高耗点LNG加注站BOG产生原因及降低措施分析_王冕冕.pdf

202302百家争鸣194Modern Chemical Research当代化工研究202302百家争鸣194Modern Chemical Research当代化工研究高耗点LNG加注站BOG产生原因及降低措施分析王冕冕（中国石化销售股份有限公司浙江杭州石油分公司 浙江 310007）摘要：相比传统汽车燃料，液化天然气（LNG）因燃烧过程中产生的污染物少，释放的热量大，被视为高效、清洁能源被广泛应用。由于LNG具有深冷低温、极易气化的特点，导致部分加注站蒸发气（BOG）大量放散，难逃“高耗点站”的现状，既造成能源损耗，同时存在一定潜在危险性，此外BOG中主要成分甲烷是一种温室效应很强的气体，导致加注站碳排放量显著增加。针对当前这类问题，本文重点从进、销、存作业环节剖析了BOG形成的来源，同时从气源、设备工艺、日常运行管理等方面提出了5项有效措施，可在很大程度上降低损耗率，减少碳排放量，能够有效提高社会、经济和环保效益。关键词：LNG；加注站；BOG；真空度；卸车；回收 中图分类号：TM621 文献标识码：AAnalysis on Causes and Reduction Measures of BOG in LNG Filling Stations with High Consumption PointsWang Mianmian(Zhejiang Hangzhou Petroleum Branch of Sinopec Sales Co.,Ltd.,Zhejiang,310007)Abstract：Compared with traditional automotive fuels,liquefied natural gas(LNG)is widely used as an efficient and clean energy source be-cause it produces fewer pollutants and releases more heat.Due to the characteristics of cryogenic low temperature and easy gasification of LNG,some LNG filling stations with a large amount of evaporating gas(BOG)cannot escape the fate of“high consumption point stations”.It cause energy loss and a potential risk,in addition to carbon emissions increasing significantly.In view of the current problems,this paper mainly analyzes the source of BOG formation,the processes of import,sales and storage,and puts forward five effective measures from the aspects of gas source,equipment pro-cess and daily operation management,which can reduce the loss rate significantly,reduce carbon emissions,and effectively improve social,econom-ic and environmental benefits.Key words：LNG；filling station；BOG；vacuum degree；unload；recovery1.研究背景 液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG），其主要化学成分是甲烷，它无色、无味、无毒且无腐蚀性，LNG是由原料天然气经一系列低温液化工艺处理后获得，体积相当于标况下气态天然气体积的1/625，LNG燃烧后对空气污染非常小，而且释放的热量大，国内已形成LNG液化厂、接收站、加注站及配套冷能利用项目等完善产业链1-3。根据一座位于公交停堡基地LNG加注站（后文均简称A站）营运数据统计，该站从2016年10月22日（投运第一天）至2016年12月31日期间，进液量为112940kg，销售量为84132.9kg，损耗量为28807.1kg，损耗率为34.24%，远远超过公司规定的损耗限值（5%以内）。该站投运前期日均销售量为1200kg，约12天进一次液，进液后储罐压力在0.38MPa左右，下一次进液前储罐压力通常达到0.9MPa左右，不得不采取自动或手动放散措施降低系统压力以确保储罐安全和进液作业正常进行。从公司其他投运的LNG加注站营运情况来看，在日加气量不大的情况下，气站BOG放散量也较高，单站最高损耗率达到44.5%。BOG的放散一方面容易在加注站周边形成可燃气体空间，安全风险指数增加，另一方面造成能源浪费，严重影响加注站的经济效益，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，导致站点碳排放量显著增加，与当前低碳发展目标相冲突。因此，分析BOG产生的来源，并提出一套措施降低高损耗站点放散量显得尤为重要。2.BOG产生来源分析LNG加注站通常将LNG储存在储罐中，运行时经绝热措施处理的管道输送至潜液泵、加液机等设备中。LNG运输槽车卸车气化器LNG潜液泵LNG加气机泄压放空装置LNG低温储罐增压气化器LNG燃料汽车图例：液路气路图1 LNG加气站工艺流程图LNG通过槽车运输至加注站，通常采用增压汽化器或潜液泵将槽车中的LNG卸入加注站低温储罐中，当有车辆前来加注时，通过潜液泵和加液机将LNG通过经绝热措施处理的管道充装至车载LNG气瓶4-8。标准加注站以LNG储罐、加注机为主体，包括LNG卸车系统、储202302百家争鸣195Modern Chemical Research当代化工研究202302百家争鸣195Modern Chemical Research当代化工研究存系统、储罐增压系统、加气系统和站控系统等，工艺流程图见图1。加注站在运行过程中设备运转会产生一部分热量，此外储罐和管线等设施设备不可避免与外界存在热量交换，由于LNG具有极易气化的特点，对于饱和的LNG液体，任何一点温度升高和压力下降均导致LNG液体气化形成BOG，加注站产生BOG有如下几个环节。（1）进液环节。进液即卸液，是指将槽车运输来的LNG液体转移至加注站储罐的过程，一般的卸液方式有三种：自增压卸液、泵卸液、增压器和泵联合卸液。不论采取哪种方式卸液方式，LNG必须通过低温管线，尽管管线也采取了低温隔绝方式（一般采用绝热材料包裹结构或真空结构），在输送过程中，也无法隔绝与外界环境热交换，会产生一部分BOG。当LNG加注站采用低温潜液泵提供动力卸液时，BOG产生来源于两部分，一部分为泵池预冷会消耗少量的LNG液体气化形成BOG，另一部分为潜液泵运转产生热量导致LNG气化形成BOG，此环节产生量与起泵次数、泵运转时长有关联9-12。（2）销售环节。销售环节即将LNG液体加注到车载气瓶的过程。加液过程除低温输送管道和低温卸液泵产生BOG（此环节同卸液过程）外，由于LNG车载气瓶压力过高，往往需要通过回气枪向储罐系统卸放BOG以确保加注作业正常进行。通常一个375L的气瓶残余气量约为3Nm3，此部分气体一部分遇储罐低温LNG液化，通常大部分经站内集中放散管排放。此外，如果加气车辆少，两次加气间隔时间长，往往还需要对泵和管线等设备进行预冷，预冷也会损耗一部分LNG生成BOG，这部分BOG通常也会回到储罐13-15。（3）存储环节。存储环节BOG产生主要体现在储罐自然蒸发。LNG储罐一般为双层结构，内衬采用耐低温的奥氏体不锈钢材料，外衬采用低合金钢材料，中间夹层采取填充保冷材料如珠光砂并抽真空绝热。受限于当前工艺水平，设备尚无法达到绝对真空绝热状态，此外受材料质量、环境温度以及光照等多重因素的影响夹层存在漏气的可能性，上述均会导致储罐与外界发生热交换，形成BOG。同时如储罐中尚有剩余液体，且没有新购入LNG进行补充，加注站需要在较高压力运行一段时间，当压力超过控制上限，不得不采取手动或自动方式开阀放散，直到新购入的LNG卸入才能将储罐的压力降低。其产生量通常可根据静态蒸发率来估算，一般储罐日蒸发率在0.2%左右，最高不得超过0.3%，排放BOG是加注站最大的损耗16-17。除工艺环节外，BOG的产生量也受气源物性参数的影响。LNG重组分越多，沸点越高，其蒸气压越高，当LNG气源重组分较多时，储罐的压力较高，温度相对也高，当储罐卸入新的LNG时，增加了LNG蒸发量。另外气源初期温度较高，会造成系统压力高位运行，压力上升至减压排气压力的空间减小，缩短了气液存放的周期；压力较高的气液注入车载气瓶后不能较好进行降压，需要回气方可正常充装作业，恶化了整个系统，这些均导致BOG产生量的增加。3.应对措施 目前我公司LNG加注站大部分建设在城市建成区或沿城市主要道路。有与加油站合建的，有建设在公交停堡基地内的，主要替代柴油车辆，如公交车、大型货车等。新投运的加注站受日加气量少（不到设计加气量10%）、加气时间零散导致加注站损耗率居高不下，针对这类高损耗站点可采取如下几种对策。（1）从增加客户着手，加快液体周转。LNG天然气的使用客户主要是以公交车、大型货车为主，首先公司要充分利用政府推广发展清洁能源的契机，积极与公交公司以及大型车队合作，争取更多的车辆柴改气，抢占先机，扩大市场份额，加快液体周转，减少LNG存储时间，从根本上减少BOG的产生及放散。（2）从进液源头着手，合理选择气源。由于液化工艺和原料气组分不同，不同的气源液温、热值不同。当前我国气源大致可分为4个档次，分别为：气源温度在-162左右，压力约0.1MPa以下；气源温度在-152左右，压力约0.2MPa左右；气源温度在-140左右，压力约0.38MPa左右；气源温度在-130左右，压力约0.5MPa左右。在投运前期加注车辆不足的情况下尽量选择一二类气源，更优质的气源可减少LNG气化生成BOG，从源头上控制来减少BOG的产生。（3）从卸车工艺着手，采取分卸方式。日均加气量越少，LNG周转时间越长，LNG通过储罐、潜液泵等设备及工艺管道与外界发生的热交换就会越多，相应产生的BOG数量也越多。通过统筹考虑日销液量、运输成本等经济指标，可采取邻近气站一车两站分卸方式，使单站储罐及时补充较低温的LNG，储罐内的一部分BOG液化，减少BOG放散量，从而降低了损耗率。高华伟等人通过建立数学模型，表明储罐的充装间隔时间在4d及以内，可以大量减少BOG的放散。该措施在笔者所在公司A加注站得到了证实。该公司自2017年1月份至4月份均采取了一车两站分卸模式，5月份受加液车辆增加采取分卸和卸整车相结合方式，月平均卸液次数为6次（每5天卸一次液），平均每次卸液量为8828kg，月平均销售量为55300kg，月平均损耗量为2280kg，损耗率为4.1%，处于正常损耗范围。202302百家争鸣196Modern Chemical Research当代化工研究202302百家争鸣196Modern Chemical Research当代化工研究（4）从检查设备着手，检测管线真空度。所有的管线、储罐都要进行良好保冷措施。如在卸液作业过程中，槽罐车与储气罐的连接管非保冷管材，可以看到卸液时连接管上结了一层厚厚的霜，此现象为连接管周围的水蒸气遇冷放热凝结形成霜，热量被带入管线和储罐系统，无形中产生BOG。定期检查管线、管件等设施设备表面结霜情况可判断设施是否内漏或真空度失效，再结合现场实际情况开展真空度检测。针对A站损耗率高的情况，加注站安排维护商进行真空度检测，真空度值为8Pa，超出正常标准值5Pa，后续开展抽真空维护。不定