减少LNG加气站BOG放散量的措施_技术研究

摘要

从设备(LNG储罐、低温泵池)、工艺流程、总平面布置、运行管理等方面分析减少BOG放散量的措施，提出了一种BOG再液化工艺流程。

摘　要：从设备(LNG储罐、低温泵池)、工艺流程、总平面布置、运行管理等方面分析减少BOG放散量的措施，提出了一种BOG再液化工艺流程。

关键词：LNG加气站；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

液化天然气(LNG)是一种清洁高效的能源，与汽油、柴油及压缩天然气(CNG)相比，具有安全性高、经济性强、环境负效应小、储能密度高等明显的优势。因此，LNG作为汽车燃料，广泛地应用于城市公交、重卡以及城际大巴，而与之配套的LNG加气站也同步得到快速发展。

由于LNG是低温流体，尽管LNG加气站设备有良好的绝热措施，但是在储存和操作的过程中，由于自然的热量传递和系统冷却需要，都不可避免地会产生一定数量的LNG蒸气，即BOG。随着BOG数量的增加，使LNG系统的温度和压力升高，达到一定程度时，不得不泄放BOG以降低系统的压力。

BOG本身就是一种非常洁净的燃料，排放到空气中不仅是一种无谓的浪费，而且可燃气体排放到空气中，具有潜在的危险。据某LNG加气站统计，每年排放的BOG数量接近该站年供LNG总量的5％，经济损失逾40×10⁴元。此外，BOG中主要成分为甲烷，而甲烷是一种温室效应很强的气体，甲烷的温室效应系数(GWP)为二氧化碳的21倍。

因此，我们必须重视BOG的放散问题。这不仅符合节能减排的方针政策，也是提高装置的经济性和安全性的重要措施^[1-2]。为了减少这种放散现象，本文从设备、工艺流程、平面布置、日常运行管理及BOG再利用等方面，提出减少BOG放散量的措施。

2　设备

2.1　LNG储罐采用高真空多层缠绕绝热^[3]

目前，在LNG加气站的应用中，LNG储罐主要有真空粉末绝热及高真空多层缠绕绝热两大类。真空粉末绝热在绝热空间充填多孔性绝热材料(珍珠岩粉)，对真空度的要求不高。与之相比，高真空多层缠绕绝热由多层反射材料和间隔物交替缠绕而成，夹层抽成高真空，反射材料通常采用铝箔或镀铝涤纶薄膜，间隔物一般采用玻璃纤维纸、植物纤维纸或尼龙网。由于高真空多层缠绕绝热能有效地抑制热辐射，因此，它具有优良的绝热性能。表1列出了在相同的边界温度条件下(300K)两种绝热型式的表观热导率和夹层真空度的对比，在环境温度下两种绝热型式的LNG储罐的蒸发率的对比。可以看出，高真空多层缠绕绝热结构的绝热性能要明显优于真空粉末绝热。

2.2　低温泵池结构的改进^[4]

在LNG汽车加气站中，目前一些低温泵池均采用真空结构以实现绝热，但低温泵池盖不具备绝热的功能，这就导致低温泵池中的LNG直接与低温泵池盖接触漏热，产生如下不良后果：低温泵池盖的表面结霜，影响操作和检修；外界的热量通过换热进入到低温泵池中，促使BOG的产生。

若将低温泵池盖设置成真空结构，低温泵池盖与低温泵池中的LNG直接接触处就可以与外界环境实现热隔离，从而极大地减少了热交换，避免了低温泵池盖表面结霜，减少了BOG的生成。

在现有使用的LNG加气机中，其工艺流程见图1。

图1的LNG加气机工艺流程具体分析如下：①LNG加气机预冷(当加气机长时间不加气，再次启动时使用，此时加气枪插在插枪口上)：LNG从加气机进液管道流向截止阀、单向阀1、液相质量流量计、气动阀1、金属软管、加气枪、插枪口、单向阀4，最后经回气管道回到LNG储罐。

②LNG加气机加气前预冷(在加气时间间隔较短时使用)：LNG从加气机进液管道流向截止阀、单向阀1、液相质量流量计、气动阀2，最后经回气管道回到LNG储罐。

③LNG加气机加气流程：LNG从加气机进液管道流向截止阀、单向阀1、液相质量流量计、气动阀1、金属软管、加气枪，然后进入车载气瓶。

④LNG加气机回气流程：车载气瓶内的BOG气体经回气枪、金属软管、气相质量流量计、单向阀5及回气管道回到LNG储罐。

⑤放散：当加气机启动，管道内有大量气相，或者加气机要进行检修等作业时，可以通)立放散管道将加气机内BOG或少量LNG排空。

LNG加气机中若直接用普通绝热管遣：连接，就不能确保LNG的低温深冷特性，造成BOG的产生。若我们采用一种带多层缠绕真空绝热的LNG加注装置(见图2)，在LNG加气机中设置一个密闭腔室，将图1中的单向阀2、单向阀3、单向阀4装在密闭腔室里，气动阀1、气动阀2的一部分装在密闭腔室里，一部分延伸在密闭腔室外面。在密闭腔室里用多层缠绕管将接插枪口处、接加气枪处、单向阀2、单向阀3、单向阀4、气动阀l、气动阀2：等处集成连接。密闭腔室里保持真空状态。这样则可以减少BOG的产生。

3　工艺流程

在当前运行的加气站系统中，LNG槽车的卸车方式有两种，第一种方式为LNG槽车通过潜液泵向储罐进液，第二种方式为LNG槽车通过卸车增压器向储罐进液。由于在工艺设计上的不完善，使得在对储罐进液的卸车过程中，造成大量的BOG放散。

有些系统在功能设计上虽然具备潜液泵的卸车功能，但在实际运行过程中使用效果很差，甚至无法使用。原因及解决方法如下：

①潜液泵气蚀现象十分严重，潜液泵无法正常运转。原因有潜液泵的入口管道过长、采用金属软管漏冷严重、入口管道管径偏小等，不能满足泵气蚀余量的要求而造成潜液泵的气蚀。因此，缩短管道长度、减少冷损、增大管道口径、减小管道阻力是有效的解决方法。

②卸车流程具备“均压”功能。当需要向储罐补充LNG时，此时储罐内LNG的温度、压力都处于较高的状态，当不具备潜液泵卸车功能而只能采用白增压的方式来进行卸车时，将储罐内的气体利用压差进入LNG槽车来降低储罐的压力、提升LNG槽车的压力，当压力平衡后，再对LNG槽车进行自增压来进行卸车。当采用上进液的方式使LNG进入储罐时，储罐上层的BOG被LNG冷却液化后降落在LNG储罐液相空间，可以减少储罐中BOG的放散量。

4　总平面布置

在GB 50156—2012《汽车加油加气站设计与施工规范》中，LNG储罐与LNG潜液泵池之间没有防火距离要求。因此，在设}f-DH气站时，缩短LNG潜液泵池与LNG储罐的平面距离，同时提高LNG储罐的安装高度或降低LNG潜液泵池的高度，利用储罐和LNG潜液泵的高差，使得LNG快速进入LNG潜液泵中，缩短LNG潜液泵的预冷时间，减少BOG量的产生。

在满足GB 50156—2012《汽车加油加气站设计与施工规范》中LNG加气机与LNG储罐、LNG潜液泵池防火距离要求的前提下，工艺管道长度尽可能短，这样也可以有效减少BOG量。

5　运行管理

在当前LNG加气站布点、市场培育过程中，加气车辆偏少是造成BOG放散的一个原因，若能够对加气车辆进行有效管理，采用固定时段集口加气的方式，可以减少BOG的放散量。

LNG有带压液体和常压液体之分，带压液体压力一般为0.4MPa，温度为-140℃左右；常压液体压力一般为0.02MPa，温度为-162℃。在相同的时间内带压液体产生的BOG量要大于常压液体。因此，在液源的选择上，尽可能采用常压液体。

6　BOG再利用

BOG是每一个LNG加气站必不可少的产物，因此，BOG的再利用对每个加气站的运行人员来说是一个不容忽视的问题。

当前市场上，由于CNG的价格远低于汽油的价格，而且CNG经过多年的发展和应用，已经有一套完整、安全的操作流程，因此．在选择建设LNG加气站时可以考虑LNG—CNG的合建站，将LNG加气站产生的BOG经过压缩后作为CNG销售，既免除了BOG排放的浪费，也成为加气站新的销售点。

在某些LNG加气站中，采用低温液氮作为载冷介质循环供冷使BOG液化，气化的氮气可以作为LNG加气站中气动阀仪表风用气和吹扫气体使用，工艺流程见图3。

液氮管道在LNG储罐的气相空间内形成液氮盘管，构成液氮冷凝装置。BOG的回收可分为以下两种情况：①LNG储罐BOG的回收。将装载有LNG的槽车和LNG储罐通过进出液管连接，开启LNG储罐内的液氮冷凝装置，液氮储罐中的液氮流经LNG储罐的气相空间，使LNG储罐中的BOG冷凝转化成LNG，直接降落在LNG储罐液相空间，此时LNG储罐压力降低。同时，对槽车内的LNG进行增压，使槽车内的压力高于储罐压力，通迩：自增压卸车流程完成卸车操作。在卸车过程中，继续打开液氮冷凝装置对LNG储罐降压，防止LNG储罐超压。②车载气瓶BOG的回收。将车载气瓶与LNG加气机及液氮冷凝器连接，开启与车载气瓶连接的液氮冷凝器，使其处于工作状态，车载气瓶内的BOG通过液氮冷凝器冷凝后转化为LNG并直接回收到车载气瓶中。