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關(guān)于LNG 加氣站設(shè)計(jì)方案的研究

2024-05-24 07:48
科海故事博覽 2024年10期
關(guān)鍵詞:儲(chǔ)液天然氣區(qū)域

劉 剛

(自貢通達(dá)機(jī)器制造有限公司,四川 自貢 643000)

LNG 加氣站即液化天然氣(Liquefied Natural Gas)加氣站,是加氣站的一種,主要面向車輛提供加氣服務(wù)。當(dāng)前LNG 加氣站可分為撬裝式加氣站、標(biāo)準(zhǔn)式加氣站、L-CNG 加氣站、移動(dòng)式撬裝加氣站等四種,其服務(wù)方式存在少許差別,但功能定位是相同的[1]??紤]到液化天然氣加工、使用存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn),需要在LNG加氣站設(shè)計(jì)工作中加以關(guān)注,規(guī)避各類可能存在的安全隱患。同時(shí),LNG 加氣站的服務(wù)性、功能管理、污染控制也是其設(shè)計(jì)過程中需要關(guān)注的焦點(diǎn)。目前部分LNG加氣站設(shè)計(jì)不完善,存在一些不足,影響其功能履行,也帶來了安全方面的風(fēng)險(xiǎn)。分析其常見設(shè)計(jì)問題和對(duì)策,具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 LNG 加氣站設(shè)計(jì)優(yōu)化的必要性

1.1 提升服務(wù)能力

優(yōu)化LNG 加氣站設(shè)計(jì),可以提升服務(wù)能力,這是該工作的直接著眼點(diǎn)。從行業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)上看,我國(guó)以液化天然氣為燃料的新能源汽車數(shù)目快速增長(zhǎng),根據(jù)《中國(guó)天然氣汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告(2023)》數(shù)據(jù),2025年此類汽車的總保有量可達(dá)到500 萬輛左右,年復(fù)合增長(zhǎng)率超過15%,這對(duì)社會(huì)基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施、服務(wù)能力提出了高要求。做好LNG 加氣站設(shè)計(jì),可以面向天然氣汽車用戶提供更完善的服務(wù),尤其是加氣服務(wù),在此基礎(chǔ)上,與加氣有關(guān)的其他服務(wù)也可以同步得到刺激和推動(dòng),如人才的培育、工作系統(tǒng)建設(shè)等,持續(xù)改善LNG加氣站服務(wù)水平[2]。

1.2 保證作業(yè)安全

LNG 加氣站設(shè)計(jì)的優(yōu)化,也可視作改善作業(yè)安全性的需要。液化天然氣可燃燒,在一定條件下也可能爆炸,對(duì)加氣站的設(shè)施、人員安全帶來威脅。2023 年沈陽(yáng)某地出現(xiàn)加氣站爆炸事故,造成2 人死亡、6 人受傷的嚴(yán)重后果。對(duì)加氣站的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,可以減少事故發(fā)生率、控制其破壞性,如在規(guī)劃過程中避免儲(chǔ)氣罐距離過近、加氣站遠(yuǎn)離居民點(diǎn)或鬧市區(qū)、增加消防管理設(shè)施等等。值得注意的是,LNG 加氣站因設(shè)計(jì)問題發(fā)生的事故目前尚少,但隨著天然氣汽車數(shù)目增加,未來LNG 加氣站的工作壓力也會(huì)提升,安全設(shè)計(jì)應(yīng)作為關(guān)鍵點(diǎn)加以重視[3]。

1.3 積累管理經(jīng)驗(yàn)

LNG 加氣站設(shè)計(jì)的優(yōu)化是積累管理經(jīng)驗(yàn)的需要。新能源汽車以及新能源產(chǎn)業(yè)是未來汽車行業(yè)和社會(huì)發(fā)展的主要趨勢(shì),對(duì)應(yīng)的LNG 加氣站、LNG 大范圍社會(huì)化運(yùn)用也會(huì)成為常態(tài)。目前LNG 的運(yùn)用領(lǐng)域依然偏少,在大規(guī)模運(yùn)用的情況下,其可能暴露出更多問題,包括使用安全問題、使用規(guī)范化問題、使用成本問題等,以LNG 加氣站設(shè)計(jì)為紐帶,可以提升設(shè)計(jì)工作的經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備情況,也可以為L(zhǎng)NG 在其他方面的運(yùn)用提供參考,如便攜式加氣設(shè)備、流動(dòng)加氣站等,具有長(zhǎng)期層面的積極價(jià)值[4]。

2 LNG 加氣站設(shè)計(jì)的常見問題

2.1 選址不當(dāng)

LNG 加氣站設(shè)計(jì)常見問題之一為選址不當(dāng)。從特點(diǎn)上看,盡管天然氣汽車市場(chǎng)廣闊,但其當(dāng)前應(yīng)用尚不廣泛,這對(duì)加氣站選址設(shè)計(jì)提出了較高要求。大部分天然氣汽車集中于城市,出于服務(wù)方面的考慮,一般LNG 加氣站選址在城區(qū)邊緣,部分LNG 加氣站以貨車為主要服務(wù)對(duì)象,設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)貨車轉(zhuǎn)彎半徑不夠的情況,而加氣機(jī)間隔過短無法滿足兩臺(tái)車同時(shí)加氣的需求,效率上比較有限。部分LNG 加氣站卸車點(diǎn)規(guī)劃不合理,可能出現(xiàn)卸車區(qū)域空間擁堵、加氣車輛無法通行的情況。城區(qū)內(nèi)用地緊張,且面臨交通規(guī)劃、地下設(shè)施處理等方面的困擾,建設(shè)成本和難度較高。天然氣汽車的行駛里程在900 公里左右,部分LNG 加氣站建設(shè)在非道路周邊,不利于提供及時(shí)的加氣服務(wù),建設(shè)在道路周邊,面臨服務(wù)對(duì)象總體規(guī)模不大、投入產(chǎn)出比失衡的問題,以致LNG 加氣站選址不當(dāng)?shù)膯栴}越發(fā)突出[5]。

2.2 存在安全隱患

部分LNG 加氣站的設(shè)計(jì)存在安全隱患,主要是指其設(shè)計(jì)的過程中沒有充分考慮所有風(fēng)險(xiǎn)因素。需注意的是,大部分LNG 加氣站可以避免常規(guī)火災(zāi)、爆炸等一般風(fēng)險(xiǎn),其安全設(shè)計(jì)不當(dāng)更多的是指不易察覺的隱患。如儲(chǔ)液罐的存放管理,液化后的天然氣體積僅相當(dāng)于常規(guī)天然氣的1/600 左右,存放難度并不大,這導(dǎo)致部分加氣站設(shè)計(jì)時(shí)缺乏安全管理意識(shí),沒有選用得當(dāng)?shù)膲毫θ萜?,?chǔ)液罐無法承受一般的撞擊破壞。也有部分LNG 加氣站在存放儲(chǔ)液罐時(shí),沒有清晰地進(jìn)行標(biāo)示,導(dǎo)致無關(guān)人員進(jìn)出儲(chǔ)罐區(qū)域,甚至在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)吸煙、使用明火,帶來安全方面的問題。

2.3 功能分區(qū)設(shè)計(jì)不當(dāng)

按照一般功能定位需要,LNG 加氣站可大致分為進(jìn)站區(qū)、加氣區(qū)、辦公區(qū)域、停車區(qū)域、等候區(qū)域、生產(chǎn)區(qū)域、存儲(chǔ)區(qū)域等若干部分。當(dāng)前部分LNG 加氣站的功能分區(qū)設(shè)計(jì)不當(dāng),停車區(qū)域距離存儲(chǔ)區(qū)域較近,存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)存放各類加氣設(shè)備、儲(chǔ)液罐以及生產(chǎn)設(shè)備,部分駕駛?cè)藢?duì)此不夠了解,可能在停車區(qū)域吸煙,引發(fā)安全隱患。部分LNG 加氣站等候區(qū)域過于狹小,當(dāng)工作壓力較大、多輛天然氣汽車停留時(shí),也可能誘發(fā)區(qū)域性擁堵情況。部分LNG 加氣站設(shè)計(jì)的生產(chǎn)區(qū)域不易進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn),儲(chǔ)液罐內(nèi)天然氣耗盡后無法及時(shí)運(yùn)出、尚未耗盡的儲(chǔ)液罐無法及時(shí)移入,影響加氣工作的整體效率。

2.4 服務(wù)能力不強(qiáng)

LNG 加氣站的設(shè)計(jì),應(yīng)考慮其服務(wù)能力,以滿足一般意義上的天然氣汽車工作為目標(biāo)。目前部分LNG 加氣站設(shè)計(jì)上不夠完善,不能充分保證服務(wù)能力,包括加氣能力設(shè)計(jì)、綜合服務(wù)能力設(shè)計(jì)等。如部分LNG 加氣站尚未完善普及LNG 加氣技術(shù),依然使用CNG 技術(shù),服務(wù)能力較低。部分LNG 加氣站儲(chǔ)氣量總體不足,使用容量為30m3的儲(chǔ)罐,無法充分提供加氣服務(wù),部分加氣站為降低管理負(fù)擔(dān),設(shè)計(jì)的加氣服務(wù)上限不高,LNG 儲(chǔ)罐容積、數(shù)量有限,當(dāng)交通壓力、加氣服務(wù)壓力較大時(shí),無法滿足所有天然氣車輛的加氣需要。此外,國(guó)內(nèi)大部分LNG 加氣站設(shè)計(jì)時(shí)未考慮綜合服務(wù)需要,無法隨時(shí)提供流動(dòng)加氣服務(wù),當(dāng)天然氣車輛因燃料耗盡、無法自行行駛到加氣站時(shí),鄰近加氣站無法提供遠(yuǎn)程服務(wù),綜合服務(wù)能力不足。

2.5 放空天然氣污染

放空天然氣污染是LNG 加氣站設(shè)計(jì)的常見問題之一,從工作內(nèi)容上看,LNG 加氣站放空天然氣時(shí),會(huì)影響空氣質(zhì)量,也可能破壞小范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境。部分LNG 加氣站設(shè)計(jì)過程中忽視了其放空天然氣污染問題,未能妥善就天然氣處理進(jìn)行分析,不能集中進(jìn)行大量生產(chǎn)廢氣處理,導(dǎo)致加氣站放空天然氣污染較突出,形成生產(chǎn)污染、降低社會(huì)效益,在工作壓力較大時(shí),也會(huì)影響加氣效率。

3 LNG 加氣站設(shè)計(jì)問題應(yīng)對(duì)策略

3.1 選址設(shè)計(jì)方法

LNG 加氣站設(shè)計(jì)應(yīng)首先考慮選址問題處理,考慮到天然氣汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有動(dòng)態(tài)性、不確定性,未來建議采用幾何中心和業(yè)務(wù)中心設(shè)計(jì)并行的方式優(yōu)化LNG加氣站選址設(shè)計(jì)。

幾何中心設(shè)計(jì)法是指根據(jù)本地空間方面的一般特點(diǎn),選取若干幾何意義上的空間中心,以該中心的定位信息為依據(jù),建設(shè)LNG 加氣站。此方式的特點(diǎn)在于能夠面向本地區(qū)所有天然氣汽車車主提供比較均衡的加氣服務(wù),無需考慮不同分區(qū)的業(yè)務(wù)態(tài)勢(shì),即便未來本地天然氣汽車的數(shù)量增長(zhǎng),均衡配置的LNG 加氣站也能滿足工作需要,對(duì)大型城市而言,幾何中心設(shè)計(jì)法更具實(shí)用性。業(yè)務(wù)中心設(shè)計(jì)法是指根據(jù)本地天然氣汽車加氣業(yè)務(wù)的分布態(tài)勢(shì)進(jìn)行選址,可由交通部門提供原始數(shù)據(jù),交由市政部門進(jìn)行分析、加工,對(duì)于天然氣汽車加氣業(yè)務(wù)較集中、負(fù)荷較大、增長(zhǎng)較快的區(qū)域,適當(dāng)傾斜資源,增加LNG 加氣站的總量和分布密度,其他區(qū)域適當(dāng)減少,以保證用戶能就近獲取加氣服務(wù)。此方式對(duì)于中小城市的適用性更高。

3.2 安全設(shè)計(jì)策略

LNG 加氣站設(shè)計(jì)過程中,需要關(guān)注安全控制,重點(diǎn)著眼于兩個(gè)方面:一是常規(guī)安全管理;二是與LNG 加氣站特點(diǎn)有關(guān)的管理。

常規(guī)管理如消防設(shè)施配置、煙火管制等,要求根據(jù)國(guó)家規(guī)定以及行業(yè)要求出具明確的設(shè)計(jì)方案,詳細(xì)羅列安全管理的基本要求、執(zhí)行方法,應(yīng)由國(guó)家管理部門或地區(qū)管理部門給出標(biāo)準(zhǔn)文件,各地、本地的LNG加氣站一體按照相關(guān)文件進(jìn)行安全設(shè)計(jì),再由交通部門、消防部門進(jìn)行檢查、監(jiān)督,確保LNG 加氣站安全設(shè)計(jì)滿足具體要求。與LNG 加氣站特點(diǎn)有關(guān)的管理更應(yīng)加以重視,要求根據(jù)加氣站功能、工作內(nèi)容確定具體的安全設(shè)計(jì)方案、方法。如上文所述的儲(chǔ)液罐管理,要求使用滿足液化天然氣存儲(chǔ)管理的壓力容器,并定期進(jìn)行檢查更換,所有工作區(qū)域內(nèi)嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)出,使用明顯標(biāo)示,對(duì)LNG 加氣站各類功能分區(qū)進(jìn)行標(biāo)示,尤其是村砸安全管理需要的區(qū)域,包括儲(chǔ)液罐存放區(qū)、加氣工作區(qū)等,提升安全設(shè)計(jì)水平。

3.3 優(yōu)化功能分區(qū)設(shè)計(jì)

LNG 加氣站功能分區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)關(guān)注不同區(qū)域的功能實(shí)現(xiàn),同時(shí)兼顧其未來可能出現(xiàn)的擴(kuò)展、變化。具體工作中,主要強(qiáng)調(diào)功能分區(qū)的直接分析,根據(jù)分析結(jié)果利用模擬技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)踐,確定比較合理的設(shè)計(jì)方式。

如加氣站的停車區(qū)域、等候區(qū)以及生產(chǎn)區(qū)域,這些區(qū)域的功能比較明確,不會(huì)因業(yè)務(wù)活動(dòng)出現(xiàn)改變。在組織設(shè)計(jì)時(shí),停車區(qū)域應(yīng)遠(yuǎn)離一般工作區(qū),包括加氣區(qū)、等候區(qū)等,等候區(qū)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮本站工作壓力情況,如果等候中的天然氣汽車偏多,也應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大等候區(qū)范圍。生產(chǎn)區(qū)域應(yīng)保證物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)便利,尤其是工作忙碌時(shí),各類大型工具、設(shè)施的轉(zhuǎn)運(yùn),包括儲(chǔ)氣瓶等,按一般原則出具設(shè)計(jì)方案后,將其代入計(jì)算機(jī)中形成虛擬參數(shù),再添加工作有關(guān)數(shù)據(jù),模擬不同工作環(huán)境下相關(guān)設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性,再根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

3.4 服務(wù)能力評(píng)估

對(duì)LNG 加氣站的服務(wù)能力進(jìn)行分析、設(shè)計(jì),是保證其正常發(fā)揮作用的基本條件,未來主張采用大數(shù)據(jù)分析法提供輔助,并設(shè)計(jì)多元服務(wù)體系。

大數(shù)據(jù)分析法主要用于分析LNG 加氣站工作負(fù)荷水平以及可能出現(xiàn)的變化。如某地天然氣汽車的數(shù)目持續(xù)增加,這要求LNG 加氣站提升設(shè)計(jì)容量,能夠面向日益增長(zhǎng)的對(duì)象群體提供服務(wù)。可以利用大數(shù)據(jù),對(duì)LNG 加氣站周邊的天然氣汽車增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析,大致確定合理的服務(wù)能力參數(shù),確定站內(nèi)儲(chǔ)氣瓶的總數(shù),適當(dāng)予以增加。在此基礎(chǔ)上,如果LNG 加氣站設(shè)計(jì)區(qū)域周邊缺少同類服務(wù)點(diǎn),還應(yīng)考慮設(shè)計(jì)流動(dòng)加氣系統(tǒng),在服務(wù)對(duì)象燃料耗盡、不能趕往加氣站加氣時(shí),通過流動(dòng)加氣系統(tǒng)提供服務(wù)。流動(dòng)加氣系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)也以大數(shù)據(jù)資料提供輔助,分析周邊天然氣汽車產(chǎn)業(yè)的變化情況、評(píng)估服務(wù)態(tài)勢(shì)的波動(dòng),以合理進(jìn)行流動(dòng)加氣系統(tǒng)規(guī)模、服務(wù)能力和標(biāo)準(zhǔn)分析、設(shè)定。

3.5 污染控制

LNG 加氣站設(shè)計(jì)過程中,污染控制主要關(guān)注廢氣處理、噪聲控制。廢氣處理應(yīng)以國(guó)家規(guī)定、本地法規(guī)為基礎(chǔ),加以嚴(yán)格化,噪聲控制則以擋板、噪聲隔絕設(shè)施為中心。

具體工作中,可根據(jù)各類規(guī)定確定廢氣處理方案,在設(shè)計(jì)LNG加氣站時(shí)引入廢氣處理系統(tǒng),預(yù)留建設(shè)空間、設(shè)計(jì)工作標(biāo)準(zhǔn)和具體方法。如果條件允許也可以引入其他地區(qū)的成熟經(jīng)驗(yàn),參考LNG 加氣站廢氣處理的既有模式提升工作水平和設(shè)計(jì)效果。加氣站周邊的圍擋設(shè)施、內(nèi)部建設(shè)用材等,均可一體設(shè)計(jì)使用隔音材料,尤其是鄰近生活區(qū)、商業(yè)區(qū)的加氣站,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)評(píng)估噪聲等級(jí),如果噪聲過大,超過90 分貝,均應(yīng)考慮使用隔音設(shè)計(jì)提升社會(huì)效益。

4 結(jié)論

LNG 加氣站設(shè)計(jì)問題影響其正常履行職能,也可能帶來安全方面和經(jīng)濟(jì)方面的損失,需要加以重視、解決。具體而言,LNG 加氣站設(shè)計(jì)問題包括選址不當(dāng)、安全設(shè)計(jì)不理性、功能分區(qū)和服務(wù)能力不足、放空天然氣污染等幾個(gè)方面,為予以應(yīng)對(duì),本文主張?jiān)诠ぷ髦凶龊眠x址和安全設(shè)計(jì),根據(jù)功能目標(biāo)和服務(wù)目標(biāo)做分區(qū)、服務(wù)方式等方面的設(shè)計(jì)分析,最后還應(yīng)控制污染。上述策略可以控制安全隱患、提升LNG加氣站的服務(wù)效率,也可以降低污染,未來工作中可予以應(yīng)用和參考。

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