CNG、L-CNG合建站输差分析和研究

程德才（重庆兴燃能源有限责任公司，重庆 400000）

0 引言

输差管控是衡量场站经营管理水平一个重要的指标。输差的大小不仅直接影响场站的经济效益，也对场站的安全管理具有一定的影响。产生输差的原因众多。针对单一的以管道气为气源的CNG加气站的输差原因分析比较完善[1-3]，而以管道气和LNG双气源的CNG、L-CNG合建站的输差影响因素则未见研究。本文针对CNG常规站和L-CNG的合建站开展输差分析和研究，并提出改善输差的措施和建议。

1 CNG、L-CNG合建站工艺特点

CNG常规站的一般流程是连接城市燃气管网，以管道气为气源，通过调压、计量、增压、脱水后储存在高压储气设施内并进行CNG销售；L-CNG加气站则采取槽车外运LNG的方式，在站内将槽车内LNG卸载到站上低温储罐，LNG经柱塞泵“加压”后气化为CNG，储存在高压储气设施，通过加气机给车辆加气。CNG常规站和L-CNG的合建站则将两套系统合理布局在一个场站。

2 输差分析

鉴于目前管道气结算都是采用标准体积计量，而LNG则以质量计量，CNG销售也以质量计量因此，合建站输差的计算：

式中：ΔQ为场站输差（Nm³）， Qi0为输差计算期内管道气购进气量（Nm³），Qi1为输差计算期内LNG购进气量（t）， P为LNG气化率（Nm³/t），Qx为输差计算期内场站销售量（kg），ρN为车用CNG标准密度（293K，101.325kPa状态下），（kg/m³），重庆为0.6804[4]，∑N1为输差计算期开始时间点场站内管道（以N10表示）和储气设施（以N11表示）内的气体，Nm³，∑N1=N10+N11；∑N2为输差计算期结束时间点场站内管道（以N20表示）和储气设施（以N21表示）内的气体，Nm³，∑N2=N20+N21。

输差主要来自于：计量误差、过程损耗、管道及储气井气量差异和计算“偏差”。

2.1 计量误差

合建站流量计包含：管道气系统进气体积流量计、CNG加气机的质量流量计、L-CNG系统的地磅。

管道气进气计量广泛采用罗茨流量计，计量精度为±1.5%，对气源的气质要求较高，若气源脏，含水量高，则计量偏大[5]。

LNG计量则主要采用在液化工厂的地磅，以磅单作为结算依据，买方可通过地磅或其他法定计量仪器、设备复核。地磅最大允许误差在±0.15%以内[6]。

加气机采用质量流量计，基于科里奥利力原理，直接测量气体的质量流量，受气体密度、压力和温度影响较小，按国家计量检定规程，加气机质量流量计计量误差是±1%[7]。

合建站采用不同的计量仪器，法定计量误差的差异在一定程度上会引入输差。

2.2 过程损耗

工艺系统中过程损耗主要有两个方面：正常损耗和非正常损耗。

正常损耗指由于设备工艺或生产工艺要求，在正常生产过程中必须发生的、无法回收的对系统外的排放。非正常损耗指的是由于操作过程未严格遵守操作规程或工艺缺陷导致的损耗，可以通过对工艺系统的设计改进和操作规程的严格执行来避免。

2.2.1 正常损耗

正常损耗包含：排污、工艺放空、活动部件泄漏。

（1）排污

压缩机、干燥塔、废气罐、储气井和售气机排污。

（2）工艺放空

设备启停阶段自动卸压以及由于工艺特点无法回收的放空气体。

CNG常规站工艺系统：①停机后压缩机排空；②干燥塔排空。

L-CNG工艺系统：①卸车完成软管中残留LNG和BOG的放空；②卸完液后管道中残留LNG、BOG的放空；③柱塞泵运行前、中和停机的泄压排空。

（3）活动部件的泄露

运动部件无法实现100%密封，比如压缩机活塞、柱塞泵活塞杆处都会有一定的泄露。

2.2.2 非正常损耗

L-CNG加气站主要采用增压卸车方式。卸车环节导致的输差包含两个方面：

（1）槽车中的残余LNG

L-CNG加气站一般未设置地磅等卸车计量装置。是否卸车完成，依靠场站操作人员的判断：软管内无流动声音，槽车液位计归零，软管表面结冰状况减少等。残余量的多少与卸车增压操作流程和场地坡度、卸车台与槽车出液口法兰中心线高差等有直接的关系。往往槽车中都有LNG的残留，最大可达到几百公斤。

（2）槽车中的BOG

在卸车过程中必须依靠BOG将槽车压力增高，保持对储罐的0.2MPa以上的正压差。也就导致卸车完成后槽车中剩余压力在0.3～0.5MPa，按一般0.1Mpa要求，未能回收利用的BOG量达到150～300kg[8]。

2.2.3 过程损耗统计

各环节的损失情况如表1所示。

表1 各环节的损失情况

2.3 管道及储气井气量差异

CNG进入储气设施，储气设施供应加气机后对车进行加气。根据气体状态方程，天然气密度与温度相关，密度越低相应的密度越大。在输差计算的起止时间点上，储气井内气体温度不一样将导致同样压力状态下储气井内气体的量的差异。

2.4 计算偏差

LNG购进按质量计量，根据JJG996-2012《压缩天然气加气机检定规程》的要求，CNG销售按质量结算，管道气购进是按体积计量，在核算输差时就必须进行单位的统一。

在进行输差计算中，质量和体积的换算会由于选取的标准密度与实际气体密度的差异引入“虚拟输差”（实际不存在，运行报表上才有的输差值），“虚拟输差”大小决定于LNG气化后的密度和LNG的占比、管道气的密度等。

3 输差管控措施

（1）严格执行排污操作，加强对气质的监测。对场站来说，设备运行中的排污和放空是输差的一个来源，而这部分只占0.5%以下。正常的排污是保证气质的重要措施，气质的稳定和“干净”对流量计精度有直接影响，流量计精度变动带来的输差是直接影响场站经营效益的。

（2）减少设备启停次数和故障停机次数。压缩机、柱塞泵在启停都会存在放空的情况，尤其是柱塞泵还需要预冷等，启停次数增加对于设备磨损会加大，也会增加放空量，增加输差。在合理配置储气设施和设备产能的基础上，要合理安排设备运行调配。加强设备的维护保养，减少故障停机次数，也能减少放空量。

（3）通过操作规程和工艺优化，回收槽车中的BOG至0.1～0.2MPa，降低卸车过程的输差。针对合建站，LNG卸车损失和计算输差占了较大比重。可在卸车处增设卸车计量装置，实时、单车核算卸车输差。

（4）控制系统运行压力，减少和避免安全阀超压起跳，并加强对安全阀出口的泄漏监测。加气站是将低压转变为高压的过程，活动部件必然存在一定的“渗漏”，除此之外，跑冒滴漏是造成输差的一个重要来源，法兰、阀门、活塞等处是泄漏的高发部位，加强对这些部位的泄漏检测，按技术要求进行操作和维保，避免或降低泄漏量。尤其加强对安全阀的监测，安全阀出口端直接连接放空管，加气站的安全阀基本为弹簧安全阀，多次起跳后密封性能降低，直接进入放空管，往往无法第一时间发现。

4 结语

加气站输差直接反应场站设施设备运行和管理水平，是一项重要的工作，对于实际产生的输差，可通过排污提升和保证气质、降低卸车损耗、强化法兰及安全阀等部位的检查维护能降低输差，提高经济效益；但由于购进和销售采取的计量单位的差异，在计算输差时的单位换算由于选用的密度和实际密度的差异引入“虚拟误差”，则可通过财务管理的方式来平衡或可通过具有检测资质的机构对密度进行复核和修正。