LNG儲罐蒸發氣體回收技術應用

索旭東

（寧夏哈納斯液化天然氣有限公司，寧夏 銀川 750021）

液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）的主要成分是甲烷，而甲烷被認為是地球上最干凈的化石能源，燃燒后不會產生有毒有害物質。一直以來，人們都致力于開發與應用天然氣，剛開始，天然氣的應用僅局限于工業領域，隨著人們對天然氣的研究越來越深入，現在，天然氣能夠被廣泛應用于人們的生活，并代替煤炭。液化天然氣的儲存有專門的儲罐，儲罐儲存的時間過長會產生蒸氣。LNG儲罐日蒸發率大約為0.15%，每天都會產生蒸氣，如果不及時排出，會對儲罐造成壓力。因此，LNG儲罐有專門的排氣系統，當儲罐內的蒸發氣體儲存到一定量時，系統就會自動排出，排出的氣體經過回收處理后，還可以應用于其他方面，如電廠的配套發展等。對LNG儲罐蒸發氣體的回收利用技術有多種，本研究進行了大致的介紹。

1 BOG回收處理技術

1.1 再冷凝工藝

LNG儲罐在處理蒸發氣體時有兩種方式，一種是通過再冷凝器冷凝成LNG后加壓、氣化并向外輸送；另一種是直接壓縮向外輸送。LNG儲罐產生的蒸發氣體通過閃蒸氣（Boil Off Gas，BOG）回收處理技術向外輸送，LNG儲罐目前有專門的氣體處理系統，產生的蒸氣通過BOG總的管道進入BOG壓縮機，在壓縮機內可以進一步提高其壓強，經過增壓的氣體通過LNG冷凝儲罐內低壓泵送出的深冷LNG進行冷凝，冷凝后形成的液體可以在增壓氣化后直接通過輸送管道向外輸送[1]。

1.2 直接壓縮外輸工藝

將LNG儲罐產生的蒸氣直接進行壓縮并向外輸送，有兩種壓縮方式：一種是直接加壓至氣化，通過輸送管道直接向外輸送；另一種是加壓至一定壓力，直接輸送給用戶使用。兩種輸送方式的唯一不同點為要求的壓力不同，第一種加壓方式需要有較強的壓力，一般在3 MPa以上，而第二種加壓方式是直接給用戶使用，所以要求的壓強較小，一般在 1 MPa以下[2]。因此，第一種壓縮方式要求有特殊的壓縮機，而第二種壓縮方式只需要普通的壓縮機。

1.3 BOG回收工藝討論

目前，國內對于LNG儲罐內產生的蒸氣一般都采用再冷凝工藝處理，而大多數國家對LNG儲罐內產生的蒸氣也是采用直接壓縮外輸的兩種工藝方法回收處理。采用再冷凝工藝回收處理，一般對外輸管道網的壓力要求較高，但是周圍沒有配套的工藝設施，比如電廠或者需要使用燃氣的用戶等。采用直接壓縮工藝并不需要太大的壓強，使用普通的壓縮機便可以滿足壓縮需求，因此，這種壓縮方法會有直接的用戶對接[3]。國內的LNG儲罐處理氣體大多采用冷凝工藝，由于外輸需要的壓力較大，且沒有相應的產業對接，國內的LNG儲罐對于產生的蒸發氣體大多采用再冷凝工藝。隨著產業集群化的發展，LNG儲罐會有專門的配套設施能綜合利用排出的蒸發氣體，實現氣體的再次循環利用。

2 再冷凝控制技術

2.1 工藝流程

LNG有專門的BOG處理系統。所謂BOG處理系統，即LNG系統專門用來處理蒸發氣體的系統，LNG產生的蒸發氣體輸送到BOG壓縮機，而來自BOG壓縮機的壓縮氣體與來自低壓泵的一部分深冷LNG進行換熱冷凝，冷凝后的液體經再冷凝器出口與來自低壓泵的另一部分LNG混合進入高壓泵；當超過再冷凝器的液體高度后，來自高壓天然氣管線的LNG氣體會進入再冷凝器的頂部位置，同時，再冷凝器的頂部位置也會有一定的壓力值，超過再冷凝器頂部的壓力值后，就會開啟BOG總管的閥門釋放氣體進行泄壓[4]。

2.2 再冷凝控制技術分析

通過對再冷凝器內部的作用機制進行分析可以發現，再冷凝控制技術實質上是一個物料發生相變的反應容器，在該反應過程中，應合理控制內部的壓強，將其控制在一定范圍內，避免壓強過大或過小，使再冷凝器的運行趨于穩定。使冷凝器內部趨于穩定最重要的一點就是控制好再冷凝器進出氣體的比例和出口與入口的物料平衡。關于這兩個控制要點的處理工作，我國目前運行的LNG儲罐主要有兩種方式對再冷凝器進行調節控制[5]。第一種是通過進入再冷凝器中的氣體含量與再冷凝器冒出的液體數量的比例，判斷再冷凝器內部目前的物料比例，判斷其是否需要物料輸入；如果比例過高，說明再冷凝器中的物料相對較少，需要及時補充物料，保證其能正常運行。第二種是通過測量再冷凝器頂部的壓力值來計算分析再冷凝器內部進入的氣體與液體比例，以此來保證再冷凝器內部的平衡。因此，相關單位應重視再冷凝器的平衡運行，避免發生意外。

2.3 再冷凝器控制回路

LNG儲罐的再冷凝器控制回路主要由5個部分構成，包括再冷凝器氣液比控制回路、物料平衡控制回路、高壓補氣控制回路、再冷凝器泄壓控制回路和低選控制回路，這5個部分共同控制BOG壓縮機。控制回路在LNG儲罐再冷凝器中發揮著不同的作用，對于每個回路來說，其應用值都是在特定的范圍內，如果超過標注范圍，會對其控制回路產生一定的影響。5個回路中任何一個回路的運行出現差錯，都會對BOG壓縮機的正常運行產生影響，根據每一個回路的壓強差來進行計算，判斷5個回路是否處于正常工作狀態。在再冷凝器的實際運行控制中，主要通過保持儀器的氣液比和物料平衡來維持再冷凝器的正常運行[6]。

2.4 再冷凝器控制參數分析

上文對再冷凝器的控制回路進行了分析，從控制回路可以看出，再冷凝器的運行控制參數主要有兩個：一個是再冷凝器的液位，另一個是再冷凝器的出口壓力。同時，在實際運行過程中，最重要的也是這兩個參數的控制，任何一個信號的控制都會對參數產生一定的影響，參數值都會有所波動。經過研究分析發現，影響這兩個參數值的因素主要來自低壓泵的低壓輸送管道壓力和BOG溫度[7]。因此，在實際運行過程中，要注意這兩個值的變化，將其控制在合理范圍內，保證再冷凝器的穩定運行。

2.5 再冷凝器出口LNG飽和蒸氣壓差測量

高壓泵也是再冷凝器中一個重要的組成部分，在再冷凝器的實際運行過程中，高壓泵的應用對其來說非常重要，要著重保護高壓泵。在高壓泵的運行過程中，LNG溫度過高會產生氣蝕現象，這種現象會威脅高壓泵的正常運行。為了降低LNG的溫度，可以考慮在蒸氣入口設置一個溫度探測器，用來測量溫度的高低，工作人員需要根據溫度的高低采取相應的解決措施，如果溫度過高，需要采取降溫措施；如果溫度過低，可以考慮通過增大其蒸氣壓強值來提高溫度。再冷凝器出口LNG的蒸氣壓強值要和入口處的壓強值進行比較，壓強差要控制在一定范圍內，壓強值的變化會引起溫度的變化，因此，蒸氣壓差的處理也可以控制溫度的變化。

3 結語

我國液化天然氣的應用非常廣泛，對天然氣的應用已經深入人們的生活與工作中。天然氣作為一種清潔可再生能源，其燃燒所產生的物質無污染，而且開發、開采的手段都比較方便。為了提高環境質量，國家及政府提倡新型能源的應用與開發。天然氣的儲存有專門的儲存罐，對于其產生的蒸發氣體如何處理是討論的重點內容。LNG儲罐內部對于產生的蒸發氣體有專門的處理系統，同時，對回收的氣體還可以進行二次循環利用。對LNG儲罐產生的蒸發氣體有專門的處理系統，即BOG回收處理系統，包括再冷凝工藝和直接壓縮外輸工藝，對兩種工藝的運行過程進行了詳細的分析。其中，最重要的應當是再冷凝器的利用，分析了再冷凝控制技術及工藝流程、再冷凝器控制回路，研究了再冷凝器的控制參數，同時也測量了再冷凝器的出口LNG飽和蒸氣壓差。在再冷凝器的實際運行過程中，應嚴格控制所有控制參數的影響因素，每個系統儀器內都有設定的參數值，保證在實際運行過程中不超過設定的參數值，可以進一步保證再冷凝器的安全穩定運行。LNG的開發與應用會一直向前發展，朝著更加科學、完善的方向前進，同時，也會完善LNG儲罐相應的配套設施與技術，使控制技術更加精準、結果更加準確，保證LNG儲罐安全穩定運行。