燃油汽车作为空气污染的显著贡献者之一，随着国家对环境保护力度的增强，采用清洁能源的天然气汽车逐渐崭露头角，并促进了相关基础设施——天然气汽车加气站的快速发展。特别是LNG/L-CNG双模式汽车加气站，因其能同时服务于LNG和CNG汽车，成为推广和建设的热点。
针对上述问题，新型卧式虹吸深冷液体贮罐在LNG/L-CNG加气站中的应用显得尤为重要。这一创新设计不仅能够有效解决传统贮罐的种种弊端，还通过优化结构提升了储存效率与安全性，为天然气汽车的广泛应用提供了更加坚实的技术支撑。
1 LNG/L-CNG 加气站的流程
LNG/L-CNG 加气站流程分为 LNG 加注部分和 CNG 加注部分。LNG/L-CNG 加气站加气工艺流程如图 1 所示。LNG/L-CNG 加气站及其虹吸贮罐与低温高压柱塞泵、低温潜液泵的布置如图 2、图 3 所示。
1.1 LNG 加注部分
卧式虹吸深冷液体贮罐→ LNG 潜液泵→ LNG 加气机→ LNG 车用气瓶
1.2 CNG 加注部分
卧式虹吸深冷液体贮罐→低温高压柱塞泵→高压气化器→顺序控制盘 储气瓶组→ CNG 加气机→ CNG 车用气瓶
1. 卧式虹吸深冷液体贮罐；2.LNG 潜液泵；3. 低温高压柱塞泵；
4. 高压气化器；5. 顺序控制盘；6. 高压储气瓶组；7.CNG 加气机；
8.CNG 车用气瓶；9.LNG 加气机；10-LNG 车用气瓶
图 2 LNG/L-CNG 加气站
图 3 LNG/L-CNG 加气站中虹吸贮罐与低温高压柱塞泵、
低温潜液泵的布置
2 卧式虹吸深冷液体贮罐与低温高压柱塞泵的连接方式及其工作原理
卧式虹吸深冷液体贮罐的精巧设计，融合了卧式罐体与独特的虹吸系统，其特点在于罐体筒体段的底部巧妙设置了向下延伸的虹吸包。这一设计亮点在于，虹吸包上分别连接了虹吸供液管与虹吸返回管，两者均通过高效的真空绝热管道与低温高压柱塞泵紧密相连，具体布局如图4清晰展示。
在运作过程中，罐内储存的液化天然气首先通过虹吸供液管及真空绝热管道顺畅流入柱塞泵。这段管道卓越的绝热性能，确保了泵体入口处液化天然气维持足够的静压头，并保持在过冷状态，从而有效预防了泵体启动初期可能因气蚀而受损的风险。此外，这一设计还确保了卧式罐体内液体的全面利用，避免了因液位或静压头限制导致的液体残留，进而减少了经济损失。
进入泵体后的液化天然气被分为两股流向：一股直接进入泵腔，经过加压处理后，从泵的出液口高压输出至后续管路；另一股则在泵体的进液腔内，因吸热及泵运行过程中产生的微小气泡，形成气液两相流。这股混合流体随后通过泵体顶部的回气管，沿着真空管道及虹吸返回管，被引导回贮罐底部的液相区域。在罐体内，这股流体继续上升直至液体表面，在此过程中，部分饱和气体得以液化，有效降低了卧式罐体内的整体压力，显著减少了因压力上升而需排放的气体量，从而避免了不必要的资源浪费。
图 4 卧式虹吸深冷液体贮罐与低温高压柱塞泵的连接方式
为了提高常规贮罐中液化天然气进入柱塞泵时的静压头，设计时常需采取将卧式罐体底部垫高的安装方法。然而，这样的设计在实际操作中却引发了一系列问题。当贮罐内的液体流经泵进液腔时，由于液体受热以及与泵的运行产生的相互作用，会形成气液混合物。这些混合物随后会通过气相管倒流回贮罐顶部的气相空间，这一过程导致了贮罐气相空间内压力的迅速累积。当压力达到一定程度时，若未能及时调节或释放，极易触发贮罐的超压排放机制，造成液化天然气的浪费，同时也可能带来安全隐患，具体情景如图5所示。
图 5 普通卧式深冷液体贮罐与低温高压柱塞泵的连接方式
卧式虹吸深冷液体贮罐巧妙运用了自然界的虹吸原理，即利用液态分子间的引力与位能差异，实现液体从低位向高位再流向更低处的自然流动。此现象基于不同管口间的大气压力差，驱使液体从高压侧流向低压侧，直至两侧压力均衡且液面齐平，流动方告停止。在卧式虹吸深冷液体贮罐中，虹吸包与精心设计的虹吸管道系统共同协作，显著增大了罐内液体与泵体之间的液位高度差，进而扩大了两者间的压力差异。
当液体进入泵体后，泵体进液腔内的吸热过程促使部分液体汽化形成气泡，这些气泡与饱和液体一同通过回气口进入虹吸返回管道，形成独特的气液两相流。在此两相流中，泵进口处静液位的液体与流动中的两相流之间存在显著的密度差异，这种差异为液体提供了额外的驱动力，使其能够更顺畅地克服重力与阻力，通过液位差与密度差的共同作用，直接流入泵体内部。这一过程确保了深冷低温泵体在启动及运行过程中的稳定供液，有效防止了泵的气蚀与损坏。
卧式虹吸深冷液体贮罐在设计上实现了与低温高压柱塞泵底座的等高安装，无需额外抬高罐体底部，这一创新不仅简化了安装流程，还显著降低了LNG/L-CNG加气站的土建建设成本。此外，该贮罐的底部撬装设计还便于同时安装低温离心泵，有效缩短了泵与罐体之间的管线距离，为LNG/L-CNG加气站内不同功能泵的灵活布局提供了便利。
3 卧式虹吸深冷液体贮罐应用在 LNG/L-CNG 加气站的优点
首先，卧式虹吸深冷液体贮罐通过其独特设计，确保了罐内液化天然气得到最大程度的利用，有效减少了资源浪费，提升了经济效益。其次，该贮罐与低温泵的连接方式使得泵体即便在贮罐压力极低（如0.7bar）的工况下也能顺利启动，无需额外增压设备，简化了操作流程。
再者，虹吸原理的应用使得低温高压泵能够迅速启动，显著降低了泵体在启动过程中因气蚀现象而受损的风险，从而大大延长了泵体的使用寿命，降低了维护成本。同时，这一设计还最大限度地减少了泵体启动过程中产生的气体损失，提升了系统的整体效率。
此外，卧式虹吸深冷液体贮罐的灵活性在于它能够同时连接并驱动低压泵与高压泵，且两者可并行工作，互不干扰，极大地提高了加气站的工作效率与处理能力。最后，从建设成本角度考虑，该贮罐在加气站中的应用无需对底部进行额外加高处理，与低温泵的连接更为便捷且紧凑，有效降低了场站的土建施工成本，为投资者带来了更为可观的经济效益。
4 总结
本文深入剖析了卧式虹吸深冷液体贮罐的独特结构特征，并详尽阐述了其在LNG/L-CNG领域应用时所展现的诸多优势。该贮罐通过创新的虹吸设计，不仅优化了液化天然气的储存与输送效率，还显著提升了加气站的整体性能。
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