LNG加氣站BOG分析及降低措施

王家甫

一、LNG加氣站BOG大量放散的主要原因

BOG是指LNG液體在臨界溫度以下加壓被氣化后的低溫氣體。由于目前的制造設(shè)備、材料、工藝水平難以與環(huán)境絕對(duì)絕熱，LNG低溫液體吸收環(huán)境熱量而蒸發(fā)產(chǎn)生的BOG氣體不可避免。

通常，連接管網(wǎng)的LNG加氣站BOG通過壓縮機(jī)直接加壓到燃?xì)夤芫W(wǎng)所需壓力后，輸入城市管網(wǎng);未連接管網(wǎng)的L-CNG加氣站可將BOG回收到高壓氣井（或瓶組）內(nèi)，作為CNG補(bǔ)充裝置;以上2種情況不產(chǎn)生BOG的浪費(fèi)。未連接管網(wǎng)的LNG加氣站在場(chǎng)站儲(chǔ)罐內(nèi)壓力接近設(shè)定的安全放散壓力時(shí)，通過站內(nèi)管道放空掉。會(huì)產(chǎn)生BOG的放散浪費(fèi)，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此本課題研究對(duì)象是未連接管網(wǎng)的LNG固定站。

1. LNG儲(chǔ)罐充裝間隔期與BOG放散量關(guān)系

經(jīng)調(diào)研，LNG儲(chǔ)罐充裝間隔期越長(zhǎng)，LNG通過儲(chǔ)罐、潛液泵等設(shè)備及工藝管道與外部發(fā)生熱交換越多，BOG產(chǎn)生的放散量越大。集團(tuán)對(duì)所屬加氣站的運(yùn)行數(shù)據(jù)有月度統(tǒng)計(jì)報(bào)表，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中有輸差這一項(xiàng)。LNG場(chǎng)站輸差產(chǎn)生的原因比較多，但產(chǎn)生的主要原因是BOG的放散。因此，本研究以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中的輸差作為BOG的放散量。根據(jù)中燃集團(tuán)LNG加氣站信息統(tǒng)計(jì)表和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)，得出的儲(chǔ)罐充裝間隔期與場(chǎng)站BOG放散量相關(guān)情況見表1。

從上表可以看出，未連接管網(wǎng)的LNG加氣站儲(chǔ)罐充裝間隔期與場(chǎng)站BOG放散量基本成正比關(guān)系，間隔期越長(zhǎng)，BOG放散量越大。

2. 罐內(nèi)壓力變化對(duì)BOG放散量影響的理論分析

LNG在不同溫度下的飽和壓力見圖2。從圖中可以看出，LNG壓力越大，對(duì)應(yīng)的飽和溫度越高。當(dāng)儲(chǔ)罐罐內(nèi)壓力達(dá)到1.2MPa時(shí)，LNG的飽和溫度為-118℃。

集團(tuán)大部分LNG加氣站儲(chǔ)罐的安全放散設(shè)定壓力為1.2MPa，但實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)儲(chǔ)罐壓力接近達(dá)到1.2MPa放散BOG時(shí)，罐內(nèi)LNG的溫度并沒有達(dá)到-118℃，而是在-130℃附近，此時(shí)的飽和壓力應(yīng)該在0.7MPa左右。這表明儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG氣相和液相并不是飽和的，儲(chǔ)罐上部氣相過熱。如果此時(shí)從儲(chǔ)罐上部注入過冷LNG，儲(chǔ)罐內(nèi)的氣相會(huì)被迅速液化從而降低儲(chǔ)罐壓力，可以有效避免BOG的放散。因此，BOG的產(chǎn)生是不可避免的，但由于儲(chǔ)罐可以承受一定的壓力，BOG的放散卻是可以避免的。

3.運(yùn)行中的LNG儲(chǔ)罐壓力變化

圖3為云夢(mèng)曾店加氣站5月1日-11日儲(chǔ)罐出口壓力變化趨勢(shì)圖。從圖中看出，儲(chǔ)罐在剛充裝LNG后壓力為最低值，罐內(nèi)壓力隨著加氣時(shí)間的延長(zhǎng)不斷升高。在壓力達(dá)到0.7MPa以上后，通過再次充裝LNG使罐內(nèi)壓力降到低位0.35MPa～0.4MPa。

在罐內(nèi)壓力達(dá)到一定值時(shí)，云夢(mèng)曾店站通過及時(shí)充裝LNG避免了場(chǎng)站BOG放散損失。6月份LNG月銷量211噸，場(chǎng)站BOG放散量造成的輸差為-0.27噸（負(fù)輸差來源于來往加氣的公交車、大巴車回氣）。

4. 小結(jié)

綜上，LNG加氣站BOG大量放散主要是由于場(chǎng)站日銷氣量少，儲(chǔ)罐充裝間隔期較長(zhǎng)，隨著罐內(nèi)壓力的升高，儲(chǔ)罐必須放散BOG降壓而產(chǎn)生損失。

二、降低BOG放散的首要措施

經(jīng)前面的分析，為降低BOG大量放散，對(duì)于日均銷氣量較少的場(chǎng)站，首先的措施是需要加大市場(chǎng)開發(fā)力度，增加日銷氣量，從而使LNG充裝間隔控制在4天以內(nèi)。

若日銷氣量難以迅速提高，縮短儲(chǔ)罐充裝間隔期意味著減少儲(chǔ)罐的每次充裝量，可以考慮LNG槽車在相鄰場(chǎng)站間依據(jù)用氣情況分卸LNG。從表1可以看出，若LNG槽車分卸措施得到實(shí)施，儲(chǔ)罐充裝間隔期縮短到4天以內(nèi)，可以極大地降低BOG放散量。

對(duì)LNG槽車進(jìn)行分卸，需要統(tǒng)籌考慮LNG加氣站日銷氣量、運(yùn)輸成本及節(jié)省的BOG費(fèi)用等以確定經(jīng)濟(jì)合理性。下面就分卸的兩種情形分別進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性計(jì)算。

情形1.A站無BOG放散，B站有BOG放散

如圖4所示，A、B兩個(gè)LNG加氣站：A站無BOG放散，日銷氣量A噸/天，B站BOG放散G噸/年，日銷氣量B噸/天。無分卸時(shí)，A城市LNG到站價(jià)PA元/噸，B城市LNG到站價(jià)PB元/噸。運(yùn)輸?shù)牟圮嚍?0噸/車的槽車。如果選擇同一槽車對(duì)2個(gè)站分卸，整車的價(jià)格變?yōu)镻C元/噸。因?yàn)锳站本無BOG放散，不應(yīng)承擔(dān)分卸所產(chǎn)生的運(yùn)輸成

本增加，因此，A站LNG到站價(jià)扔按PA元/噸，每次分卸 噸;B站每次分卸 噸，卸后無BOG放散損失，但需承擔(dān)所有的由于分卸所產(chǎn)生的額外運(yùn)輸成本。

如果k>0，分卸方案是經(jīng)濟(jì)的，k<0，分卸方案是不經(jīng)濟(jì)的。

考慮某案例，假定：A站到站價(jià)為PA=3880元/噸，B站到站價(jià)PB=3880元/噸，分卸價(jià)PC=3900元/噸;A站日銷氣量A=6噸/天，B站日銷氣量B=4噸/天;B站年BOG放散量G=29.2噸/年（日均BOG放散量80kg）。經(jīng)計(jì)算，不分卸與分卸的LNG年總成本差值：k=39796元，分卸方案是經(jīng)濟(jì)的。若方案中分卸價(jià)PC=3930元/噸，則不分卸與分卸的LNG年總成本差值k= -69204元，分卸方案是不經(jīng)濟(jì)的。

情形2：兩個(gè)加氣站均有BOG放散

如圖5所示，考慮A、B兩個(gè)LNG加氣站：A站BOG放散GA噸/年，日銷氣量A噸/天，LNG到站價(jià)PA元/噸;B站BOG放散GB噸/年，日銷氣量B噸/天，LNG到站價(jià)PB元/噸。如果采取分卸措施，LNG整車到站價(jià)PC元/噸。分卸時(shí)，A站每次分卸 噸，B站每次分卸 噸，A、B站分卸后均無BOG放散損失。分卸增加的運(yùn)輸成本由A站和B站共同承擔(dān)。

如果k>0，則分卸方案是經(jīng)濟(jì)的，k<0，分卸方案是不經(jīng)濟(jì)的。

考慮某案例，假定：A站到站價(jià)PA=3880元/噸，B站到站價(jià)PB=3880元/噸，分卸價(jià)PC=3930元/噸;A站日銷氣量A=3噸/天，B站日銷氣量B=3噸/天;A站年BOG放散量GA=29.2噸/年（日均BOG放散量80kg），B站年BOG放散量GB=29.2噸/年。經(jīng)計(jì)算，不分卸LNG年總成本與分卸LNG年總成本差值：k=117092元，分卸方案是經(jīng)濟(jì)的。若方案中分卸價(jià)PC=4000元/噸，得出的不分卸與分卸的LNG年總成本差值k= -36208元，分卸方案是不經(jīng)濟(jì)的。

1.設(shè)計(jì)方面

場(chǎng)站布置時(shí)在滿足相關(guān)規(guī)范安全距離要求的情況下，盡量縮短泵與儲(chǔ)罐管口的工藝管道直線距離，最好在3m以下。工藝管路設(shè)計(jì)不合理，會(huì)增大流體流動(dòng)時(shí)的阻力，增加設(shè)備運(yùn)行時(shí)的放散量。

回氣管線還應(yīng)設(shè)置一定的坡度，由于泵運(yùn)行過程中，管道會(huì)一直從外部吸熱，產(chǎn)生氣泡回儲(chǔ)罐，設(shè)置坡度后，氣泡在LNG浮力作用下將沿管道方向產(chǎn)生一個(gè)分力，克服管道摩擦力回到儲(chǔ)罐，使回氣速度更快。

2.設(shè)備及工藝管道方面

（1）定期檢驗(yàn)真空設(shè)備及真空管道的真空度，不合格時(shí)重新抽真空，使設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)。

（2）LNG管道最大工作壓力一般為1.6MPa，項(xiàng)目公司儲(chǔ)罐工作壓力一般設(shè)定為0.6-0.8MPa，將儲(chǔ)罐的最大工作壓力提高至1.0MPa-1.2MPa，可增加儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存時(shí)間，減少BOG的排放。

（3）設(shè)備及工藝管道做好保溫措施，減少設(shè)備內(nèi)部與外部法神緩慢的熱交換，造成BOG的產(chǎn)生。進(jìn)液及回氣管線盡量采用真空管道，如果條件不允許的情況下采用保溫處理。下圖為工藝管道閥門接口處結(jié)冰現(xiàn)象圖。

3.加氣車輛集中加液

在加氣車輛一定的情況下，加氣車輛越集中，工藝管路及潛液泵與外界熱交換越少，BOG放散量越少。

4.設(shè)備停機(jī)時(shí)的操作

因設(shè)備加氣完成后，泵會(huì)停止運(yùn)行，這時(shí)候，泵池及管道中會(huì)有許多殘留液體，這部分液體氣化速度相當(dāng)快，如果停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)的時(shí)候可以用以下操作減少BOG的放散：將儲(chǔ)罐所有氣相根部閥關(guān)閉，液相根部閥打開，管道及泵池內(nèi)壓力上升時(shí)，LNG會(huì)被壓回儲(chǔ)罐，因管道及泵池的吸熱率比儲(chǔ)罐的吸熱率高得多，這也達(dá)到了減少BOG的目的。

四、結(jié)論

1.LNG加氣站BOG大量放散的主要原因?yàn)閳?chǎng)站日銷氣量少，加氣站儲(chǔ)罐充裝間隔期較長(zhǎng)，罐內(nèi)壓力達(dá)到安全設(shè)定壓力前沒有及時(shí)充裝LNG將儲(chǔ)罐壓力降下來。

2.加氣站充裝間隔期控制在4天以內(nèi)，可以降低BOG的大量放散。

五、建議

1.BOG放散量大的場(chǎng)站，基本都是銷氣量小的項(xiàng)目。項(xiàng)目公司應(yīng)該加大市場(chǎng)開發(fā)力度，增加日銷氣量，從而避免BOG的放散。

2.若短期內(nèi)銷氣量難以迅速提高，則應(yīng)以包含BOG放散損失的總采購(gòu)成本最低為目標(biāo)，減少每次充裝的充氣量，為此，可考慮與相鄰的加氣站采用同一槽車分卸LNG。

3.采用同一槽車分卸LNG會(huì)產(chǎn)生運(yùn)輸成本的增加，此時(shí)須針對(duì)項(xiàng)目的具體情況（相鄰場(chǎng)站的距離，BOG量的多少，運(yùn)輸成本的增加額等）具體分析分卸的經(jīng)濟(jì)性。相關(guān)的分析方法可參考本研究的分析案例。