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常见LPG汽车加气站工艺方案
newmaker
1 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的决心,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。
经过几年的摸索的实践,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,以生互相撞击而形成“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”。只是我们如何降低它的发生几率。
2 地下罐地面方案
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输送到汽车加气机,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。其多给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拜谢管线排出,不会造成背压。这种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。由于叶轮数量越多,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。这不但减少了金属部的磨擦机会,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,运行噪音很大。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——气体混合物,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,以期限达到: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,有利于管内气体的排出。
(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低阀或止回阀,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、一次投稿成本低,是经济实用的方案之一。
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的很多,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,恢复与之相连的工艺管线、阀门等,增加了工时及费用。
(2) 投资大
潜液泵再生涡轮式烃泵,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筒简单;对泵的抗气蚀能力要求不高,无须采用进口特殊烃泵。但其最大的缺点是占地面积大,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,已在撬装简易加气泵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 结论
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。(end)
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(2/22/2005)
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