高耗點LNG加注站BOG產生原因及降低措施分析

＊王冕冕

（中國石化銷售股份有限公司浙江杭州石油分公司 浙江 310007）

1.研究背景

液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG），其主要化學成分是甲烷，它無色、無味、無毒且無腐蝕性，LNG是由原料天然氣經一系列低溫液化工藝處理后獲得，體積相當于標況下氣態天然氣體積的1/625，LNG燃燒后對空氣污染非常小，而且釋放的熱量大，國內已形成LNG液化廠、接收站、加注站及配套冷能利用項目等完善產業鏈[1-3]。

根據一座位于公交停堡基地LNG加注站（后文均簡稱A站）營運數據統計，該站從2016年10月22日（投運第一天）至2016年12月31日期間，進液量為112940kg，銷售量為84132.9kg，損耗量為28807.1kg，損耗率為34.24%，遠遠超過公司規定的損耗限值（±5%以內）。該站投運前期日均銷售量為1200kg，約12天進一次液，進液后儲罐壓力在0.38MPa左右，下一次進液前儲罐壓力通常達到0.9MPa左右，不得不采取自動或手動放散措施降低系統壓力以確保儲罐安全和進液作業正常進行。從公司其他投運的LNG加注站營運情況來看，在日加氣量不大的情況下，氣站BOG放散量也較高，單站最高損耗率達到44.5%。BOG的放散一方面容易在加注站周邊形成可燃氣體空間，安全風險指數增加，另一方面造成能源浪費，嚴重影響加注站的經濟效益，此外BOG中主要成分為甲烷，而甲烷是一種溫室效應很強的氣體，導致站點碳排放量顯著增加，與當前低碳發展目標相沖突。因此，分析BOG產生的來源，并提出一套措施降低高損耗站點放散量顯得尤為重要。

2.BOG產生來源分析

LNG加注站通常將LNG儲存在儲罐中，運行時經絕熱措施處理的管道輸送至潛液泵、加液機等設備中。

LNG通過槽車運輸至加注站，通常采用增壓汽化器或潛液泵將槽車中的LNG卸入加注站低溫儲罐中，當有車輛前來加注時，通過潛液泵和加液機將LNG通過經絕熱措施處理的管道充裝至車載LNG氣瓶[4-8]。標準加注站以LNG儲罐、加注機為主體，包括LNG卸車系統、儲存系統、儲罐增壓系統、加氣系統和站控系統等，工藝流程圖見圖1。

圖1 LNG加氣站工藝流程圖

加注站在運行過程中設備運轉會產生一部分熱量，此外儲罐和管線等設施設備不可避免與外界存在熱量交換，由于LNG具有極易氣化的特點，對于飽和的LNG液體，任何一點溫度升高和壓力下降均導致LNG液體氣化形成BOG，加注站產生BOG有如下幾個環節。

（1）進液環節。進液即卸液，是指將槽車運輸來的LNG液體轉移至加注站儲罐的過程，一般的卸液方式有三種：自增壓卸液、泵卸液、增壓器和泵聯合卸液。不論采取哪種方式卸液方式，LNG必須通過低溫管線，盡管管線也采取了低溫隔絕方式（一般采用絕熱材料包裹結構或真空結構），在輸送過程中，也無法隔絕與外界環境熱交換，會產生一部分BOG。當LNG加注站采用低溫潛液泵提供動力卸液時，BOG產生來源于兩部分，一部分為泵池預冷會消耗少量的LNG液體氣化形成BOG，另一部分為潛液泵運轉產生熱量導致LNG氣化形成BOG，此環節產生量與起泵次數、泵運轉時長有關聯[9-12]。

（2）銷售環節。銷售環節即將LNG液體加注到車載氣瓶的過程。加液過程除低溫輸送管道和低溫卸液泵產生BOG（此環節同卸液過程）外，由于LNG車載氣瓶壓力過高，往往需要通過回氣槍向儲罐系統卸放BOG以確保加注作業正常進行。通常一個375L的氣瓶殘余氣量約為3Nm3，此部分氣體一部分遇儲罐低溫LNG液化，通常大部分經站內集中放散管排放。此外，如果加氣車輛少，兩次加氣間隔時間長，往往還需要對泵和管線等設備進行預冷，預冷也會損耗一部分LNG生成BOG，這部分BOG通常也會回到儲罐[13-15]。

（3）存儲環節。存儲環節BOG產生主要體現在儲罐自然蒸發。LNG儲罐一般為雙層結構，內襯采用耐低溫的奧氏體不銹鋼材料，外襯采用低合金鋼材料，中間夾層采取填充保冷材料如珠光砂并抽真空絕熱。受限于當前工藝水平，設備尚無法達到絕對真空絕熱狀態，此外受材料質量、環境溫度以及光照等多重因素的影響夾層存在漏氣的可能性，上述均會導致儲罐與外界發生熱交換，形成BOG。同時如儲罐中尚有剩余液體，且沒有新購入LNG進行補充，加注站需要在較高壓力運行一段時間，當壓力超過控制上限，不得不采取手動或自動方式開閥放散，直到新購入的LNG卸入才能將儲罐的壓力降低。其產生量通常可根據靜態蒸發率來估算，一般儲罐日蒸發率在0.2%左右，最高不得超過0.3%，排放BOG是加注站最大的損耗[16-17]。

除工藝環節外，BOG的產生量也受氣源物性參數的影響。LNG重組分越多，沸點越高，其蒸氣壓越高，當LNG氣源重組分較多時，儲罐的壓力較高，溫度相對也高，當儲罐卸入新的LNG時，增加了LNG蒸發量。另外氣源初期溫度較高，會造成系統壓力高位運行，壓力上升至減壓排氣壓力的空間減小，縮短了氣液存放的周期；壓力較高的氣液注入車載氣瓶后不能較好進行降壓，需要回氣方可正常充裝作業，惡化了整個系統，這些均導致BOG產生量的增加。

3.應對措施

目前我公司LNG加注站大部分建設在城市建成區或沿城市主要道路。有與加油站合建的，有建設在公交停堡基地內的，主要替代柴油車輛，如公交車、大型貨車等。新投運的加注站受日加氣量少（不到設計加氣量10%）、加氣時間零散導致加注站損耗率居高不下，針對這類高損耗站點可采取如下幾種對策。

（1）從增加客戶著手，加快液體周轉。LNG天然氣的使用客戶主要是以公交車、大型貨車為主，首先公司要充分利用政府推廣發展清潔能源的契機，積極與公交公司以及大型車隊合作，爭取更多的車輛柴改氣，搶占先機，擴大市場份額，加快液體周轉，減少LNG存儲時間，從根本上減少BOG的產生及放散。

（2）從進液源頭著手，合理選擇氣源。由于液化工藝和原料氣組分不同，不同的氣源液溫、熱值不同。當前我國氣源大致可分為4個檔次，分別為：①氣 源溫度在-162℃左右，壓力約0.1MPa以下；②氣源溫度在-152℃左右，壓力約0.2MPa左右；③氣源溫度在-140℃左右，壓力約0.38MPa左右；④氣源溫度在-130℃左右，壓力約0.5MPa左右。在投運前期加注車輛不足的情況下盡量選擇一二類氣源，更優質的氣源可減少LNG氣化生成BOG，從源頭上控制來減少BOG的產生。

（3）從卸車工藝著手，采取分卸方式。日均加氣量越少，LNG周轉時間越長，LNG通過儲罐、潛液泵等設備及工藝管道與外界發生的熱交換就會越多，相應產生的BOG數量也越多。通過統籌考慮日銷液量、運輸成本等經濟指標，可采取鄰近氣站一車兩站分卸方式，使單站儲罐及時補充較低溫的LNG，儲罐內的一部分BOG液化，減少BOG放散量，從而降低了損耗率。高華偉等人通過建立數學模型，表明儲罐的充裝間隔時間在4d及以內，可以大量減少BOG的放散。該措施在筆者所在公司A加注站得到了證實。該公司自2017年1月份至4月份均采取了一車兩站分卸模式，5月份受加液車輛增加采取分卸和卸整車相結合方式，月平均卸液次數為6次（每5天卸一次液），平均每次卸液量為8828kg，月平均銷售量為55300kg，月平均損耗量為2280kg，損耗率為4.1%，處于正常損耗范圍。

（4）從檢查設備著手，檢測管線真空度。所有的管線、儲罐都要進行良好保冷措施。如在卸液作業過程中，槽罐車與儲氣罐的連接管非保冷管材，可以看到卸液時連接管上結了一層厚厚的霜，此現象為連接管周圍的水蒸氣遇冷放熱凝結形成霜，熱量被帶入管線和儲罐系統，無形中產生BOG。定期檢查管線、管件等設施設備表面結霜情況可判斷設施是否內漏或真空度失效，再結合現場實際情況開展真空度檢測。針對A站損耗率高的情況，加注站安排維護商進行真空度檢測，真空度值為8Pa，超出正常標準值5Pa，后續開展抽真空維護。不定期檢測真空度也不失為降低氣站損耗的一個對策。其次，通過加強設備維護保養，降低故障率，從而減少維修造成的反復排空、預冷、加注操作損耗；在潛液泵卸車收尾階段，通過適當降低潛液泵運轉頻率可將槽車殘液最大限度吸收等。

（5）從排放去向著手，增加回收工藝。BOG回收方式一般有兩種，站內回收和站外回收。站內回收即通過設備使BOG液化再重新回到儲罐的過程，該方法主要缺點是投資成本大，且針對日均銷售量少的高損耗站點不能從根本上解決問題，故不推薦此種回收方式。站外回收是將站內產生的BOG通過氣化調壓計量裝置回到城市燃氣管網的過程。具體流程為LNG加注站產生的BOG回到儲罐，通過空溫式氣化器或電復熱器換熱成為常溫氣體后，根據城市燃氣管網壓力機制經過調壓器調壓后進入城市管網。此回收方法特點是設備投資少（只投資調壓計量加臭裝置，投資額約5萬元）、能耗低（僅計量和加臭需要小功率用電（約1kW）），且為間歇式運行）操作方便，尤其對附近有城市管網的高損耗點有利。以A加注站為例，站內設置60m3儲罐一只，管線長度100m左右，日均損耗量為230kg，相當于344Nm3天然氣，以每標準立方的回收價格1.8元計算，回收收入是619元，具有一定的經濟效益，如不采取回收，該部分BOG全部放散至大氣中，采用IPCC缺省排放因子估算日二氧化碳排放當量為4.83t。該措施缺點是站外附近沒有城市管網就沒法回收。

圖2 BOG回收工藝流程圖

4.結論

本文綜合分析了高耗點站BOG產生的原因，針對已投營站點，從設計源頭進行大規模工藝改造不現實，本文從具體站點運營實際出發，分別從增加加注車輛、選擇更優質氣源、采取一車兩站分卸方式、檢測管線真空度以及從排放去向著手增加回收工藝五個方面提供措施建議，采取氣化回收到城市管網等措施，在很大程度上降低了損耗率，使初始平均損耗率在40%回到標準損耗范圍內（±5%），降低了安全風險指數，減少了資源損耗，降低了碳排放量。