摘　要：隨著液化天然氣(LNG)技術(shù)應(yīng)用的深入，目前各地相繼開工建設(shè)液化天然氣(LNG)汽車加氣站，針對(duì)較多加氣站遇到的液化天然氣(LNG)蒸發(fā)氣體(BOG)產(chǎn)生量過大的問題，對(duì)相關(guān)影響環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，提出了降低Bo(；產(chǎn)生量的措施對(duì)策，對(duì)LNGjZ車加氣站的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：LNG汽車加氣站　蒸發(fā)氣體(BOG)　卸車　真空度　站址選擇

Analysis of Causes and Measures on the Excessive Releasing of Boil-off Gas(BOG)in LNG Gas Stations

Abstract：Liquefied natural gas(LNG)stations were developed and constructed in various regions reeently．The present article analyses the related factors affecting the excessive releasing of boil-off gas(BOG)in LNG gas stations．Measures of reducing the BOG has also been put forward in this article，which make the guiding significance tor the construction and operation of LNG station．

Keywords：LNG Gas station  Boil-off Gas  Unload  Vacuum degree  Choice ot stafton address

1　問題的提出

液化天然氣(以下簡(jiǎn)稱LNG)供氣技術(shù)自2001年引入中國(guó)以來^[1]，極大地促進(jìn)了天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從上游LNG的生產(chǎn)與液化，到LNG的運(yùn)輸，再到下游LNG的儲(chǔ)存、氣化供氣，這一產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善。以下游的城鎮(zhèn)燃?xì)鉃槔?span lang="EN-US">LNG氣化后不但能供應(yīng)城鎮(zhèn)居民、公福及工業(yè)用戶用氣，而且還能用作汽車動(dòng)力源。自從LNG汽車試點(diǎn)至今，建設(shè)了相當(dāng)?shù)?span lang="EN-US">LNG汽車加氣站，這些多數(shù)為中海油、新疆廣匯等建設(shè)，所使用的LNG氣源較為固定。為促進(jìn)這項(xiàng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，規(guī)范LNG汽車加氣站的建設(shè)，國(guó)家相繼頒布了相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)^[2-3]。近段時(shí)間來，各地相繼開工建設(shè)了多座LNG汽車加氣站，不少加氣站由于種種原因，在投用后LNG蒸發(fā)氣體(BOC)的產(chǎn)生量過大，導(dǎo)致LNG儲(chǔ)罐壓力上升過快，不得不進(jìn)行放散，這樣不但在加氣站周邊形成可燃?xì)怏w危險(xiǎn)空間，同時(shí)也造成了資源的浪費(fèi)及環(huán)境污染，加氣站的效益受到影響。本文運(yùn)用相關(guān)理論并結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)LNG汽車加氣站蒸發(fā)氣體(BOG)產(chǎn)生量過大的問題進(jìn)行分析，同時(shí)提出相應(yīng)的解決方案。

2　蒸發(fā)氣體(BOG)產(chǎn)生的原因及危險(xiǎn)性

2．1　蒸發(fā)氣體(BOG)產(chǎn)生的原因

在正常儲(chǔ)運(yùn)過程中能不斷產(chǎn)生蒸發(fā)氣體，是LNG的重要特性之一^[4]。眾所周知，LNG的沸點(diǎn)約為-l62℃(以組分定)，為深冷狀態(tài)。為保證正常儲(chǔ)運(yùn)，所需的LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)為雙層結(jié)構(gòu)，中間夾層采取充填保冷材料并抽真空或充填干燥惰性氣體處理，盡管如此，在儲(chǔ)運(yùn)時(shí)外界的熱量還會(huì)傳導(dǎo)至儲(chǔ)罐內(nèi)層，LNG在接收這些熱量后將導(dǎo)致一些液體蒸發(fā)為氣體，即蒸發(fā)氣體(BOC，boil off gas)。蒸發(fā)時(shí)，LNG中的氮和甲烷首先從液體中氣化，使得剩余液體密度增大。

2．2　蒸發(fā)氣體(BOG)的危險(xiǎn)性

儲(chǔ)罐(或低溫管道)內(nèi)的LNG產(chǎn)生BOG后，會(huì)使得其上部空間的氣體密度增大，壓力升高，升高到一定程度，儲(chǔ)罐(或低溫管道)的安全泄放裝置將開啟放散。BOG放散出來后，如果氣體溫度在-ll3℃以下(以組分定)時(shí)通常BOG的密度比空氣大，在泄放點(diǎn)周圍一定區(qū)域內(nèi)會(huì)形成“霧團(tuán)”。此時(shí)對(duì)附近工作人員能造成冷灼傷和窒息的危害。如果儲(chǔ)罐(或低溫管道)沒有安全泄放裝置，壓力上升到一定程度，則有爆裂的危險(xiǎn)。

3　LNG汽車加氣站中產(chǎn)乍蒸發(fā)氣體(BOG)的環(huán)節(jié)及分析

LNC汽車加氣站具有卸車、儲(chǔ)存、增壓、加氣等工藝過程，南此形成了相應(yīng)的T藝流程，見圖l。

在上述工藝流程中，涉及到產(chǎn)生BOG的環(huán)節(jié)主要是LNG槽車到站后的卸車、LNG在儲(chǔ)罐內(nèi)的儲(chǔ)存及LNG的加氣等工藝過程。

3．1　LNG卸車環(huán)節(jié)

(1)低溫輸送管道

LNG槽車到站后，通常通過低溫泵法或增壓器法對(duì)槽車內(nèi)LNG增壓后將LNG卸入儲(chǔ)罐內(nèi)。不論采用哪種方法，LNG必須通過低溫管道進(jìn)行輸送，在輸送過程中，LNG將吸收外界環(huán)境熱量而氣化，產(chǎn)生BOG。為了減少BOG的產(chǎn)生，通常利用兩種方法對(duì)低溫管道進(jìn)行保冷處理，即絕熱材料包覆法和真空管法，這兩種方法結(jié)構(gòu)如圖2、3所示^[5]。

在上面兩種方法中，絕熱材料包覆結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工方法基本可靠，可執(zhí)行的規(guī)范主要有《設(shè)備及管道保冷技術(shù)通則》GB／Tll790、《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50264等，而對(duì)于真空管結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求和做法，目前還沒有可執(zhí)行的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范，真空管內(nèi)的真空度、真空的漏放氣速率、使用壽命還沒有明確要求。從目前LNG加氣站的運(yùn)行實(shí)際看，相當(dāng)多的LNG加氣站低溫管道采用了真窄管保冷法，由生產(chǎn)廠家配置。有的廠家的真空管制造質(zhì)量不高，導(dǎo)致真空度不高且漏放氣速率過快，有的甚至運(yùn)行數(shù)月即失效，外界環(huán)境熱量很快到達(dá)管道內(nèi)部，LNG遇熱快速氣化成蒸發(fā)氣體BOG。

(2)低溫卸車泵

目前LNG汽車加氣站多采用低溫泵卸車，對(duì)立式潛液泵而言其電機(jī)及泵體均浸沒于保冷外殼中，多為國(guó)外產(chǎn)品，有一定的保冷效果；但如果產(chǎn)品的制造質(zhì)量存在缺陷，保冷措施不到位，則LNG經(jīng)過泵體會(huì)吸收外界較多的熱量而形成BOG氣體。

3．2　LNG儲(chǔ)存環(huán)節(jié)

同前所述，LNG經(jīng)卸車工序后進(jìn)入儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。目前LNG汽車加氣站采用的儲(chǔ)罐多為真空粉末絕熱儲(chǔ)罐或高真空多層絕熱儲(chǔ)罐。這兩種儲(chǔ)罐雖然進(jìn)行了絕熱保冷處理，但外界熱量還是會(huì)進(jìn)入儲(chǔ)罐中，LNG吸收熱量后將蒸發(fā)氣化成BOG。為此國(guó)家制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。但實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行中有些生產(chǎn)廠家儲(chǔ)罐的真空度達(dá)不到要求或運(yùn)行不長(zhǎng)時(shí)間就發(fā)生了夾層漏氣而造成真空度下降過快，使得BOG產(chǎn)生量過大。

3．3　LNG加氣環(huán)節(jié)

此環(huán)節(jié)中BOG的產(chǎn)生同卸車環(huán)節(jié)。

3．4　LNG組分的影響

通常LNG的沸點(diǎn)約為-l62℃，即常壓下LNC的儲(chǔ)存溫度為-162℃。由LNG的一般特性可知，LNG中重組分越多，其沸點(diǎn)越高，蒸氣壓越高，也就是說沸點(diǎn)高于-162℃的LNG重組分較多時(shí)，在LNG儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存壓力較高，溫度就高(相對(duì))，較長(zhǎng)時(shí)間后儲(chǔ)存溫度、更高。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)卸入新的LNG時(shí)，則卸入的LNG進(jìn)入后被加熱，也增大了蒸發(fā)量。另外卸車時(shí)由于儲(chǔ)罐內(nèi)壓力高，為便于卸車有時(shí)也必須進(jìn)行天然氣的泄壓放散。

3．5　工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

目前有些設(shè)計(jì)單位對(duì)LNG的性質(zhì)和技術(shù)掌握不全面，對(duì)LNG汽車加氣站的工藝設(shè)計(jì)不太理解，主要表現(xiàn)在：LNG輸送管道無謂過長(zhǎng)；對(duì)儲(chǔ)罐和低溫管道夾層的真空度指標(biāo)提不出技術(shù)要求；對(duì)低溫管道絕熱材料的保冷設(shè)計(jì)過于籠統(tǒng)，保冷措施不明確等，這些也容易造成LNC的蒸發(fā)量增大，即產(chǎn)生較多的蒸發(fā)氣體BOG。

4　降低BOG產(chǎn)生量的對(duì)策

4．1　強(qiáng)化工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和合理工藝操作

(1)設(shè)計(jì)單位在對(duì)低溫工藝管道(特別是卸車、加氣液相管道)保冷設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)明確技術(shù)要求。應(yīng)用絕熱材料包覆法時(shí)應(yīng)明確絕熱材料的技術(shù)參數(shù)、保冷層的厚度及施工要求；利用真空管技術(shù)保冷時(shí)應(yīng)明確封結(jié)真空度的數(shù)值要求、真空的漏放氣速率及正常使用壽命(即保證正常真空度的使用周期)，如果是生產(chǎn)廠家直接供應(yīng)安裝真空管，則更應(yīng)提出詳細(xì)的技術(shù)要求，明確雙方的責(zé)任。低溫工藝管道保冷措施得當(dāng)，蒸發(fā)氣體量就會(huì)降低。在低溫管道的保冷設(shè)計(jì)方面，應(yīng)該對(duì)相關(guān)問題做進(jìn)一步研究和探討。

(2)設(shè)計(jì)文件應(yīng)對(duì)LNG儲(chǔ)罐提出明確的保冷指標(biāo)要求。不論是真空粉末絕熱儲(chǔ)罐還是高真空多層絕熱儲(chǔ)罐對(duì)保冷都應(yīng)有明確的要求，即某體積的儲(chǔ)罐都應(yīng)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的真空度和靜態(tài)蒸發(fā)率，超過這些數(shù)值指標(biāo)就達(dá)不到保冷效果，蒸發(fā)氣體產(chǎn)生量就會(huì)增加，應(yīng)及時(shí)抽真空處理或采取其他措施。綜合相關(guān)規(guī)范和工程實(shí)踐，提出儲(chǔ)罐的保冷指標(biāo)要求，儲(chǔ)罐的封結(jié)真空度指標(biāo)要求見表1，靜態(tài)蒸發(fā)率指標(biāo)(上限)要求見表2。

(3)加氣站設(shè)計(jì)時(shí)，在工藝上儲(chǔ)罐應(yīng)具有上進(jìn)液功能。在卸車操作時(shí)，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)LNG溫度比來氣高時(shí)，應(yīng)采取上進(jìn)液的方法，以降低罐內(nèi)LNG的溫度，從而降低罐內(nèi)氣相壓力，降低蒸發(fā)氣體量。

4．2　嚴(yán)格設(shè)備制造質(zhì)量

LNG加氣設(shè)備生產(chǎn)廠家應(yīng)加強(qiáng)自律，精益求精，不斷提高設(shè)備制造質(zhì)量，特別是LNG儲(chǔ)罐、卸加氣設(shè)備及相關(guān)低溫真空管道的制造更應(yīng)重視，應(yīng)保證達(dá)到最低保冷要求。建設(shè)單位與設(shè)備生產(chǎn)廠家簽訂購(gòu)貨合同時(shí)應(yīng)同時(shí)簽訂技術(shù)協(xié)議，雙方按此協(xié)議制造及驗(yàn)收。

4．3　注意LNG組分的影響

用氣方在購(gòu)進(jìn)LNG之前，應(yīng)索取供氣方LNG的組分參數(shù)，應(yīng)要求所供LNG的沸點(diǎn)盡量低，即飽和蒸氣壓盡量低，這樣LNG槽車到站卸車時(shí)，槽車儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力不會(huì)很高(與儲(chǔ)存時(shí)間也有關(guān)系)，LNG的溫度也不會(huì)很高，這樣槽車卸車時(shí)就很利于卸車且站內(nèi)儲(chǔ)罐蒸發(fā)氣體量也小。LNG汽車加氣站一般應(yīng)同定氣源點(diǎn)。

4．4　注重LNG汽車加氣站站址的選擇

由于LNG較CNG(壓縮天然氣)、LPG(液化石油氣)有其特殊性，決定了LNG汽車加氣站站址的選擇更應(yīng)慎重。除符合國(guó)家、行業(yè)相關(guān)規(guī)范規(guī)定外，應(yīng)盡量選擇在附近有天然氣管道的地方，該天然氣管道的設(shè)計(jì)壓力宜小于0.8MPa，運(yùn)行壓力宜小于0.6MPa。這樣，LNG在卸車及操作過程中產(chǎn)生的BOG，可及時(shí)泄入附近的天然氣管道中供周邊用戶使用，減少了天然氣的浪費(fèi)。如果附近天然氣管道的運(yùn)行壓力高于儲(chǔ)罐的最高運(yùn)行壓力，BOG是否進(jìn)入天然氣管道，應(yīng)經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析確定。因此LNG加氣站的站址選擇是一個(gè)重要的問題。

5　結(jié)語

從以往LNG汽車加氣站出現(xiàn)的問題看，加氣站的設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)營(yíng)安全應(yīng)引起重視。南前述分析可知，如果加氣站存在相應(yīng)的技術(shù)、制造缺陷，操作不當(dāng)，蒸發(fā)氣體量BOG的產(chǎn)生量將過大，嚴(yán)重時(shí)可造成安全事故。因此，應(yīng)采取相應(yīng)措施，將BOG的產(chǎn)生量盡量控制在合理范圍內(nèi)，本文提出的相關(guān)觀點(diǎn)措施，值得同行高度重視。

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本文作者：劉新領(lǐng)

作者單位：淄博綠博燃?xì)庥邢薰?span lang="EN-US">