LNG加氣站BOG回收工藝方案

高黎敏， 袁 輝， 高 煒

(陜西省燃?xì)庠O(shè)計(jì)院有限公司，陜西西安710043)

1 概述

隨著天然氣產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，BOG回收成為不少業(yè)主關(guān)注的焦點(diǎn)。LNG槽車在LNG加氣站、LNG氣化站、LNG儲配站卸車完成后，槽車壓力約0.4 MPa。LNG槽車重新裝車時，需要排放掉LNG槽車內(nèi)的BOG，造成了很大的浪費(fèi)。因此，部分企業(yè)考慮將LNG槽車BOG進(jìn)行回收，輸送至城市燃?xì)夤芫W(wǎng)。而城市燃?xì)夤芫W(wǎng)壓力一般在0.3～0.6 MPa，如果靠槽車自身壓力輸送至管網(wǎng)，只能回收一小部分BOG；如果通過BOG壓縮機(jī)回收，可以將LNG槽車壓力降至0.1 MPa。回收LNG槽車BOG，可以避免直接排放，減少天然氣損耗，增加企業(yè)效益，因此，回收LNG槽車BOG受到不少業(yè)主的青睞。

通常LNG加氣站BOG回收方式有4種：

① 用于站內(nèi)供暖、供生活熱水；

② 注入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)；

③ BOG壓縮后作為CNG進(jìn)行利用；

④ BOG冷凝再液化。

第1種方式為LNG加氣站常見的BOG回收方式，在站內(nèi)工藝區(qū)設(shè)置1臺BOG回收橇，一般為集成設(shè)備，BOG回收橇內(nèi)含1臺BOG加熱器、1臺水浴式復(fù)熱器、1臺加臭機(jī)及1臺調(diào)壓器等，用于回收站內(nèi)產(chǎn)生的BOG，作為燃?xì)夤┡療崴疇t的燃料氣，用于站內(nèi)供暖、供生活熱水。

第2種方式，由于部分LNG加氣站周邊無城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，或者因BOG量少且間歇性排放，不能作為穩(wěn)定氣源，燃?xì)夤芫W(wǎng)公司不同意將BOG注入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)。

第3種方式，需要增加1臺CNG壓縮機(jī)、1臺BOG加熱器、1臺水浴式復(fù)熱器、1臺加臭機(jī)及1臺調(diào)壓器。關(guān)鍵是還需要有接收意向的下游用戶。

第4種方式，多見于天然氣液化工廠或大型LNG儲配站、LNG接收站。由于LNG加氣站的LNG儲存規(guī)模小，產(chǎn)生的BOG量少，且冷凝再液化裝置造價較高，因此，在LNG加氣站中BOG通過冷凝再液化的方式轉(zhuǎn)化為LNG的回收利用工程不多見[1]。

目前LNG加氣站BOG回收主要用于站內(nèi)供暖、供生活熱水，北方城市的LNG加氣站一般設(shè)有這類BOG回收橇。南方城市的LNG加氣站，由于冬季溫度適宜，不需要供暖，因此，一般不設(shè)置BOG回收橇，BOG只能直接排放掉，形成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。本文結(jié)合某三級LNG加氣站技改項(xiàng)目實(shí)際情況，探討B(tài)OG回收工藝方案。

2 項(xiàng)目簡介

本文未特殊說明時，天然氣的狀態(tài)均指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(溫度為0 ℃，壓力為101.325 kPa)。

本項(xiàng)目為三級LNG加氣站技改項(xiàng)目，加氣站日加氣規(guī)模為2×104m3/d，站內(nèi)原有工藝設(shè)施主要配置如下：1臺60 m3的臥式LNG儲罐、2臺340 L/min的LNG潛液泵(含泵池)、1臺300 m3/h的卸車/儲罐增壓器、1臺150 m3/h的EAG加熱器、2臺180 L/min的LNG加氣機(jī)以及控制系統(tǒng)、放散系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和儀表風(fēng)系統(tǒng)等。本次改擴(kuò)建在原有工藝設(shè)施基礎(chǔ)上增加BOG回收工藝設(shè)施，主要回收LNG加氣站BOG及外來槽車BOG，回收的BOG輸送至城市燃?xì)夤芫W(wǎng)。

LNG加氣站儲罐BOG壓力一般控制在0.6～0.8 MPa，最大工作壓力為1.0 MPa。外來槽車BOG壓力為0.4 MPa，每天回收約15～20輛槽車BOG。

外來LNG槽車，指LNG槽車在其他LNG加氣站、氣化站卸完車后，來本站進(jìn)行BOG回收的槽車。本站LNG槽車，指在本站卸車的LNG槽車。

3 工藝方案

3.1 BOG量計(jì)算

3.1.1 外來槽車BOG量的計(jì)算

LNG槽車容積為50 m3，槽車壓力為0.4 MPa，經(jīng)回收后壓力可降低至0.1 MPa。槽車BOG經(jīng)BOG加熱器加熱，水浴式復(fù)熱器復(fù)熱，再經(jīng)BOG壓縮機(jī)加壓后回收至城市燃?xì)夤芫W(wǎng)。

BOG量可用Aspen HYSYS V11模擬計(jì)算，模擬過程為：槽車BOG通過減壓器將壓力由0.4 MPa減至0.1 MPa，然后分成兩部分，一部分相當(dāng)于回收后槽車剩余的BOG，一部分為可以回收的BOG。

模擬邊界條件為：槽車BOG溫度為-143 ℃，槽車BOG壓力為0.4 MPa，回收BOG后槽車剩余的BOG壓力為0.1 MPa。

用Aspen HYSYS V11模擬時，需要輸入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：

外來槽車的BOG組成，見表1。

表1 BOG組成

外來槽車的BOG壓力(測定值)，為0.4 MPa。

外來槽車的BOG溫度(測定值)，為-143 ℃。

外來槽車的BOG在減壓前的工況體積等于槽車容積，為50 m3。

外來槽車的BOG在減壓后的體積相當(dāng)于回收后槽車剩余的BOG的工況體積。由于槽車容積為50 m3，回收后槽車剩余的BOG的工況體積為50 m3。

經(jīng)軟件模擬，可以計(jì)算出回收的BOG的溫度、工況體積。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 外來槽車BOG量模擬計(jì)算數(shù)據(jù)

根據(jù)Aspen HYSYS V11模擬結(jié)果，回收的BOG量，即在0.1 MPa、-148 ℃狀態(tài)下，BOG的體積為75 m3，折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的BOG體積為350 m3。

因此，回收1輛LNG槽車，可以回收的BOG量為350 m3，外來LNG槽車每天約15～20輛來本站進(jìn)行BOG回收，則每天可以回收的BOG量為5 250～7 000 m3。

3.1.2 LNG加氣站BOG量的計(jì)算

LNG加氣站BOG主要來源于LNG槽車在本站卸車后回氣和站內(nèi)LNG儲罐、管道等的自然蒸發(fā)。

① LNG槽車卸車產(chǎn)生的BOG量

單輛LNG槽車卸車產(chǎn)生的BOG量與前文外來槽車BOG量相同，即卸1輛LNG槽車產(chǎn)生的BOG量為350 m3。LNG槽車容積為50 m3，卸車前槽車裝滿LNG時，槽車LNG壓力約0.1～0.2 MPa。LNG加氣站儲罐壓力約0.8 MPa，卸車前應(yīng)先將LNG槽車氣相空間與LNG加氣站儲罐氣相空間相連通，進(jìn)行氣相平衡后再卸車。卸車一般采用卸車增壓器和LNG潛液泵聯(lián)合卸車，卸完車后LNG槽車壓力約0.4 MPa。如果卸完車LNG加氣站LNG儲罐壓力較低，小于0.4 MPa時，可以通過LNG儲罐下進(jìn)液管道回收少量BOG。根據(jù)部分已運(yùn)營的LNG加氣站現(xiàn)場數(shù)據(jù)，一般卸完車后LNG加氣站LNG儲罐壓力基本維持在0.4 MPa左右，因此，槽車BOG很難回收至LNG儲罐，基本都被槽車帶走或者現(xiàn)場排放掉。

本站每天卸1輛LNG槽車，則每天LNG槽車卸車產(chǎn)生的BOG量為350 m3。

② 儲罐日常蒸發(fā)BOG量

經(jīng)估算，60 m3的LNG儲罐每日蒸發(fā)產(chǎn)生的BOG量為110 m3。

③ 管道日常蒸發(fā)BOG量

管道日常蒸發(fā)產(chǎn)生的BOG回至LNG儲罐，且量較少。經(jīng)估算，管道每日蒸發(fā)產(chǎn)生的BOG量約10 m3。

④ LNG車載儲氣瓶回氣BOG量

由于LNG車載儲氣瓶回氣BOG量較少，本文忽略不計(jì)。

⑤ LNG加氣站BOG量分類匯總

綜上所述，LNG加氣站產(chǎn)生的BOG量分兩部分，一部分為LNG槽車卸車產(chǎn)生的BOG，每天卸1輛LNG槽車產(chǎn)生的BOG量為350 m3；另一部分為LNG加氣站LNG儲罐、管道日常蒸發(fā)產(chǎn)生的BOG，每日為120 m3。二者合計(jì)為470 m3。

3.2 工藝方案

LNG槽車工作壓力為0.4 MPa，LNG加氣站LNG儲罐工作壓力為0.6～1.0 MPa，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)工作壓力為0.6 MPa，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)計(jì)壓力為0.7 MPa。根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了以下工藝方案。該方案的工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

LNG槽車BOG回收：LNG槽車BOG經(jīng)BOG加熱器加熱。當(dāng)BOG加熱器出口溫度≥-19 ℃時，可以直接進(jìn)入BOG壓縮機(jī)，壓縮后輸送至城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，BOG壓縮機(jī)出口壓力為0.6 MPa。用Aspen HYSYS V11模擬可知，當(dāng)壓力由0.4 MPa增壓至0.6 MPa時，溫度由-19 ℃升至10 ℃左右。當(dāng)BOG加熱器出口溫度<-19 ℃時，經(jīng)水浴式復(fù)熱器復(fù)熱后，使BOG溫度升至-19 ℃以上，然后再進(jìn)入BOG壓縮機(jī)，壓縮后輸送至城市燃?xì)夤芫W(wǎng)。

LNG加氣站儲罐BOG回收：當(dāng)LNG加氣站儲罐壓力>1.0 MPa時，開啟BOG出口總管緊急氣動切斷閥，BOG經(jīng)BOG加熱器加熱。當(dāng)BOG加熱器出口溫度≥5 ℃時，進(jìn)入調(diào)壓器，調(diào)壓至0.6 MPa，然后輸送至城市燃?xì)夤芫W(wǎng)；當(dāng)BOG加熱器出口溫度<5 ℃時，經(jīng)水浴式復(fù)熱器復(fù)熱，使BOG升溫至5 ℃以上，進(jìn)入調(diào)壓器，調(diào)壓至0.6 MPa，然后輸送至城市燃?xì)夤芫W(wǎng)。當(dāng)LNG加氣站儲罐壓力<0.8 MPa時，關(guān)閉BOG出口總管緊急氣動切斷閥。由于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)工作壓力為0.6 MPa，設(shè)計(jì)壓力為0.7 MPa，當(dāng)調(diào)壓器失效，調(diào)壓器后管道壓力大于0.65 MPa時，連鎖關(guān)閉BOG出口總管緊急氣動切斷閥。

用Aspen HYSYS V11模擬可知，調(diào)壓器將BOG壓力由1.0 MPa調(diào)至0.6 MPa時，溫度由5 ℃降至 3 ℃。

3.3 主要設(shè)備

本技改項(xiàng)目主要設(shè)備有BOG壓縮機(jī)、BOG加熱器、水浴式復(fù)熱器等。

① BOG壓縮機(jī)

BOG壓縮機(jī)排氣量根據(jù)BOG回收量及回收時間來確定，一輛槽車可以回收的BOG量約350 m3。由于本站需要回收的外來槽車數(shù)量較多，15～20輛，為了加快回收進(jìn)度，本項(xiàng)目回收時間按0.5 h考慮。每天工作7.5～10 h，回收的BOG量為5 250～7 000 m3。綜合考慮，根據(jù)本項(xiàng)目的工況特點(diǎn)，選用1臺往復(fù)式BOG壓縮機(jī)，冷卻方式為空冷。根據(jù)本項(xiàng)目BOG組成，已知BOG壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度為-19 ℃，進(jìn)氣壓力為0.1～0.4 MPa，額定排氣量為185 m3/h，BOG壓縮機(jī)出口壓力為0.6 MPa，用Aspen HYSYS V11進(jìn)行模擬計(jì)算，可得BOG壓縮機(jī)的軸功率約22 kW。

② BOG加熱器

本項(xiàng)目BOG加熱器選用空溫式加熱器，使用空氣作為熱源，節(jié)約能源，運(yùn)行費(fèi)用低。設(shè)計(jì)選用1臺處理量為150 m3/h的BOG加熱器(1用1備)，用于LNG加氣站BOG回收；對于LNG槽車BOG回收，BOG加熱器與BOG壓縮機(jī)相匹配，并考慮余量，因此，選用2臺處理量為1 000 m3/h的BOG加熱器(1用1備)，用于LNG槽車BOG回收。

③ 水浴式復(fù)熱器

在BOG加熱器后設(shè)置水浴式復(fù)熱器，對BOG進(jìn)行加熱，使其溫度滿足后續(xù)管道和設(shè)備要求。本項(xiàng)目選擇1臺水浴式復(fù)熱器，與BOG加熱器處理量相匹配，并考慮余量，確定處理量為1 150 m3/h，處理2路BOG。第1路：根據(jù)本項(xiàng)目BOG組成，已知BOG水浴式復(fù)熱器進(jìn)氣溫度≥-40 ℃，進(jìn)氣壓力為0.1～0.4 MPa，處理量為1 000 m3/h，BOG水浴式復(fù)熱器出口壓力為0.1～0.4 MPa，出口溫度為-19 ℃，用Aspen HYSYS V11進(jìn)行模擬計(jì)算，可得BOG水浴式復(fù)熱器熱功率約10 kW。第2路：根據(jù)本項(xiàng)目BOG組成，已知BOG水浴式復(fù)熱器進(jìn)氣溫度≥-40 ℃，進(jìn)氣壓力為0.8～1.0 MPa，處理量為150 m3/h，BOG水浴式復(fù)熱器出口壓力為0.8～1.0 MPa，出口溫度為5 ℃，用Aspen HYSYS V11進(jìn)行模擬計(jì)算，可得BOG水浴式復(fù)熱器熱功率約3 kW。因此，BOG水浴式復(fù)熱器總熱功率約13 kW。

4 存在問題

GB 50156—2012(2014年版)《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(以下簡稱GB 50156—2012)對站區(qū)BOG回收沒有明確規(guī)定。一般來說，LNG加氣站的BOG回收利用主要為站內(nèi)自用氣，是否可以回收外來槽車BOG值得商榷。

從運(yùn)營角度來說，回收外來槽車BOG，不便于站區(qū)運(yùn)行管理。如果外來槽車數(shù)量較多，需排隊(duì)等待，對總圖布局要求較高，需合理考慮外來槽車與本站加氣車輛交通組織路線。從規(guī)范角度來說，如果可以回收外來槽車BOG，回收的BOG輸送至城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，那么LNG加氣站設(shè)備防火間距是執(zhí)行GB 50156—2012，還是執(zhí)行GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱GB 50028—2006)？由于GB 50028—2006要求的防火間距明顯大于GB 50156—2012要求的防火間距，若按照GB 50028—2006進(jìn)行設(shè)計(jì)，LNG加氣站很難滿足規(guī)范間距要求。

LNG儲配站、LNG調(diào)峰站產(chǎn)生的BOG量大，日均裝卸車次數(shù)相對多，一般通過BOG壓縮機(jī)回收BOG，經(jīng)調(diào)壓計(jì)量后輸送至城市燃?xì)夤芫W(wǎng)。LNG加氣站建議設(shè)置BOG回收橇，根據(jù)上文計(jì)算可知，三級LNG加氣站每日產(chǎn)生的BOG量約120 m3，因此，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)及實(shí)際運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，三級LNG加氣站選擇50 m3/h的BOG回收橇即可，回收后用于站內(nèi)供暖、供生活熱水。在不需要供暖的情況下，站區(qū)BOG通過放散管進(jìn)行放散。

本項(xiàng)目LNG加氣站和城市管網(wǎng)隸屬于同一個公司的兩個子公司，且兩個子公司為相鄰企業(yè)；每日需回收BOG的外來LNG槽車數(shù)量可觀，約15～20輛；LNG加氣站有預(yù)留用地，新增設(shè)備安全間距滿足GB 50156—2012要求。可見，本項(xiàng)目擴(kuò)建BOG回收設(shè)施，具備獨(dú)有的優(yōu)勢與條件，既有下游用戶管網(wǎng)，又有上游LNG槽車回收市場，且新增設(shè)備間距滿足規(guī)范要求，因此，BOG回收技改方案可行，不但可以帶來經(jīng)濟(jì)收益，而且節(jié)能減排。但本項(xiàng)目僅作為工程個案，不具備普遍性。

5 結(jié)語

LNG儲配站卸車次數(shù)多，產(chǎn)生的BOG量相對較大，可以考慮回收本站槽車BOG以及外來槽車BOG。LNG加氣站如果可以承受BOG回收設(shè)備投資，且城市燃?xì)夤芫W(wǎng)同意接收本站區(qū)回收的BOG或者有其他下游用戶，可以設(shè)置BOG壓縮機(jī)回收站內(nèi)BOG；也可以設(shè)置CNG壓縮機(jī)回收站內(nèi)BOG。LNG加氣站是否可以回收外來槽車BOG值得商榷，一方面要考慮總圖布局、站內(nèi)交通組織；另一方面設(shè)備間距應(yīng)滿足規(guī)范要求。