一种移动式液相天然气和气相天然气的供应方法及装置

摘要

本发明公开了一种动式液相天然气/气相天然气的供应装置，其特征在于：包括一具有底面的壳体及其移动机械，所述壳体内安设有一用于提供液相LNG的小型LNG低温储罐；一用于泵送液相LNG的潜液泵；一用于将输送自潜液泵的液相LNG转化成气相LNG的浸没燃烧式气化器，以便供应气相LNG给天然气管网；一LNG加液机，用于将输送来自潜液泵的液相LNG充装至LNG瓶组或加注至LNG汽车；及一空浴式气化器，用于调节储罐内介质的饱和状态，及用于供应气相LNG给天然气管网，并同时作为LNG槽车的卸车增压气化器使用。本发明的工艺流程得到极大优化，流程短，工艺及设备均高度集成，实现的功能多，装置与设备利用率高，基本都是一物多用，性价比高，安全可靠性高。

权利要求

1.一种移动式液相天然气和气相天然气的供应装置，其特征在于：包括一具有底面的壳体及其移动机械，所述壳体围成的腔内安设有一用于提供液相LNG的卧式安装的小型双层LNG单容罐；

一用于泵送液相LNG的安装于独立真空夹套内并可上下升降的潜液泵；

一用于将输送自潜液泵的液相LNG转化成气相LNG的浸没燃烧式气化器，以便供应气相LNG给天然气管网用于调峰和应急供气；

一LNG加液机，用于将输送来自潜液泵的液相LNG充装至LNG瓶组或加注至LNG汽车；

一空浴式气化器，用于调节储罐内介质的饱和状态、及用于供应气相LNG给天然气管网，并同时作为LNG槽车的卸车增压气化器使用；

一柱塞泵、一LNG高压空温式气化器及一CNG加气机及调压与计量装置。

2.根据权利要求1所述的移动式液相天然气和气相天然气的供应装置，其特征在于：还包括潜液泵升降机构，所述壳体底面设有一活动板，所述潜液泵安设于活动板上，活动板由潜液泵升降机构作用可降至壳体底面以下。

3.移动式液相天然气和气相天然气的供应方法，其特征在于采用如权利要求1～2任一权利要求所述的装置供应气相LNG给天然气管网，和/或供应液相LNG给LNG瓶组或LNG汽车。

4.根据权利要求3所述的移动式液相天然气和气相天然气的供应方法，其特征在于：所述LNG加液机的加注枪加注口能分别与LNG汽车车载瓶和LNG瓶组匹配。

5.根据权利要求3所述的移动式液相天然气和气相天然气的供应方法，其特征在于还包括以下装置：柱塞泵，用于对液相LNG加压；

LNG高压空温式气化器，用于将高压液相LNG转换成气相的CNG；

CNG加气机，用于计量及供气给CNG汽车；

调压与计量装置，实现对气相LNG的调压与计量。

说明书

一种移动式液相天然气和气相天然气的供应方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及液相天然气及气相天然气供应的技术领域。

背景技术

[0002] 天然气(NG)是从地下开采出来后并经过必要的净化处理后所得。液相天然气(LNG)是由NG经过进一步净化、去除杂质并深冷至约-162℃后，使之成为液体状态的一种物质，是一种洁净能源。NG和LNG都可作为燃油汽车的替代能源用作汽车发动机燃料，显然，NG和经气化后的LNG，可以通过管道供各类用户使用，具有显著的经济和环保优势。

[0003] 近几年，随着液化天然气工业的快速发展，世界上液化天然气汽车产业得到了长足的发展。目前，全球有10000多辆的LNG汽车在运行。使用量最多的国家为美国、加拿大、日本和俄罗斯，美国约有4000辆LNG汽车，60多个LNG汽车加气站。

[0004] 我国LNG汽车产业起步于本世纪初。北京市2002年率先发展了拥有50辆LNG公交汽车的示范车队，配套建设了国内首座车用LNG加气站——北京白庙公交总站内的LNG加气站。其后的2004年9月，新疆乌鲁木齐市20辆LNG公交车投入运行。2005年12月，湖南省长沙市50辆LNG公交车和1座LNG加注站正式投入运行。贵州省贵阳市公交公司则依靠自己的技术力量，对柴油公交车进行改装，目前已拥有改装的LNG公交车600多辆，同时建设有1座LNG加注站。

[0005] 无论是国外还是国内，LNG汽车工业都还处于一个初级的发展时期，规模一般都不是太大。因此，给LNG汽车提供燃料供应的LNG加注站数量、布点等，不可避免地难以适应LNG汽车发展的需求。加注站点少，加注不方便是各地推广LNG汽车普遍存在的问题，甚至LNG汽车在中途因燃料耗尽而抛锚的事情也时有发生，给LNG汽车经营者和使用者均带来不便，严重制约LNG汽车产业的发展。

[0006] 而加注站的建设是一个涉及规划、征地、报批、设计、施工、安全技术、运营管理等多种因素的复杂问题，不可能短时间一下子解决加注站点少和布局不合理的问题，各个地区均是如此。

[0007] 那么，如何在加注网点少(短时间难以解决)、布局又不合理的现实条件下，采用何种经济合理方式和有效途径？通过何种工艺和设施？较好解决中途抛锚的LNG汽车“应急加注”，或者部分LNG汽车的“方便加注”，或者特殊状况下LNG汽车的“特殊服务”等问题，即为各类用户提供“贴身”服务。

[0008] 同时，尽力扩充、拓展加注装置的用途，实现一套设备多种功能，提高性价比。比如，为LNG瓶组充装液相LNG(LNG瓶组用户类似于LPG瓶组用户。即多个LNG瓶联合起来，集中气化后向商业用户或住宅小区管网用户供气)；或者将加注装置中储存的LNG气化后，用于局部地区天然气管网的应急供气，气源补充调峰，局部管网补压等等。提供“液相加注”、“液相充装”和“气相供应”，这几方面是本发明所要解决的技术问题。

[0009] 现有的LNG汽车加注站如图1所示。常规的LNG汽车加注方式，主要是依靠建设在某一地段的固定LNG加注站。典型的LNG加注站工艺流程简图如下图1所示。

[0010] LNG加注站工作原理如下：

[0011] LNG加注站主要由LNG储罐101、LNG潜液泵105、储罐自增压气化器102、槽车增压器103、LNG加液机106等组成，能够提供LNG车用替代燃料。

[0012] 卸车：液化天然气槽车104将LNG运到LNG加注站，利用槽车增压器103对槽车104的LNG气相增压，将LNG(液相)卸至站内LNG低温储罐101内储存。

[0013] 加注：储罐101内的LNG液体经潜液泵105加压后进入LNG加液机106计量，再通过加注枪实现对LNG车辆107的车载瓶加注LNG，车载瓶内低温气态天然气通过回气管输送回LNG储罐101。

[0014] 储罐自增压：当储罐101内LNG气相压力偏低时，借助于储罐自增压气化器102提高储罐自身压力。

[0015] 需要放散的LNG气体集中进入中压管网供用户使用。对于无管网到达的加注站，通常采用加装BOG回收压缩机的形式，将BOG气体加压后充入储气瓶组而进行回收。

发明内容

[0016] 本发明的目的在于提供一种适用范围广，方便向LNG汽车和LNG瓶组用户供应液相天然气和向天然气管网用户提供气相天然气的方法及其采用的装置。

[0017] 为了达到上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种移动式液相天然气/气相天然气的供应装置，其特征在于：包括一具有底面的壳体及其移动机械，所述壳体内安设有一用于提供液相LNG的小型LNG低温储罐；一用于泵送液相LNG的潜液泵；一用于将输送自潜液泵的液相LNG转化成气相LNG的浸没燃烧式气化器，以便供应气相LNG给天然气管网；一LNG加液机，用于将输送来自潜液泵的液相LNG充装至LNG瓶组或加注至LNG汽车；及一空浴式气化器，用于调节储罐内介质的饱和状态，及用于供应气相LNG给天然气管网，并同时作为LNG槽车的卸车增压气化器使用。

[0018] 为了减小装置的体积且满足操作的压力要求，本发明的装置还设有潜液泵升降机构，所述壳体底面设有一活动板，所述潜液泵安设于活动板上，活动板由潜液泵升降机构作用可降至壳体底面以下。

[0019] 为了进一步改进性能，所述壳体内还安设有一柱塞泵、一LNG高压空温式气化器及一CNG加气机，为CNG燃料汽车车载气瓶充装气相天然气和向高压天然气管网供气。

[0020] 为适应同一装置可分别向LNG汽车车载瓶和LNG瓶组充装LNG的要求，所述LNG加液机的加注枪加注口均能与LNG汽车车载瓶和LNG瓶组匹配。

[0021] 本发明的有益效果在于：可移动，工艺及设备均高度集成，流程特别优化、简捷，将LNG加注与LNG气化两项功能通过一个集成的撬完成，功能多，用途广，结构紧凑，移动方便快捷，同时起LNG加注站和LNG气化站的作用。可以做到：

[0022] a)为途中需要补充LNG燃料的LNG气车及时加注燃料。

[0023] b)夜间或公交车空闲时，为公交站场内LNG公交车加注燃料，省却建设加注站环节，省却车主在加注站排队等候，充当临时加注站角色。省却LNG汽车空载去LNG加注站加注，节省燃料消耗。

[0024] c)为LNG瓶组用户提供LNG上门充装，省却LNG瓶组运输费用。LNG瓶组用户指的是依靠LNG瓶组集中气化后以管道输送方式供应小区用户或小型工商业用户。比如暂时远离大管网的居民小区用户、小工业用户、商业用户、公建用户、小锅炉用户等。起流动加注站作用，方便用户。

[0025] d)充当流动气化站角色，为新通气小区管网、局部区域管网提供特殊情况下的应急供气服务。比如原有气源供应跟不上，需要临时气源补充。

[0026] e)调峰功能。在管网用户用气高峰，作为调峰手段向管网提供补充气源供应，特别是管网某些特殊地段，供气压力不足，本发明装置可快速移向该地段，提供气化后的LNG快速提升管道压力。

[0027] f)气化器：集三种功能于一身，节省投资，减少占用空间。

[0028] g)对于LNG汽车车载瓶和LNG瓶组来说，加注枪接口是通用的。

[0029] h)设置有升降装置。通过升降驱动机构，真空夹套内的潜液泵、3条耐压耐低温连接软管可以依据需要上下升降。使潜液泵工作时满足最小净正入口压头为1.8m的要求，同时满足运输方便、体积减小的目的。

[0030] i)LNG快速气化功能。为任一区域的天然气管网提供压力可调的高压、次高压、中压、低压气相天然气，用于局部地区管网的应急供气，气源补充调峰，局部管网补压以及独立小区用户正常供气、新用户的前期供气服务等。

[0031] j)以LNG液相柱塞泵替代潜液泵、LNG高压空温式气化器替代浸没燃烧式气化器，CNG加气机替代LNG加液机，本装置还可实现对压缩天然气(CNG)汽车充装高压的CNG和为高压天然气管网补压。

[0032] k)提供“贴身”和“就地”的优质服务。

[0033] 因此，本发明的工艺流程得到极大优化，流程短，工艺及设备均高度集成，实现的功能多，装置与设备利用率高，基本都是一物多用，性价比高，安全可靠性高。

附图说明

[0034] 图1是现有的LNG气车加注站工艺流程图。

[0035] 图2是本发明工艺流程框图。

[0036] 图3潜液泵工作状态示意图。

具体实施方式

[0037] 移动式气相LNG/液相LNG供应装置的组成

[0038] 如图2所示，移动式液相LNG/气相LNG供应装置包括壳体200，壳体内安置有小型LNG低温贮罐201、空浴式气化器202、浸没燃烧式气化器203、LNG加液机206、气相LNG调压器及计量仪表204等装置。装置还设有移动机械，安设于壳体200外。本装置除能够提供液相LNG作为LNG汽车燃料和为LNG瓶组用户充装液相LNG外，同时还可利用浸没燃烧式气化器203或空浴式气化器202生产气相天然气供应管网用户。两种类型的气化器各有特点，适应于不同工况：浸没燃烧式气化器具有快速、气化量大的特点，但需要燃烧天然气以提供热源；而空浴式气化器的特点是不用消耗能源，但气化量小，气化速度慢。整套设备全部集成在一个壳体200内，借助于自身配置的移动设施，能够快速移动至所需要场所，提供“液相加注”、“液相充装”和“气相供应”等服务。

[0039] 本发明的潜液泵205还配套设有潜液泵升降机构，在壳体200底面设有一活动板2051，潜液泵固定于活动板2051上，活动板2051由潜液泵升降机构作用，可降至壳体200底面以下。升降机构实现上下升降，如图3，升降机构处于高位A(与其它设备处于同一支撑平面，即壳体底平面)时，为非工作状态；升降装置处于低位B时，为工作状态。升降机构可采用液压形式，可采用手动操作形式或自动操作形式，在此不作限定。连接在潜液泵205上的3条耐压耐低温金属软管可以随同其自由移动。

[0040] 壳体200内还安设有柱塞泵207、LNG高压空温式气化器208及CNG加气机209，为CNG燃料汽车214车载气瓶充装气相天然气。

[0041] 本发明的设备选型如下：

[0042] 1)LNG低温储罐201：双层单容罐，卧式安装，体积5m3，最大LNG储量为2100kg，最大工作压力1.0MPa。

[0043] 2)潜液泵205及其升降装置：潜液泵型号为TC-20，流量200L/min，变频电机功率≤11KW，潜液泵安装在一个可以升降的独立的真空夹套2052内。通过升降驱动装置，真空夹套连同其内的潜液泵可以上下升降。要使装置处于工作状态时，升降驱动机构将潜液泵205连同真空夹套2052、3条耐压耐低温连接软管2053一起下降，脱离壳体底平面。目的是加大LNG储罐内液体液面与潜液泵进液口高度差。因为，潜液泵有最小净压头要求，所允许的最小净正入口压头为1.8m左右，潜液泵工作时必须保证其进口压力不得小于最低净正入口压头(NPSH)的要求(进口净正压头是指液体实际压力与液体的饱和蒸汽压力的差值)。因此，须保证储罐内液面高于潜液泵进液口1.2m，否则，无法满足潜液泵最小净正入口压头为1.8m的工作要求，导致LNG不能正常流出，柱塞泵不能正常工作，浪费有效罐容。

[0044] 非工作状态时，升降驱动机构将潜液泵205上升至壳体200底平面位置A，方便壳体200移动运输。

[0045] 潜液泵205泵体直接浸没在LNG液体中，真空夹套的设计压力为1.6MPa，既可以为LNG加液机206和浸没燃烧式气化器203提供LNG液体，也可以作为卸车泵为本发明装置的储罐补液(从其它LNG储存装置获取LNG)。

[0046] 3)LNG加液机206：型号JYS-30B，额定流量30kg/min，最大工作压力1.6MPa，两支加注枪。对于LNG汽车车载储罐和LNG瓶组来说，加注枪接口是通用的。

[0047] 4)空浴式气化器202：采用自然气化方式，型号为VZLNG-200/20-W，气化能力3
200Nm/h，卧式结构安装。集介质调节、管网供气和槽车卸车于一身，一物多用，以节省投资和缩小撬体空间。设备具有下述3项功能：

[0048] ①调节储罐201内介质的饱和状态。即当以LNG为燃料的车辆发动机需要特定饱和状态的LNG时，可通过此设备对储罐内LNG的饱和状态参数进行调整；

[0049] ②低负荷工况时，用于气化LNG供中压管网用户低负荷时使用，不用开启潜液泵，以节省泵的电力消耗；

[0050] ③可作为LNG槽车的卸车增压气化器使用。即当LNG运输车215没有配自增压气化器时，利用此设备实现对槽车增压卸车。

[0051] 5)浸没燃烧式气化器203：采用强制气化方式，通过燃烧气相LNG供应热源，用于应急情况下或其他需要的场合快速气化LNG供区域管网用户使用，达到快速、大气化量的3
目的。选用日本进口产品，气化能力5000m/h(气相)，气化器热水温度35℃，气相天然气出口温度5-10℃，烟气排放温度为40℃，装置尺寸小，气化后的天然气压力在0.05～0.4MPa范围内可调，自身燃气消耗为1.2％，气化后的天然气经调压计量后输送至管网。

[0052] 6)调压与计量装置204：采用自力式调压器和超声波流量计，实现对气相LNG的调压与计量，范围可压。

[0053] 7)安全放散装置：LNG储罐因为蒸发而导致压力不断升高到超出储罐安全阀设定压力值时，配置的安全放散阀将自动打开排空泄压。

[0054] 本发明装置工艺流程简图如下图2所示。

[0055] LNG低温储罐201内的LNG，通过空浴式气化器202气化进入储罐201内，保持罐内压力维持在0.6MPa左右。需要供应液态LNG时，LNG通过潜液泵205加压后进入LNG加液机206计量，借助于LNG加注枪向LNG汽车213的车载瓶或LNG瓶组212充装LNG液体；需要供应气相LNG时：低负荷工况，通过空浴式气化器202气化LNG，经过调压计量后，向天然气管网211用户供气；高负荷工况，则通过浸没燃烧式气化器气化LNG，经过调压计量后，向天然气管网211用户供气。系统设置有安全放散装置，采用防爆设计，防爆等级为dIIBT4。

[0056] 若要实现对CNG汽车加气或对天然气高压管网补压，则增加柱塞泵207、高压空温汽气化器208和CNG加气机209等设备。出储罐的液相LNG经柱塞泵207加压到25.0MPa，再通过高压空温气化器208气化为常温CNG，为CNG燃料汽车214车载气瓶充装CNG或对天然气高压管网补压。

[0057] 具体操作过程如下

[0058] 1)LNG储罐201自调压

[0059] 当储罐201压力低于0.4MPa时，控制系统将通过空浴式气化器202对储罐自动增压，使其升至0.6MPa时停止，使LNG介质处于饱和状态，实现自动调整。

[0060] 2)LNG加注供应

[0061] 潜液泵205通过升降机构下降，置于工作状态位置B。各相关设备预冷工作完成后，将LNG加液机206的加注枪与车载瓶213或LNG瓶组212连接后，启动潜液泵205，加液机206为车载瓶或LNG瓶组注入LNG。加满后加液机206将自动停机，断开加液枪与车载储罐或LNG瓶组的连接，将枪头插入加液机枪座，加液结束。

[0062] 3)LNG气化供应

[0063] 潜液泵205通过升降机构下降，置于工作状态位置B，各相关设备进行必要的预冷流程。

[0064] 低负荷工况：储罐内LNG液体，借助于储罐自身压力进入空浴式气化器202与空气换热气化，经过204调压计量后进入天然气管网211供用户使用。调压装置可依据后续用户需要，对气化后的LNG压力进行调整，以满足用户需求。

[0065] 高负荷工况：储罐内LNG液体，借助于潜液泵205加压进入浸没燃烧式气化器203被加热气化，经过204调压计量后进入天然气管网211供用户使用。调压装置可依据后续用户需要，对气化后的LNG压力进行调整，以满足用户需求。

[0066] 4)向LNG储罐注液

[0067] 利用本发明装置之空浴式气化器202出口LNG(气相)压力，可实现对LNG运输槽车215储罐进行增压卸车，将其液态LNG注入本装置储罐201内，实现补液功能。也可以借助潜液泵205实现对本装置储罐补液。

[0068] 5)CNG汽车加气

[0069] 利用柱塞泵207、高压空温汽气化器208和CNG加气机209设备，为CNG燃料汽车214车载气瓶充装25.0MPa的气相天然气，也可用于向高压天然气管网216补压。

[0070] 具体实施例

[0071] 深圳某公司使用本发明设计的一种可移动、能同时提供液相LNG和气相LNG供应的工艺流程简图如图2所示。

[0072] 集成在一个壳内的系统主要由LNG低温储罐201、空浴式气化器202、浸没燃烧式气化器203、LNG售气机、天然气调压器及计量仪表等组成。该系统同时具备小型LNG加注站和LNG气化站功能，且可快速移动。撬体尺寸为8000×2000×5000mm，由柴油机动车车头牵引。

[0073] 壳内各设备型号规格及主要技术参数如下：

[0074] a)LNG低温绝热储罐201：体积5m3，最大LNG储量为2100kg，最大工作压力1.0MPa。

[0075] b)潜液泵205：型号为TC-20，流量200L/min。

[0076] c)加液机206：型号JYS-30B，额定流量30kg/min，最大工作压力1.6MPa，两支加注枪，加注枪接口对于LNG汽车车载储罐和LNG瓶组均通用。

[0077] d)气化器203：空浴式气化器气化能力为200Nm3/h；浸没燃烧式气化器气化能力3
为5000m/h。

[0078] e)调压与计量装置204：调压器进口压力为0.4～1.6MPa；出口压力为0.05～3
0.4MPa；流量计检测范围为100～6000Nm/h。

[0079] f)安全放散阀：设置的安全开启压力为1.08MPa。

[0080] 基本操作：

[0081] (1)LNG储罐调压：依靠空浴式气化器202对储罐201进行自动增压，使其保持在0.6MPa左右。

[0082] (2)LNG加注：由加液机206的2支加注枪向车载储罐或LNG瓶组注入LNG。本装置一次储存的LNG可满足20台LNG公交车的加注量，或近30瓶LNG瓶组的充装量。

[0083] (3)LNG气化：空浴式气化器202供应量为200Nm3/h左右，适合于向局部管网非用3
气高峰时段供应气相LNG；浸没燃烧式气化器的最大供应量可达5000Nm/h以上，可满足
3000户居民用户规模的小区管网需求。本装置一次储存的LNG可供3000户居民用户规模的小区管网使用1天以上。