LNG加气站BOG回收利用方法

        张飞飞  景世付         易高清洁能源管理服务（西安）有限公司  陕西省  西安市  710065         摘要：近年来，随着我国能源结构调整进程的加快，天然气市场发展迅速，管道供气已从大中城市普及至中小城市，乃至乡镇。与此同时，随着社会对绿色交通的重视，LNG加气站的建设也取得了长足的发展。LNG加气站正在从城市逐步延伸至高速公路、国道、省道、县道甚至是乡镇道路等，并逐渐形成完善的加气网络。LNG加气站的蒸发气(Boiloffgas，缩写为BOG)如处理不当，不仅会造成经济损失，也会影响加气站安全运行。基于此，本文主要对LNG加气站BOG回收利用方法进行分析探讨。         关键词：LNG加气站；BOG；回收利用方法         前言         LNG为低温液体，在LNG储存、加注过程中不可避免的会产生BOG，不仅会引起储罐等设备内压升高，影响加注站的安全运行，排放到大气中还造成了能源浪费和环境污染。因此，针对LNG加注站BOG产生的原因，采取合理的减少BOG气体产生的措施，对BOG进行必要的回收利用具有十分重要的意义。         1、BOG用于站内发电         LNG加气站内产生的BOG，除LNG槽车卸车后所放散的残余BOG外，大多数BOG都经过气相管路返回到LNG储罐的气相空间中，便于统一处理。当储罐超压时，BOG由泄放管路进入升温气化器后进入站内BOG回收利用系统，主要包括BOG缓冲罐、压力调节阀、流量计、流量控制阀与天然气发电机等。工艺流程图如图1所示。                  1－LNG 储罐; 2－EAG气化器; 3－升温气化器; 4－BOG 压缩机; 5－LNG 回收罐; 6－流量计; 7－流量调节阀;8－天然气发电机; 9－LNG 潜液泵;  10－加气机         图1  BOG用于站内发电工艺流程图                  1－LNG储罐; 2－空温式加热器; 3－BOG压缩机; 4－BOG回收罐         图2  BOG站内压缩循环利用工艺流程图         LNG储罐由于罐型不同，泄放压力一般设定为0.8～1.1MPa，罐内压力超过该压力，将释放出储罐内BOG气体。在没装有BOG回收装置的加气站，需流经EAG气化器通过放散管路排入安全区域。将经过升温气化器的BOG气体压缩导入BOG缓冲罐中，在卸车结束后，槽车内的残余BOG也可经过升温气化器后，储存进BOG回收罐中。BOG回收罐的存储压力约为0.7～1.0MPa，温度为环境温度。经过压力和流量调节后进入燃气发电机为其提供燃料，向站内各用电设施供电。加气量3×104m3/d的LNG加气站每日产生BOG约900kg，站内设备用电负荷约11kW·h，生活用电约10kW·h，每天用电量约500kW·h。利用50kW天然气发电机，若发电机组效率为40%，则发电机24h运转消耗BOG量约350m3(约240kg)。该功率发电机用气量小于BOG产生量，会造成多余BOG直接放空，如有额外用电需求则可考虑更换更大功率的发电机机组。         2、BOG站内压缩循环利用         BOG站内压缩循环利用需要在站内安置一台BOG压缩机和回收罐，BOG储存后，作为槽车卸车和储罐调压的补充气体。BOG回收装置的主要设备有BOG回收罐、空温式加热器、BOG压缩机以及回收管线和控制阀等，如图2所示。         LNG储罐的压力较高时BOG进行泄放，进入空温式加热器和压缩机升温增压后储存进BOG回收罐中。LNG槽车BOG泄放管线也与BOG回收管线相连，这部分BOG同样回收入回收罐中。槽车卸车时，将BOG回收罐中的高压BOG降压后送入LNG槽车，增大槽车的气相压力，将槽车内的LNG经卸料管路压入LNG储罐，可不使用潜液泵卸车。卸车完成后，槽车罐中残留的BOG气体通过BOG回收管线重新返回BOG回收罐中，循环使用。站内LNG储罐调压阶段，利用回收罐内BOG引入LNG储罐，实现调饱和压力，不再使用LNG经空温式气化器产生BOG返回储罐的调压方式。         BOG回收罐的工作压力设为5.0MPa。当LNG槽车进站卸车时，BOG压力降低至0.7MPa进入槽车罐使其增压，开始卸液。卸液完成，开启槽车泄压管线上的控制阀回收槽车中增压所补充的BOG与LNG储罐闪蒸出的BOG至回收罐。加气量3×104m3/d的LNG加气站每日产生BOG约900kg，储存压力5.0MPa，温度25℃时，体积约为24.3m3，则BOG回收罐容为30m3。卸车时用该部分BOG提供槽车卸车压力，如仅考虑等体积替换52m3槽车储罐中LNG，则一次需要约750kg。调压阶段，需根据站场LNG储罐内液位与压力不同，调整BOG补充量。         3、BOG回收至燃气管网         BOG回收至城市燃气管网是将站内BOG外输至加气站附近的城市燃气管道中。其主要工艺流程是将站内因漏热、加气预冷以及槽车泄放等原因产生的BOG，集中输送至站内BOG回收装置，通过空温式加热器、调压、加臭、计量等装置，输入加气站附近的燃气管网中。回收流程示意图见图3。                  图3  BOG回收至燃气管网工艺流程图         站内BOG泄放的压力一般为0.5～1.0MPa，将BOG引入空温式加热器，通过调压装置降为0.1～0.2MPa，符合城镇燃气管网的输送要求后，输入加气站附近的城镇燃气管网。         4、BOG压缩生产CNG         适用于L－CNG加气站或LNG/L－CNG合建站。这类加气站中通常具有高压气井(瓶组)与CNG加气机等设施，站内BOG在缓冲罐中汇集后，经空温式气化器升温至接近环境温度，然后通过高压压缩机升压至25MPa存储入气井(瓶组)中，以CNG产品进行销售。该方法依据加气站内的已有设施，仅需增加BOG缓冲罐和回收管线，便能实现BOG的回收利用。而对于标准LNG加气站，该回收工艺则需添加包括BOG缓冲罐、CNG压缩机与CNG高压气井(瓶组)设施等，设备较多且占地面积较大，因此不建议在标准LNG加气站内使用。         5、BOG再液化         利用制冷装置将BOG再液化为LNG，输入LNG储罐进行储存。目前常用的天然气液化工艺主要有级联式、混合冷剂和膨胀机制冷循环工艺。级联式液化流程的采用纯物质制冷剂，但制冷循环级较多，工艺复杂，不适用于小型液化装置。混合冷剂制冷循环(MixedＲefrigerantCycle，简称MＲC)是采用氮、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷组成的混合冷剂制冷并液化天然气的一种工艺，利用了制冷剂中各组分不同沸点，进行逐级冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量，逐步冷却液化天然气。         MＲC工艺和级联式液化工艺在原理上相似，同时又克服了系统复杂的缺点。MＲC工艺简化了制冷系统，降低了功耗，MＲC冷剂由CH4、C2H4、C3H8、i－C4H10和N2组成。BOG经过换热器HEX1预冷后，温度降至－70℃，再经过换热器HEX2后，温度降至－160℃，经节流再液化为LNG进入储罐。膨胀机液化流程是利用透平膨胀机，以氮气、甲烷等为介质，进行绝热膨胀循环制冷液化天然气的工艺。膨胀机制冷液化流程简单、设备少，其缺点是功耗比较高，一般比MＲC工艺要高40%左右。         结语         LNG为低温液体，在应用过程中不可避免会产生BOG，因此，在加气站建设前期，应根据加气站的工艺流程、地理位置、周边条件合理选择BOG的回收方式，减少加气站内气体排放，既利于加气站的安全运行，又能增加加气站的经济效益。         参考文献         ［1］杨国柱.使用液氮回收LNG加气站BOG的可行性分析［J］.煤气与热力，2014，34(10):77－79.         ［2］王婷，王勃，郝颖珺.LNG汽车加气站BOG气体回收工艺探讨［J］.建筑工程技术与设计，2014(4):574－575.         ［3］陈子如，夏云峰，姚三三，等.LNG/LCNG加气站BOG回收利用可行性探讨［J］.石油商技，2014(5):84－89.