LNG運(yùn)輸船BOG產(chǎn)生和控制措施分析

許冬東，伍安杰，張秀峰，楊凱博

（貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

如今，隨著世界科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，當(dāng)今世界船舶行業(yè)已不再局限于使用化石能源來驅(qū)動(dòng)船舶行業(yè)的發(fā)展和船舶運(yùn)行，而是向著節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展。國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）在《2020年世界能源展望》中指出，到2040年，全球天然氣需求將會(huì)增加30%，尤其在東南亞地區(qū)會(huì)特別明顯[1]。天然氣作為一種高效、無污染、產(chǎn)量大的清潔能源，已經(jīng)越來越多地被各行各業(yè)所使用，因此LNG環(huán)保能源具有極大的發(fā)展前景。天然氣的閃蒸氣（BOG）產(chǎn)生在LNG 運(yùn)輸船上是不可避免的，必須提出相應(yīng)減少BOG 產(chǎn)生的措施并進(jìn)行有效管理，這對船舶行業(yè)的節(jié)能和長遠(yuǎn)發(fā)展都具有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

1 LNG 運(yùn)輸船BOG 產(chǎn)生原因分析

1.1 LNG 運(yùn)輸船運(yùn)行中

LNG 運(yùn)輸船在進(jìn)行LNG 加注和海上運(yùn)輸時(shí)，因?yàn)榕c海上環(huán)境有溫差導(dǎo)致環(huán)境不斷漏熱。再者就是在海上運(yùn)輸途中船舶不斷的晃蕩都會(huì)引發(fā)LNG 儲(chǔ)罐內(nèi)有部分LNG 蒸發(fā)，從而BOG 增加[2]。

1.2 LNG 船空間結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)和真空設(shè)備缺陷

如圖1 中LNG 運(yùn)輸船甲板上和儲(chǔ)罐上空間管網(wǎng)布局中在管道各段間設(shè)有很多彎頭，這些彎頭都會(huì)增大LNG 在管道內(nèi)的摩擦阻力并且會(huì)導(dǎo)致局部損失和產(chǎn)生熱量，由此會(huì)導(dǎo)致LNG 管道內(nèi)的LNG 發(fā)生氣化從而管道內(nèi)產(chǎn)生大量BOG。LNG運(yùn)輸船上有大量的彎管和U型管、閥門數(shù)量較多，在長時(shí)間暴露在外界環(huán)境下也都會(huì)導(dǎo)致BOG 產(chǎn)生量增加。

在LNG 運(yùn)輸船上LNG 儲(chǔ)罐和LNG 低溫泵池都采用低溫絕熱材料，但受我國現(xiàn)有技術(shù)影響下這些材料在與外界環(huán)境發(fā)生接觸時(shí)會(huì)不可避免的發(fā)生熱量傳遞，導(dǎo)致LNG 周圍環(huán)境有熱量產(chǎn)生，這些都會(huì)導(dǎo)致BOG 的產(chǎn)生[3]。這主要是因?yàn)檫@些絕熱材料難以保證LNG 周圍環(huán)境達(dá)到絕對的真空絕熱。在光照、溫度、海水腐蝕以及LNG 儲(chǔ)罐本身質(zhì)量等因素下都會(huì)導(dǎo)致LNG 周圍環(huán)境氣壓不穩(wěn)定和不斷進(jìn)行熱交換從而LNG 運(yùn)輸船儲(chǔ)罐內(nèi)真空度迅速下降并產(chǎn)生BOG 閃蒸氣。

1.3 LNG 船在工作人員作業(yè)和過駁作業(yè)中

LNG 船上工作人員在執(zhí)行加注、卸貨、設(shè)備運(yùn)行、裝卸作業(yè)等操作環(huán)節(jié)，其操作的規(guī)范性、熟練度也將影響船舶上的BOG 產(chǎn)生量。

LNG 船在進(jìn)行船對船過駁作業(yè)中導(dǎo)致產(chǎn)生BOG 閃蒸氣主要是因?yàn)長NG 卸載泵熱輸入和LNG 軟管熱輸入以及LNG 船的艙壁在冷卻過程中會(huì)向LNG 傳入一定的熱量，所以導(dǎo)致產(chǎn)生BOG 閃蒸氣。

2 相關(guān)控制措施及建議

2.1 應(yīng)用軟件模擬BOG 處理工況

因?yàn)長NG 運(yùn)輸船在海上運(yùn)行過程中所遇環(huán)境復(fù)雜多變，LNG 船上材料和液化工藝要求嚴(yán)格，現(xiàn)如今又發(fā)展出很多的天然氣液化的技術(shù)[4]。可以利用化工流程模擬軟件AspenHYSYS 對整個(gè)BOG 處理流程和采用進(jìn)行模擬，根據(jù)圖2 中船用BOG 再液化的各種工藝類型和順序進(jìn)行不同工況下的模擬，從中分析并找出最好的節(jié)能工況。

2.2 深化LNG 船的空間布局設(shè)計(jì)方案

深入進(jìn)行LNG 運(yùn)輸船空間的布局設(shè)計(jì)優(yōu)化。為減少LNG 在管道的局部損失和沿程損失，本文建議應(yīng)盡量減少LNG 船上的U 型管和彎管、閥門的使用。為減少LNG 管網(wǎng)中的壓力損失、在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適量增大進(jìn)液管道、回氣管線的坡度，這樣處理主要目的是減少管道摩擦阻力，同時(shí)需要盡可能選用曲率半徑大的彎頭[5]。

2.3 規(guī)范人員作業(yè)

定期對工作人員進(jìn)行關(guān)于在LNG 船進(jìn)行加注、維護(hù)、運(yùn)輸時(shí)操作的培訓(xùn)，當(dāng)進(jìn)行人員操作時(shí)，要有人進(jìn)行監(jiān)督，以增強(qiáng)工作人員的熟練度和規(guī)范性，進(jìn)一步減少BOG 產(chǎn)生量。此外，在LNG 船對船過駁作業(yè)中，工作人員應(yīng)對裝卸載船舶容量、裝載壓力及裝載速率做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以減少LNG 船對駁作業(yè)中BOG 的產(chǎn)生。

3 結(jié)語與展望

在中國“雙碳”背景下怎樣減少LNG 運(yùn)輸船BOG閃蒸氣的產(chǎn)生對節(jié)能和環(huán)保具有重大意義。通過本文措施為基礎(chǔ)調(diào)整BOG 再液化工藝流程、優(yōu)化LNG 運(yùn)輸船管道設(shè)計(jì)、優(yōu)化人員管理方案等措施減少BOG 產(chǎn)生量，為LNG 運(yùn)輸船運(yùn)行效益與節(jié)能提供保障。本文主要介紹了LNG 運(yùn)輸船BOG 產(chǎn)生原因，提出了降低BOG 產(chǎn)生量的建議和措施，使得船舶BOG 再液化工藝的能效與液化能力得到了進(jìn)一步的提升，如何將船舶液化工藝與其它液化工藝的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合是實(shí)現(xiàn)未來船舶BOG 再液化能力突破的重要途徑。