摘要：通过对GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》与GB 50156—2002《汽车加油加气站设计与施工规范》(2006年版)以及LNG 与LPG 主要特性这两方面的比较，确定进行LNG 加气站设计时所依据的规范。分析并确定了LNG 加气站的储存规模和等级划分，探讨了LNG 加气站的总图、工艺、公用工程及消防设计。 关键词：LNG 加气站；规范选用；储存规模；等级划分；设计 Code Selection and Design of LNG Filling Station ZH0U Chun Abstract：Through the comparison of Code for Design of City Gas Engineering(GB 50028—2006)and Code for Design and Construction of Automobile Gasoline and Gas Filling Station，(2006)(GB 50156—2002)as well as the key features between LNG and LPG，the code used in design of LNG filling station is determined.The storage size and grade level of LNG filling station are analyzed and determined.The design of general plan， process，public projects and fire control of LNG filling station is discussed. Key words：LNG filling station；code selection；storage size；grade level； design LNG 汽车和LNG 加气站在国外特别是美国，已经得到了长足发展，而在我国的发展时间尚未超过20年，还处于发展初期。因此，我国尚未颁布专门适用于 LNG 加气站的设计规范。在进行LNG 加气站设计时，国外设计人员主要遵守 NFPA57—97《汽车用液化天然气(LNG)供气系统标准》，国内已建成并正在示范运行的LNG 加气站遵循的设计标准也是NFPA57—97。但由于各种原因，特别是国内外行业发展水平、设备制造水平、管理水平的差异，我国行业主管部门及消防部门对国外规范的认可程度不高。根据以往的成功经验，采用大家更为熟悉的国内相近的设计规范，更容易得到主管部门的认可。比如LNG 气化站发展初期，GB 50028—93《城镇燃气设计规范》中尚未有关于LNG 气化站的要求，设计时均参照了该规范中LPG 气化站的要求。因此，笔者认为在进行LNG 加气站没计时，首选国内已颁布实施的与国外规范相近的设计规范。 1 LNG 加气站设计规范的选用 一般认为，LNG 加气站的设计可参照GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》中LNG 气化站的相关要求和GB 50156—2002《汽车加油加气站设计与施工规范》 (2006年版)中LPG 加气站的相关要求 [1] 。前者的理论依据是LNG 加气站与LNG 气化站的物料均为LNG，仅两者的厂站形式及建站地点不同。后者的理论依据是LNG 具有比LPG 更安全的特性参数，且LNG 加气站与LPG 加气站同为加气站，建设地点都位于城市建成区内。 ① 规范的比较 GB 50028—2006主要适用于LNG 总储存容积不大于2000m 3 的城镇LNG 供应站的工程设计。 该规范对LNG 气化站的储罐及天然气放散总管与站内外建、构筑物的防火间距、消防系统均作了明确规定。 GB 50156—2002(2006年版)主要适用于汽车加油站、LPG 加气站、CNG 加气站和汽车加油加气合建站工程的设计和施工。该规范对LPG 加气站的规模，LPG 储罐、卸车点、加气机、放散管管口与站外建、构筑物的防火间距，LPG 加气站内设施之间的防火间距及消防系统均作了明确规定。 GB 50028—2006主要适用于LNG 气化站，而LNG 气化站通常建于城市建成区之外。因此，该规范中LNG 储罐及放散总管与站外建、构筑物的防火间距比GB 50156—2002(2006年版)中LPG 储罐及放散管与站外建、构筑物的防火间距大。 GB 50028—2006对卸车点、加气机等与站外建、构筑物的防火间距以及加气站内设施(储罐与加气机、站房、放散管等)之间的防火间距均没有涉及，而GB 50156—2002(2006年版)对此有比较洋细的规定。 GB 50028—2006与GB 50156—2002(2006年版)的相同点：a.对储罐的消防设施要求一致，均要求储罐的单罐容积大于20m 3 或总容积大于50m 3 时，储罐应设置固定消防冷却系统。b.对移动式消防用水量的规定基本相同。c.对公用工程的设计基本一致，但在工艺设计方面，由于LNG 加气站与LNG 气化站的物料均为LNG，所以GB 50028—2006中关于LNG 气化站的部分更具有针对性。 ② LNG 与LPG 的特性比较 LNG 是以甲烷为主要组分的烃类混合物，LNG 与LPG 的主要特性对比见表1。由表1可知：a.LNG 比LPG 更难点燃，且燃烧速度比LPG 小。b.LNG 的燃点、爆炸 极限均比LPG 高，且爆炸极限的范围更宽。c.当温度高于-112℃时，LNG 蒸气比空气轻，易于向高处扩散；而LPG 蒸气比空气重，易于在低处积聚而引发事故。因此，LNG 在运输、储存和使用中的火灾危险性及危害程度低于LPG，比LPG 更安全 [2] 。 从燃烧放出的热量来看，相同体积的LNG 和LPG 气化并燃烧后，LNG 放出的热量比LPG 少，对周围的热辐射也小。 因此，在防火间距和消防设施方面，对LNG 加气站的要求可以比对LPG 加气站的要求低。考虑到LNG 加气站在我国尚处于初期发展阶段，采用与LPG 加气站基本相同的防火间距和消防设施是适宜的。 表1 LNG 与LPG 主要特性对比 项目 LPG LNG 燃点/℃ 493 650 点火能/mJ 0.305 0.330 燃烧速度 /(m·s -1 ) 0.42 0.38 爆炸极限/% 2.15～9.60 5.00～15.00 气体密度 大于空气密度，少量泄漏 后易积聚 -112℃以上时小于空气密度，少量泄漏后即挥发 ③ 设计规范的确定 LNG 加气站与LPG 加气站的站内设施相似，均包含加气机、泵、储罐、站房等。因此，从厂站的形式、建设地点、对站外环境的防火要求及站内、外设施来看，LNG 加气站的设计规范更官选择GB 50156—2002(2006年版)。 从LNG 与LPG 的特性来看，LNG 比LPG 更安全，且两者皆是加气站。因此， LNG 加气站的设计规范也更宜选择GB 50156—2002(2006年版)。 毕竟LNG 加气站与LPG 加气站的物料不同，工艺设计和公用工程设计等方面存在差异。因此，为了更准确地体现LNG 的特性，在工艺设计和公用工程设计等方面，对于GB 50156—2002(2006年版)未涉及的关于LNG 特性要求的设计.应采 用GB 50028—2006。 因此，笔者认为在进行LNG 加气站的设计(包含总图、工艺、公用工程、消防设计)时，应主要依据GB 50156—2002(2006年版)中LPG 加气站的相关规定。 GB 50156—2002(2006年版)未涉及的部分应依据GB 50028—2006中LNG 气化站的相关规定。 2 LNG 加气站的储存规模及等级划分 2.1 影响储存规模的因素 LNG 加气站的设计中，确定LNG 加气站的储存规模及单台储罐的容积时，应主要考虑以下几个影响因素： ① 加气站的加气规模及储存周期 LNG 加气站的加气对象主要为公交车和客运大巴等易于集中加气、集中管理的车辆，，据了解，目前国内已建成并投入使用的LNG 加气站日加气100～150车次。国内公交车车载LNG 气瓶多为240L，充装系数按85%考虑，则日加气量为 20.4～30.6m 3[1] 。从需求方面来说，LNG 加气站主要建在城市建成区内，而城市郊区通常建有LNG 储配站，供气条件较好。因此，LNG 加气站的储存周期宜为1～ 2d，故LNG 加气站所需储罐容积宜为20.4～61.2m 3 。 ② 与站外建、构筑物的防火间距 从理论方面分析，只要采取了相应的安全措施，LNG 加气站的规模可以与LNG 气化站相同。但从需求方面来看，由于LNG 加气站多建于城市建成区内，对站外建、构筑物与LNG 加气站内储罐及工艺设施的防火间距要求较高，不易找到满足较大防火间距要求的建设用地。因此，LNG 加气站储罐容积不宜过大。 ③ 设计规范对储存规模的要求 根据GB 50156—2002(2006年版)第3.0.4条的规定，LPG 加气站的储罐总容积不应大于60m 3 ，单罐容积不应大于30m 3 。根据该规范的条文说明，此规模的确定既能满足加气需求，也能保证安全，降低风险，同时也是与相关规范及公安部消防局协调的结果。因此，LNG 加气站储罐的容积规模也应考虑该规范的要求。 ④ 站内用地及消防水系统的要求 根据GB 50156—2002(2006年版)第9.0.1、9.0.5条及GB 50028—2006第9.5.1 条的规定，总容积超过50m 3 或单罐容积超过20m 3 的LPG 或LNG 储罐应设置固定式 消防冷却水系统。若LNG 加气站的储罐设置固定式消防冷却水系统，同时考虑 20L/s 的消火栓消防用水量，则LNG 加气站总消防用水量必然超过25L/s。根据 GB 50016—2006《建筑设计防火规范》第8.6.1条的规定，加气站应设置消防水池及消防泵房。因此，需要较大的用地面积。而LNG 加气站通常建于城市建成区内，很难找到符合要求的用地。另一方面，据了解，国内已建成并投入运行的 LPG 加气站通常采用2～3台单罐容积为20m 3 或30m 3 的埋地式储罐，这可以避免设置储罐固定消防冷却水系统，与站外建、构筑物的防火间距也可以适当减小。而 LNG 储罐为真空绝热储罐，通常为地上式储罐。地下式LNG 储罐在国内尚未有实施的工程实例，国外的工程实例也较少。因此，为了减小加气站的消防用水量，减小占地面积，LNG 加气站储罐的总容积不宜大于50m 3 ，单罐容积不宜大于20m 3 。 ⑤ 储罐的规格 国产LNG 储罐容积通常为20m 3 、30m 3 、50m 3 、100m 3 和200m 3 等，LNG 加气站储罐应尽可能采用常规规格的产品，便于采购。 2.2 储存规模的确定 综合考虑LNG 加气站的加气规模，储存周期，与站外建、构筑物的防火间距，设计规范对储存规模的要求，站内消防水系统的要求，储罐的规格等因素，笔者认为在参照执行GB 50156—2002(2006年版)的前提下，为减小LNG 加气站的用地面积，使加气站更容易实施，LNG 加气站的单罐容积为20m 3 ，总容积为20m 3 或 40m 3 。 2.3 加气站的等级划分 按GB 50156—2002(2006年版)第3.0.4条的规定，LPG 加气站的等级划分见表2，设V 为液化石油气罐总容积。 表2 液化石油气加气站的等级划分 [3] 级别 液化石油气罐容积/m 3 总容积 单罐容积 一级 45＜V≤60 ≤30 二级 30＜V≤45 ≤30 三级 V≤30 ≤30 储罐总容积为40m 3 ，单罐容积为20m 3 的LNG 加气站属于二级站；储罐总容积 为20m 3 ，单罐容积为20m 3 的LNG 加气站属于三级站。 3 LNG 加气站的总图设计 ① 功能分区 根据LNG 加气站的实际情况和生产工艺需求，站区可分为储存区、加气区和站房。储存区的主要设备包括LNG 储罐、LNG 泵、卸车增压器、调饱和器等。加气区由加气机和加气罩棚组成。站房通常由值班室、综合营业厅、仪表配电间、空压机房、办公室等组成。 ② 总图布置 a. 根据GB 50156—2002(2006年版)第5.0.1条的规定，站区工艺设施一侧应设置高2.2m 的非燃烧实体围墙，面向进、出口道路的一侧宜设置非实体围墙，或开敞。 b. LNG 储罐、LNG 泵、卸车增压器、调饱和器等设备布置在高度为1.0m 的围堰内，卸车接头及其阀门可布置在围堰墙体上。 c. 储存区、加气区、站房均独立布置，布置时应注意LNG 泵与LNG 加气机的距离要尽可能短，不宜大于15m。原因是国内LNG 汽车的车辆供气系统未设置气瓶增压器，为了保证供气压力的稳定性，使之能满足发动机的用气压力要求，给车辆加注的LNG 必须为饱和液体。若LNG 泵与LNG 加气机的距离过长，无车辆加气时，管道内剩余的饱和LNG 较多，容易气化，会影响加气并排放大量的气体，造成浪费。 d. LNG 加气站的工艺设施与站外建、构筑物之间的防火距离按GB 50028—2006中LNG 气化站相关的防火间距执行。工艺设施与站内建、构筑物之间的防火距离按GB 50156—2002(2006年版)中LPG 加气站相关的防火间距执行。 LNG 加气站的总图布置见图1。 4 LNG 加气站的工艺设计 4.1 工艺流程 ① 卸车流程 将LNG 由槽车转移至LNG 储罐中，主要有卸车增压器卸车、LNG 泵卸车及两者联合卸车等3种方式 [4] 。卸车增压器卸车的优点是完全采用环境热量，不耗费电能，工艺流程相对简单；缺点是卸车速度比较慢，冬季室外温度较低时尤为明显。LNG 泵卸车的优点是卸车时间较短，工艺流程相对简单；缺点是耗费大量电能，启动前需要对泵进行预冷。卸车增压器和LNG 泵联合卸车的优点是卸车时间比单独采用卸车增压器卸车时间短，耗费的电能比单独采用LNG 泵卸车少；缺点与单独采用LNG 泵相同。 笔者建议LNG 加气站应具有卸车增压器、LNG 泵单独卸车和同时卸车的功能。夏季宜采用卸车增压器卸车，冬季宜采用卸车增压器和LNG 泵联合卸车。 ② 调饱和流程 我国LNG 汽车的车辆供气系统未设置气瓶增压器，为了保证供气压力的稳定性，使之能满足发动机的用气压力要求，车载瓶中的LNG 必须为饱和液体。因此，加气前需要使储罐中的LNG 升温、升压，处于饱和状态。调饱和有3种方式：调饱和器调饱和、LNG 泵调饱和、调饱和器与LNG 泵联合调饱和 [4] 。这3种方式的优缺点与LNG 卸车采用的3种方式的优缺点基本相同。 笔者建议LNG 加气站应采取调饱和器和LNG 泵联合调饱和的方式，可以大大缩短LNG 的调饱和时间，避免加气车辆的长时间等待。 ③ 加气流程 LNG 的加气流程是指LNG 泵将储罐中的LNG 抽出，输送至LNG 加气机，通过 LNG 加气机给汽车加气。 ④ 卸压流程 当储罐压力大于设定值时，打开安全阀，释放储罐中的气体，降低压力，以保证储罐安全，放散的气体通过集中放散管放空。 4.2 主要设备 ① LNG 储罐 LNG 加气站采用的低温压力储罐为真空粉末绝热储罐。储罐分为内罐和外罐两层，内罐材质为0Cr18Ni9，外罐材质为16MnR。内外罐之间采用真空粉末绝热，真空隔热层厚度为250mm。储罐的日蒸发率小于0.25%，充装系数为0.9。储罐上装有高、低液位报警设施，内罐压力高报警设施，超压自动排放罐顶气体的自力式降压调节阀以及安全阀等，以保证储罐的安全。在储罐进、出口的LNG 管道上设有紧急切断阀，当有紧急情况发生时，可迅速关闭阀门，以保证系统安全。 目前，20m 3 真空粉末绝热低温储罐主要为立式和卧式2种形式。立式储罐的优点是占地面积小，罐内液体与LNG 泵的静压头大，有利于LNG 的调饱和及汽车加注；缺点是立式储罐比较高，美观性差。卧式储罐的优点是比较低，美观性好，容易被周围人群接受；缺点是占地面积大，罐内液体与LNG 泵的静压头小。目前国内示范运行的加气站均采用立式储罐，有成功的经验。考虑到有利于汽车加注和LNG 的调饱和，笔者推荐采用立式储罐。 ② LNG 泵 输送LNG 这类低温的易燃介质，不仅要求输送泵能承受低温，而且对其气密性能和电气方面的安全性能要求很高。随着对泵结构、材料等方面的研究有了很大的进展，一种安装在密封容器内的潜液式电动泵在LNG 系统中得到了广泛的应用。其主要特点是将泵与电动机整体安装在一个密封的金属容器内，不需要轴封，也不存在轴封的泄漏问题 [5] 。 通常潜液式电动泵可分为船用泵、汽车燃料泵、LNG 高压泵(罐外泵)和大型储罐的罐内泵。LNG 加气站中，LNG 的转运和加注采用的是汽车燃料泵，其结构紧凑，立式安装，特别适用于汽车燃料加注和低温槽车转运LNG。LNG 泵采用安全的潜液电动机，电动机和泵都浸没在流体中，不需要轴封。在吸入口增加了导 流器，减少流体在吸入口的阻力，防止泵气蚀。LNG 加气站采用的LNG 泵通常为两级离心泵，由一台变频器控制，能适应不同的流量范围，电气元件安装在具有防爆功能的接线盒及其罩壳内，流量为8～340L/min，扬程为15～250m。主要厂家包括美国的ACD 公司、日本的Nikkiso 公司、瑞士的Cryomec 公司等。 ③ LNG 加气机 LNG 加气机是依据直接测量流体介质质量的原理，利用先进的传感和微电脑测控技术，具有高精度、多功能的新型LNG 加液计量装置，主要用于计量充入 LNG 车载瓶的液量。同时，加气机应用微测控技术对计量过程进行自动控制，显示屏直接显示被测液体的流量、单价、金额及加液量累计值，可远程通信，实现计算机中央管理 [6] 。 目前，LNG 加气机多采用进口，其计量方式为单管计量，单枪加气，计量精度为±0.1%，最大质量流量为80.0kg/min，具有温度补偿功能，配带拉断阀。 ④ 调饱和器和卸车增压器 LNG 加气站采用的调饱和器和卸车增压器均为空温式换热器，LNG 通过吸收环境热量达到气化升温的目的，能耗很低。为了提高气化速率和换热效率，调饱和器和卸车增压器的主体通常采用耐低温的铝合金纵向翅片管，且拥有很大的换热面积。其影响因素主要为流量、工作压力、工作周期、大气温度、相对湿度、风力、日照等 [7] 。 笔者建议调饱和器的流量为200m 3 /h，立式安装；卸车增压器的流量为 300m 3 /h，卧式安装。 5 LNG 加气站的公用工程设计 LNG 加气站的公用工程设计主要包括土建设计、电气设计、自控设计和给排水设计，应按照GB 50156—2002(2006年版)第9～11章及GB 50028—2006第9.4、 9.5、9.6条的规定进行设计。 土建设计主要包括站房、设备基础、加气岛、加气罩棚柱、围堰、场地等内容的设计；基本要求有站房耐火等级不小于二级，门、窗向外开等。电气设计主要包括设备的动力用电、站房及站区的照明用电、站区的防雷防静电设计等；基本要求有加气站的供电负荷为三级，但有条件的情况下可设计为二级，罩棚、营业室、配电间等应设置事故照明等。自控设计主要包括设备的控制及状态显示、 加气机的收费系统、可燃气体检测报警系统及低温检测报警装置；基本要求有储罐进出液管应设置紧急切断阀，并与液位控制连锁，在可能发生LNG 泄漏的区域，设置可燃气体和低温泄漏报警装置等。给排水设计主要包括站区的雨水、站房的给水、排水没计；基本要求有围堰内的排水利用管道排出站外时应设置水封井，防止LNG 流入下水道等。 6 LNG 加气站的消防设计 ① 消防水系统 笔者确定的LNG 加气站储罐的总容积为20m 3 或40m 3 ，单罐容积为20m 3 。根据 GB 50156—2002(2006年版)第9.0.1、9.0.5条的规定，LNG 加气站设置移动消防用水装置，消火栓消防用水量按20L/s 考虑。根据GB 50016—2006第8.6.1条规定，加气站无需设置消防水池，利用市政消防设施即可。消防水管网可从市政消防管网接入，要求水流量不小于20L/s，压力不小于0.25MPa。 ② 灭火器材 LNG 加气站应根据GB 50156—2002(2006年版)的要求设置灭火器材，加气区每台加气机设置1只4kg 手提式干粉灭火器；储存区设置35kg 推车式干粉灭火器2 台和8kg 手提式干粉灭火器5台；站房的灭火器材布置应符合GB 50140—2005《建筑灭火器配置设计规范》的规定。 7 结语 为了推动LNG 加气市场的发展，更好地利用LNG 作为清洁汽车燃料的优势，加快LNG 加气站网络化的建设，国家相关部门应尽快组织技术力量编制专门针对 LNG 加气站的设计规范。 参考文献： [1] 周春.LNG 汽车加气站的消防设计方案[J].煤气与热力，2010，30(1)： A39-A41. [2] 中国市政工程华北设计研究院.GB 50028—2006城镇燃气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006：367-368. [3] 中国石化工程建设公司，中国市政工程华北设计研究院，四川石油管理局勘察没计研究院.GB 50156—2002汽车加油加气站设计与施工规范[S].2006年版.北京：中国计划出版社，2006：5. [4] 吴佩英.LNG 汽车加气站设计的探讨[J].煤气与热力，2006，26(9)：7-9. [5] 顾安忠，鲁雪生，汪荣顺，等.液化天然气技术[M].北京：机械工业出版社， 2003：171. [6] 张丽敏，陈福洋.LNG 加气机技术现状[J].煤气与热力，2008，28(7)： B27-B29. [7] 贺红明，林文胜，顾安忠.L-CNG 加气站技术浅析[J].天然气工业，2007， 27(4)：126-128. (本文作者：周春 中机国际工程设计研究院江苏分院 江苏南京 210001)

LNG站设计规范