在來液溫度較高時也應(yīng)使用下進(jìn)液卸車，避免儲罐壓力快速上升。

一般卸車都是先使用上進(jìn)液卸車，待儲罐壓力降至最低值或者儲罐壓力開始出現(xiàn)上升時可以轉(zhuǎn)換成下進(jìn)液卸車，這樣更加平穩(wěn)、安全和快捷，而且有利于防止不同LNG氣源的密度、溫度差異造成儲液分層現(xiàn)象發(fā)生。

2.2.5 最大限度抽盡底液

LNG槽車能否最大限度抽盡罐中底液，直接影響到損耗大小，是進(jìn)貨卸車損耗管理的主要節(jié)點(diǎn)，具體掃底操作流程如下：

(1) 卸車時槽車罐壓力為0.65 MPa，儲罐壓力為0.45 MPa，一般來說，泵卸車的速度是每小時13～14 t，如果按照來液是20 t算，1 h后槽車罐壓力應(yīng)該為0.5～0.55 MPa，剩余量為6 t左右，槽車罐液位應(yīng)為320 mm左右，儲罐壓力應(yīng)為0.17～0.21 MPa，這時可以關(guān)閉增壓閥門。

(2) 當(dāng)槽車罐剩余2 t時，槽車罐壓力大約為0.3～0.4 MPa，儲罐壓力大約為0.2 MPa時，處于氣液共存狀態(tài)，氣體的流動速度比液體快，儲罐的壓力開始緩慢上升，這時候可以將卸車換成下進(jìn)液，讓槽車罐內(nèi)液體從底部卸入儲罐。

(3)將模式調(diào)至手動狀態(tài)，把相應(yīng)的卸車閥門打開，將潛液泵頻率調(diào)低至不空載報警狀態(tài)，緩慢將余液抽入儲罐。

(4)利用公交車加氣的高峰期，在公交車高峰加液的同時也能將槽車罐里面的余液抽回儲罐。

(5)卸后抽壓時間比較長，較快時大約半小時即可將壓力抽盡。

一般來說卸后槽車罐壓力應(yīng)該為0.3～0.35 MPa，槽車罐帶走的LNG在150 kg左右，如果高于0.35 MPa時較容易出現(xiàn)超差約為200 kg。需注意的是，如何判斷是否卸完？需觀察和判斷，以免提前或推遲，造成數(shù)量、安全或能耗上的隱患。

(1)查看槽車罐和站內(nèi)儲罐液位表，如果槽車罐液位表在“O”位狀態(tài)時，就表示已經(jīng)沒有液體，并查看站內(nèi)儲罐液位計的讀數(shù)，計算核對進(jìn)貨量。

(2)查看槽車罐壓力表，如果槽車罐液位表已經(jīng)歸“O”，而且槽車罐壓力在0.35 MPa以下，證明基本卸完了。

(3)緩慢打開槽車罐放空閥查看噴氣狀態(tài)，注意觀察槽車罐噴射物，如果呈白霧狀態(tài)，證明已經(jīng)沒有液體。

(4)緩慢打開站內(nèi)液相放空閥查看，先將站內(nèi)的液相卸車閥門關(guān)閉，打開槽車罐液相閥和站內(nèi)液相卸車閥之間的放空閥，觀看放空管的結(jié)冰狀態(tài)，如果立即出現(xiàn)結(jié)冰，證明槽車罐內(nèi)還有液體，如果1 mim內(nèi)放空管只有輕微結(jié)霜，說明槽車罐內(nèi)已沒有液體。

2.3 高度關(guān)注LNG氣源溫度對卸車的影響

要確保卸車更加干凈，對來液溫度必須嚴(yán)格控制，要求不高于-145 ℃(建議在采購合同中對供應(yīng)商進(jìn)行約定)，一旦超過-145 ℃，卸液時間、卸車和儲存損耗會明顯增加。來液溫度越低，儲罐的飽和壓力也就越低，對卸液越有利，可以觀察槽車罐的壓力來判斷溫度，如壓力為0.1 MPa或者更低時，來液溫度大約為 -160～-155 ℃。壓力在0.1～0.15 MPa時來液溫度大約在-155～-150 ℃，這種溫度還比較正常，如壓力高于0.25 MPa或者更高時，溫度為-145 ℃以上時，要密切跟蹤供應(yīng)商的LNG來源、槽車罐保溫是否出現(xiàn)異常，若發(fā)現(xiàn)異常必須及時采取措施(見圖5)。

圖5 來液溫度、壓力對應(yīng)關(guān)系圖

3 實(shí)施效果

3.1 卸車損耗大幅下降

卸車操作和LNG來液溫度會直接影響卸車損耗。本文根據(jù)實(shí)際溫度、壓力、工藝等參數(shù)來優(yōu)化卸車方式，并加強(qiáng)相關(guān)操作人員培訓(xùn)和現(xiàn)場交流，確保卸車損耗最小、卸車最快，使卸車損耗明顯降低，下降幅度超過50 %，進(jìn)貨損耗從2012年的平均每車大約150 kg，到現(xiàn)在平均大約在70 kg。按筆者所在企業(yè)每年進(jìn)貨約3 000車次，每年可實(shí)現(xiàn)降耗240 t，減少碳排放量超過8 000 t。

3.2 卸車時間大幅縮短

基于實(shí)時參數(shù)優(yōu)化卸車模式后，卸車時間由原來每車4 h縮短為2.5～3.0 h，大幅減少了潛液泵的運(yùn)行時間，節(jié)約大約30 %的電力，實(shí)現(xiàn)了卸車安全、規(guī)范、節(jié)能“一體化”，罐卸得更干凈、更快捷、更安全、更節(jié)能和環(huán)保。

4 結(jié)語

綜上所述，本文探討了基于實(shí)時參數(shù)的加氣站LNG卸液模式和流程優(yōu)化，意在拋磚引玉，促進(jìn)企業(yè)和使用單位共同關(guān)注和提升加氣站的LNG卸車工藝、設(shè)備和操作，可從設(shè)計到操作、從降耗到節(jié)能、從規(guī)范到效率、從安全到環(huán)保等全環(huán)節(jié)全面提升。如通過信息系統(tǒng)全方位實(shí)時采集槽車罐和加氣站儲罐、潛液泵、管線等卸車時的壓力、溫度和流量等參數(shù)，并進(jìn)行自動判斷和優(yōu)化，同時結(jié)合加氣站硬件設(shè)備的升級和完善實(shí)現(xiàn)全過程自動控制和損耗監(jiān)測，將進(jìn)一步提升較為復(fù)雜的LNG加氣站卸車流程的優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動化，最終實(shí)現(xiàn)槽車能自動實(shí)現(xiàn)卸得更干凈、更快捷、更安全、更節(jié)能和環(huán)保。