LNG加气站 BOG产生的原因和控制方法

LNG加气站 BOG产生的原因和控制方法

宁琦

济南昆仑能源有限公司 山东济南 250000

摘要：LNG是由原料天然气在常压下降温（-162℃）而获得，由于天然气自身的特点及储存输送技术的限制，目前国际间大宗贸易多通过LNG船运的方式。LNG接收站是将船运LNG进行卸料、储存、汽化和外输的场站。LNG在储存和输送时易蒸发气化，产生蒸发气（BOG）。BOG会改变LNG操作过程中设备内的温度和压力，对BOG进行处理，目的是使储存容器内的温度和压力保持在正常范围，同时也可将其直接加压输送。

关键词：LNG加气站；BOG；原因；控制方法

1LNG加气站BOG产生原因分析

1.1设计层面的原因

加油站结构设计不合理会增加蒸发现象。部分加油站在加油站两端设置了加气区和储存区，造成了位置划分上的严重问题，增加了管道中液化天然气气化的可能性，也给加油站后期的运营管理带来一定的障碍。

由于低温管道过长，中间部分过多，也是造成BOG产量过大的重要原因。液化天然气储存在低温下。虽然相关部件的使用也采用了低温处理，但这种低温材料的储存温度仍远高于液化天然气。因此，一旦储存区的液化天然气通过这些位置，就会发生热交换，导致蒸发问题。此外，如果管道设计过长，零部件使用过多，内部温度会不同，增加了BOG的数量和可能性。

1.2容器和设备漏热

LNG储罐一般为双层结构设计，内外层之间抽成真空或充填干燥的惰性气体，并填充隔热材料，然而，在储存和输送时，由于材料的保冷性能、外界温度、光照的变化，且由于储罐内外环境的巨大温度差，储罐内部与外界不断发生热传导，罐内LNG吸热蒸发汽化。外界温度、光照变化等外部因素是通过改变传热温差影响储罐系统的漏热量，同时考虑光照的影响，当环境温度的波动范围为0～40℃，系统中BOG量的波动小于30%。相较外界因素，储罐材料的保冷性能较影响BOG的产生。目前LNG储罐内层一般采用不锈钢或9%Ni钢，绝热保冷材料一般采用导热系数在10-2W/(m·K)以上的泡沫、粉末等材料。储罐主要通过顶部、侧壁和罐底损失冷量。储罐损失的冷量可根据公式（1）和（2）计算：

式中：Q为储罐损失的冷量，W;Ueff为有效传热系数，W/(m2·℃)；Am为储罐的传热面积，m2；ΔT为罐内外的温度差，℃；λi为各层保冷材料的导热系数，W/(m·℃)；δi为各层保冷材料的厚度，m。

1.3LNG吸收卸料装置的热量产生BOG

非卸船作业时，卸料臂为常温状态。在卸料前，设备应先预冷，否则卸料设备将会因与LNG之间的巨大温差发生损坏和泄露。可利用BOG和低温氮气对设备预冷，由于BOG使用方便且能直接参与系统循环，一般由BOG进行预冷。卸料作业时，BOG的生成量远高于非卸料期间。在卸料期间，LNG蒸发的原因为：(1)操作时LNG不断与卸料臂发生热传导，温度上升，流回到储罐导致罐内LNG温度升高；(2)用于预冷的BOG吸收卸料臂的热量，又回到储罐系统，改变储罐内气相的温度。减少卸料作业时BOG的生成量，有缩短卸料时间、调整卸料臂的预冷速度和设备压力、改变卸料操作方式等。

2LNG接收站BOG的处理方式

2.1再冷凝

2.1.1再冷凝的原理

再冷凝是将过冷的LNG对经过增压的BOG进行热交换，在再冷凝器中使BOG冷凝，由高压泵加压气化外输。BOG再冷凝系统一般由BOG收集系统、回气系统、BOG压缩机和再冷凝器组成。首先用液下泵对储罐中的LNG加压，同时用BOG压缩机对BOG增压。加压后的过冷LNG将分为两部分，流进再冷凝器的一部分与压缩后的BOG进行混合换热，经冷凝后与流经旁通的另一部分混合，增压后汽化外输。如果液化天然气的量不够，则无法实现BOG的冷凝，所以再冷凝工艺适用于天然气外输量大、外输管道压力高的大型场站，该工艺利用LNG本身的冷能，能耗较低，是目前全世界大型接收站主要采用的BOG处理方式。

2.1.2再冷凝器

再冷凝过程中，再冷凝器为主要部分。再冷凝器是一种直接接触的换热设备，直接接触换热具有传热系数高、不易腐蚀设备、结构简单、投资小等优点。其基本原理是加压后的BOG经过气体分布器，在静态混合器中与过冷的LNG完全接触，经冷凝后排出。固定在管道中的静态混合装置可改变管道中流体的流态，实现BOG和过冷的LNG完全接触并冷凝。BOG的流速不能过大，否则将无法维持内部液位和出口压力的平稳。BOG再冷凝器的主要结构为气体分布器和静态混合器。气体分布器与BOG管道连接，为多孔介质构成。BOG经过气体分布器时，微孔通道将使气泡尺寸减小，数量增加，液体的紊流程度提高。静态混合器有无机械搅拌、连续生产、无污染、分散性好、混合好等优点。20世纪60年代，美国的凯尼斯公司首先将其应用于实际生产。

单壳单罐式再冷凝器分为填料段和缓冲段，目前较为常见，LNG从N1流进再冷凝器，增压后的BOG从N2进入，LNG经分布器均匀分配，与填料中的BOG混合，发生传热冷凝，冷凝后的LNG经缓冲段从N3流出，与流经旁通的LNG混合进入高压泵。中石油江苏LNG项目采用单壳单罐式再冷凝器。

2.2蒸发气回收系统

2.2.1蒸发气与LNG

返回到船舱内的蒸发气速率与船舱内被潜液泵抽走的LNG减去船舱所产生的蒸气的速率大致相等，这就保证了自然流动(LNG储罐和船上的压力不同)。然而，蒸发气返回管线的压力控制要求保证LNG船舱的压力不能超过18KPag，返回蒸发气的压力由岸侧天然气返回管线上的压力控制阀01-PV-0010来控制的。

卸料操作是连续的，直到LNG船舱几乎已经被卸空，泵的速率将下降。在正常的操作条件下，一条容积为145000m3LNG船，按13200m3/h的设计卸料速率来计算，要全部卸完一整船的LNG需要12个小时。

2.2.2LNG运输

在卸船过程中，储罐的操作压力必须高于LNG运输船上的压力，这样才能使蒸发气从储罐返回运输船上。卸料中LNG储罐的最大操作压力是25KPag，与运输船的压力差大约有8KPag，足以使气体从储罐流向船舱。因此，只要船上压力大约在17KPag以内时，运输船就能以平均13200m3/h的流量卸载。

在LNG船舱压力高于17KPag的特殊情况时，卸载流量就会低于13200m3/hr。

在运输船完成卸料作业后且码头上的再循环系统重新启动来保持冷却状态以便下一艘运输船的卸料操作时，残留在卸料臂里的LNG通过在卸料臂顶部充入氮气加压，使LNG经过排放管线返回到卸料总管回到LNG储罐。

2.3重视对工艺设备的维修保养

在液化天然气站的日常运行中，由于存在热交换和压力交换，设备故障率较高。另外，设备老化会导致BOG产量的增加。因此，要及时检查储罐的保冷情况，定期对储罐内的真空度进行测试，通过相关测试参数判断真空状况，并及时维修处理，确保保冷效果。

结论

BOG的产生会对加气站的安全运行造成重要影响,不仅会造成能源的浪费,也会增加加气站的成本投入。因此需要从设计层面和管理层面采取措施降低BOG的产生量,从而改善我国能源产业的发展状况。希望通过本文论述,为类似研究提供借鉴,提升加气站运行质量。

参考文献：

[1]马亚津.LNG加气站BOG产生的原因和控制措施[J].化工管理,2018(12):109-110.

[2]何启友,史玉芹,王云雨.LNG加气站、气化站EAG产生量计算方法分析[J].城市燃气,2019(03):7-9.

[3]廖晓梦,张昀,伍婷.LNG加气站BOG用于站内生活用气的可行性探讨[J].石油与天然气化工,2019,45(05):43-45.