減少LNG加氣站BOG放散量的措施

摘要

從設(shè)備(LNG儲(chǔ)罐、低溫泵池)、工藝流程、總平面布置、運(yùn)行管理等方面分析減少BOG放散量的措施，提出了一種BOG再液化工藝流程。

摘　要：從設(shè)備(LNG儲(chǔ)罐、低溫泵池)、工藝流程、總平面布置、運(yùn)行管理等方面分析減少BOG放散量的措施，提出了一種BOG再液化工藝流程。

關(guān)鍵詞：LNG加氣站；BOG；放散量；BOG再液化

Measures for Reducing Emission Amount of BOG in LNG Filling Station

Abstract：The measures for reducing emission amount of BOG，are analyzed in terms of the equipment(LNG tank and cryogenic pump)，process flow，general layout，operation management and so on．A BOG reliquefaction process is put forward．

Keywords：LNG filling station；BOG；emission anlount；BOG re-liquefaction

1　概述

液化天然氣(LNG)是一種清潔高效的能源，與汽油、柴油及壓縮天然氣(CNG)相比，具有安全性高、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、環(huán)境負(fù)效應(yīng)小、儲(chǔ)能密度高等明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，LNG作為汽車燃料，廣泛地應(yīng)用于城市公交、重卡以及城際大巴，而與之配套的LNG加氣站也同步得到快速發(fā)展。

由于LNG是低溫流體，盡管LNG加氣站設(shè)備有良好的絕熱措施，但是在儲(chǔ)存和操作的過(guò)程中，由于自然的熱量傳遞和系統(tǒng)冷卻需要，都不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的LNG蒸氣，即BOG。隨著BOG數(shù)量的增加，使LNG系統(tǒng)的溫度和壓力升高，達(dá)到一定程度時(shí)，不得不泄放BOG以降低系統(tǒng)的壓力。

BOG本身就是一種非常潔凈的燃料，排放到空氣中不僅是一種無(wú)謂的浪費(fèi)，而且可燃?xì)怏w排放到空氣中，具有潛在的危險(xiǎn)。據(jù)某LNG加氣站統(tǒng)計(jì)，每年排放的BOG數(shù)量接近該站年供LNG總量的5％，經(jīng)濟(jì)損失逾40×10⁴元。此外，BOG中主要成分為甲烷，而甲烷是一種溫室效應(yīng)很強(qiáng)的氣體，甲烷的溫室效應(yīng)系數(shù)(GWP)為二氧化碳的21倍。

因此，我們必須重視BOG的放散問(wèn)題。這不僅符合節(jié)能減排的方針政策，也是提高裝置的經(jīng)濟(jì)性和安全性的重要措施^[1-2]。為了減少這種放散現(xiàn)象，本文從設(shè)備、工藝流程、平面布置、日常運(yùn)行管理及BOG再利用等方面，提出減少BOG放散量的措施。

2　設(shè)備

2.1　LNG儲(chǔ)罐采用高真空多層纏繞絕熱^[3]

目前，在LNG加氣站的應(yīng)用中，LNG儲(chǔ)罐主要有真空粉末絕熱及高真空多層纏繞絕熱兩大類。真空粉末絕熱在絕熱空間充填多孔性絕熱材料(珍珠巖粉)，對(duì)真空度的要求不高。與之相比，高真空多層纏繞絕熱由多層反射材料和間隔物交替纏繞而成，夾層抽成高真空，反射材料通常采用鋁箔或鍍鋁滌綸薄膜，間隔物一般采用玻璃纖維紙、植物纖維紙或尼龍網(wǎng)。由于高真空多層纏繞絕熱能有效地抑制熱輻射，因此，它具有優(yōu)良的絕熱性能。表1列出了在相同的邊界溫度條件下(300K)兩種絕熱型式的表觀熱導(dǎo)率和夾層真空度的對(duì)比，在環(huán)境溫度下兩種絕熱型式的LNG儲(chǔ)罐的蒸發(fā)率的對(duì)比。可以看出，高真空多層纏繞絕熱結(jié)構(gòu)的絕熱性能要明顯優(yōu)于真空粉末絕熱。

2.2　低溫泵池結(jié)構(gòu)的改進(jìn)^[4]

在LNG汽車加氣站中，目前一些低溫泵池均采用真空結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)絕熱，但低溫泵池蓋不具備絕熱的功能，這就導(dǎo)致低溫泵池中的LNG直接與低溫泵池蓋接觸漏熱，產(chǎn)生如下不良后果：低溫泵池蓋的表面結(jié)霜，影響操作和檢修；外界的熱量通過(guò)換熱進(jìn)入到低溫泵池中，促使BOG的產(chǎn)生。

若將低溫泵池蓋設(shè)置成真空結(jié)構(gòu)，低溫泵池蓋與低溫泵池中的LNG直接接觸處就可以與外界環(huán)境實(shí)現(xiàn)熱隔離，從而極大地減少了熱交換，避免了低溫泵池蓋表面結(jié)霜，減少了BOG的生成。

在現(xiàn)有使用的LNG加氣機(jī)中，其工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1的LNG加氣機(jī)工藝流程具體分析如下：①LNG加氣機(jī)預(yù)冷(當(dāng)加氣機(jī)長(zhǎng)時(shí)間不加氣，再次啟動(dòng)時(shí)使用，此時(shí)加氣槍插在插槍口上)：LNG從加氣機(jī)進(jìn)液管道流向截止閥、單向閥1、液相質(zhì)量流量計(jì)、氣動(dòng)閥1、金屬軟管、加氣槍、插槍口、單向閥4，最后經(jīng)回氣管道回到LNG儲(chǔ)罐。

②LNG加氣機(jī)加氣前預(yù)冷(在加氣時(shí)間間隔較短時(shí)使用)：LNG從加氣機(jī)進(jìn)液管道流向截止閥、單向閥1、液相質(zhì)量流量計(jì)、氣動(dòng)閥2，最后經(jīng)回氣管道回到LNG儲(chǔ)罐。

③LNG加氣機(jī)加氣流程：LNG從加氣機(jī)進(jìn)液管道流向截止閥、單向閥1、液相質(zhì)量流量計(jì)、氣動(dòng)閥1、金屬軟管、加氣槍，然后進(jìn)入車載氣瓶。

④LNG加氣機(jī)回氣流程：車載氣瓶?jī)?nèi)的BOG氣體經(jīng)回氣槍、金屬軟管、氣相質(zhì)量流量計(jì)、單向閥5及回氣管道回到LNG儲(chǔ)罐。

⑤放散：當(dāng)加氣機(jī)啟動(dòng)，管道內(nèi)有大量氣相，或者加氣機(jī)要進(jìn)行檢修等作業(yè)時(shí)，可以通)立放散管道將加氣機(jī)內(nèi)BOG或少量LNG排空。

LNG加氣機(jī)中若直接用普通絕熱管遣：連接，就不能確保LNG的低溫深冷特性，造成BOG的產(chǎn)生。若我們采用一種帶多層纏繞真空絕熱的LNG加注裝置(見(jiàn)圖2)，在LNG加氣機(jī)中設(shè)置一個(gè)密閉腔室，將圖1中的單向閥2、單向閥3、單向閥4裝在密閉腔室里，氣動(dòng)閥1、氣動(dòng)閥2的一部分裝在密閉腔室里，一部分延伸在密閉腔室外面。在密閉腔室里用多層纏繞管將接插槍口處、接加氣槍處、單向閥2、單向閥3、單向閥4、氣動(dòng)閥l、氣動(dòng)閥2：等處集成連接。密閉腔室里保持真空狀態(tài)。這樣則可以減少BOG的產(chǎn)生。

3　工藝流程

在當(dāng)前運(yùn)行的加氣站系統(tǒng)中，LNG槽車的卸車方式有兩種，第一種方式為LNG槽車通過(guò)潛液泵向儲(chǔ)罐進(jìn)液，第二種方式為LNG槽車通過(guò)卸車增壓器向儲(chǔ)罐進(jìn)液。由于在工藝設(shè)計(jì)上的不完善，使得在對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)液的卸車過(guò)程中，造成大量的BOG放散。

有些系統(tǒng)在功能設(shè)計(jì)上雖然具備潛液泵的卸車功能，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中使用效果很差，甚至無(wú)法使用。原因及解決方法如下：

①潛液泵氣蝕現(xiàn)象十分嚴(yán)重，潛液泵無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。原因有潛液泵的入口管道過(guò)長(zhǎng)、采用金屬軟管漏冷嚴(yán)重、入口管道管徑偏小等，不能滿足泵氣蝕余量的要求而造成潛液泵的氣蝕。因此，縮短管道長(zhǎng)度、減少冷損、增大管道口徑、減小管道阻力是有效的解決方法。

②卸車流程具備“均壓”功能。當(dāng)需要向儲(chǔ)罐補(bǔ)充LNG時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)罐內(nèi)LNG的溫度、壓力都處于較高的狀態(tài)，當(dāng)不具備潛液泵卸車功能而只能采用白增壓的方式來(lái)進(jìn)行卸車時(shí)，將儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體利用壓差進(jìn)入LNG槽車來(lái)降低儲(chǔ)罐的壓力、提升LNG槽車的壓力，當(dāng)壓力平衡后，再對(duì)LNG槽車進(jìn)行自增壓來(lái)進(jìn)行卸車。當(dāng)采用上進(jìn)液的方式使LNG進(jìn)入儲(chǔ)罐時(shí)，儲(chǔ)罐上層的BOG被LNG冷卻液化后降落在LNG儲(chǔ)罐液相空間，可以減少儲(chǔ)罐中BOG的放散量。

4　總平面布置

在GB 50156—2012《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中，LNG儲(chǔ)罐與LNG潛液泵池之間沒(méi)有防火距離要求。因此，在設(shè)}f-DH氣站時(shí)，縮短LNG潛液泵池與LNG儲(chǔ)罐的平面距離，同時(shí)提高LNG儲(chǔ)罐的安裝高度或降低LNG潛液泵池的高度，利用儲(chǔ)罐和LNG潛液泵的高差，使得LNG快速進(jìn)入LNG潛液泵中，縮短LNG潛液泵的預(yù)冷時(shí)間，減少BOG量的產(chǎn)生。

在滿足GB 50156—2012《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中LNG加氣機(jī)與LNG儲(chǔ)罐、LNG潛液泵池防火距離要求的前提下，工藝管道長(zhǎng)度盡可能短，這樣也可以有效減少BOG量。

5　運(yùn)行管理

在當(dāng)前LNG加氣站布點(diǎn)、市場(chǎng)培育過(guò)程中，加氣車輛偏少是造成BOG放散的一個(gè)原因，若能夠?qū)託廛囕v進(jìn)行有效管理，采用固定時(shí)段集口加氣的方式，可以減少BOG的放散量。

LNG有帶壓液體和常壓液體之分，帶壓液體壓力一般為0.4MPa，溫度為-140℃左右；常壓液體壓力一般為0.02MPa，溫度為-162℃。在相同的時(shí)間內(nèi)帶壓液體產(chǎn)生的BOG量要大于常壓液體。因此，在液源的選擇上，盡可能采用常壓液體。

6　BOG再利用

BOG是每一個(gè)LNG加氣站必不可少的產(chǎn)物，因此，BOG的再利用對(duì)每個(gè)加氣站的運(yùn)行人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。

當(dāng)前市場(chǎng)上，由于CNG的價(jià)格遠(yuǎn)低于汽油的價(jià)格，而且CNG經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)有一套完整、安全的操作流程，因此．在選擇建設(shè)LNG加氣站時(shí)可以考慮LNG—CNG的合建站，將LNG加氣站產(chǎn)生的BOG經(jīng)過(guò)壓縮后作為CNG銷售，既免除了BOG排放的浪費(fèi)，也成為加氣站新的銷售點(diǎn)。

在某些LNG加氣站中，采用低溫液氮作為載冷介質(zhì)循環(huán)供冷使BOG液化，氣化的氮?dú)饪梢宰鳛?/span>LNG加氣站中氣動(dòng)閥儀表風(fēng)用氣和吹掃氣體使用，工藝流程見(jiàn)圖3。

液氮管道在LNG儲(chǔ)罐的氣相空間內(nèi)形成液氮盤管，構(gòu)成液氮冷凝裝置。BOG的回收可分為以下兩種情況：①LNG儲(chǔ)罐BOG的回收。將裝載有LNG的槽車和LNG儲(chǔ)罐通過(guò)進(jìn)出液管連接，開(kāi)啟LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的液氮冷凝裝置，液氮儲(chǔ)罐中的液氮流經(jīng)LNG儲(chǔ)罐的氣相空間，使LNG儲(chǔ)罐中的BOG冷凝轉(zhuǎn)化成LNG，直接降落在LNG儲(chǔ)罐液相空間，此時(shí)LNG儲(chǔ)罐壓力降低。同時(shí)，對(duì)槽車內(nèi)的LNG進(jìn)行增壓，使槽車內(nèi)的壓力高于儲(chǔ)罐壓力，通邇：自增壓卸車流程完成卸車操作。在卸車過(guò)程中，繼續(xù)打開(kāi)液氮冷凝裝置對(duì)LNG儲(chǔ)罐降壓，防止LNG儲(chǔ)罐超壓。②車載氣瓶BOG的回收。將車載氣瓶與LNG加氣機(jī)及液氮冷凝器連接，開(kāi)啟與車載氣瓶連接的液氮冷凝器，使其處于工作狀態(tài)，車載氣瓶?jī)?nèi)的BOG通過(guò)液氮冷凝器冷凝后轉(zhuǎn)化為LNG并直接回收到車載氣瓶中。