摘　要：從設(shè)備(LNG儲罐、低溫泵池)、工藝流程、總平面布置、運(yùn)行管理等方面分析減少BOG放散量的措施，提出了一種BOG再液化工藝流程。

關(guān)鍵詞：LNG加氣站；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

液化天然氣(LNG)是一種清潔高效的能源，與汽油、柴油及壓縮天然氣(CNG)相比，具有安全性高、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、環(huán)境負(fù)效應(yīng)小、儲能密度高等明顯的優(yōu)勢。因此，LNG作為汽車燃料，廣泛地應(yīng)用于城市公交、重卡以及城際大巴，而與之配套的LNG加氣站也同步得到快速發(fā)展。

由于LNG是低溫流體，盡管LNG加氣站設(shè)備有良好的絕熱措施，但是在儲存和操作的過程中，由于自然的熱量傳遞和系統(tǒng)冷卻需要，都不可避免地會產(chǎn)生一定數(shù)量的LNG蒸氣，即BOG。隨著BOG數(shù)量的增加，使LNG系統(tǒng)的溫度和壓力升高，達(dá)到一定程度時，不得不泄放BOG以降低系統(tǒng)的壓力。

BOG本身就是一種非常潔凈的燃料，排放到空氣中不僅是一種無謂的浪費(fèi)，而且可燃?xì)怏w排放到空氣中，具有潛在的危險。據(jù)某LNG加氣站統(tǒng)計，每年排放的BOG數(shù)量接近該站年供LNG總量的5％，經(jīng)濟(jì)損失逾40×10⁴元。此外，BOG中主要成分為甲烷，而甲烷是一種溫室效應(yīng)很強(qiáng)的氣體，甲烷的溫室效應(yīng)系數(shù)(GWP)為二氧化碳的21倍。

因此，我們必須重視BOG的放散問題。這不僅符合節(jié)能減排的方針政策，也是提高裝置的經(jīng)濟(jì)性和安全性的重要措施^[1-2]。為了減少這種放散現(xiàn)象，本文從設(shè)備、工藝流程、平面布置、日常運(yùn)行管理及BOG再利用等方面，提出減少BOG放散量的措施。

2　設(shè)備

2.1　LNG儲罐采用高真空多層纏繞絕熱^[3]

目前，在LNG加氣站的應(yīng)用中，LNG儲罐主要有真空粉末絕熱及高真空多層纏繞絕熱兩大類。真空粉末絕熱在絕熱空間充填多孔性絕熱材料(珍珠巖粉)，對真空度的要求不高。與之相比，高真空多層纏繞絕熱由多層反射材料和間隔物交替纏繞而成，夾層抽成高真空，反射材料通常采用鋁箔或鍍鋁滌綸薄膜，間隔物一般采用玻璃纖維紙、植物纖維紙或尼龍網(wǎng)。由于高真空多層纏繞絕熱能有效地抑制熱輻射，因此，它具有優(yōu)良的絕熱性能。表1列出了在相同的邊界溫度條件下(300K)兩種絕熱型式的表觀熱導(dǎo)率和夾層真空度的對比，在環(huán)境溫度下兩種絕熱型式的LNG儲罐的蒸發(fā)率的對比?？梢钥闯?，高真空多層纏繞絕熱結(jié)構(gòu)的絕熱性能要明顯優(yōu)于真空粉末絕熱。

2.2　低溫泵池結(jié)構(gòu)的改進(jìn)^[4]

在LNG汽車加氣站中，目前一些低溫泵池均采用真空結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)絕熱，但低溫泵池蓋不具備絕熱的功能，這就導(dǎo)致低溫泵池中的LNG直接與低溫泵池蓋接觸漏熱，產(chǎn)生如下不良后果：低溫泵池蓋的表面結(jié)霜，影響操作和檢修；外界的熱量通過換熱進(jìn)入到低溫泵池中，促使BOG的產(chǎn)生。

若將低溫泵池蓋設(shè)置成真空結(jié)構(gòu)，低溫泵池蓋與低溫泵池中的LNG直接接觸處就可以與外界環(huán)境實現(xiàn)熱隔離，從而極大地減少了熱交換，避免了低溫泵池蓋表面結(jié)霜，減少了BOG的生成。

在現(xiàn)有使用的LNG加氣機(jī)中，其工藝流程見圖1。

圖1的LNG加氣機(jī)工藝流程具體分析如下：①LNG加氣機(jī)預(yù)冷(當(dāng)加氣機(jī)長時間不加氣，再次啟動時使用，此時加氣槍插在插槍口上)：LNG從加氣機(jī)進(jìn)液管道流向截止閥、單向閥1、液相質(zhì)量流量計、氣動閥1、金屬軟管、加氣槍、插槍口、單向閥4，最后經(jīng)回氣管道回到LNG儲罐。

②LNG加氣機(jī)加氣前預(yù)冷(在加氣時間間隔較短時使用)：LNG從加氣機(jī)進(jìn)液管道流向截止閥、單向閥1、液相質(zhì)量流量計、氣動閥2，最后經(jīng)回氣管道回到LNG儲罐。

③LNG加氣機(jī)加氣流程：LNG從加氣機(jī)進(jìn)液管道流向截止閥、單向閥1、液相質(zhì)量流量計、氣動閥1、金屬軟管、加氣槍，然后進(jìn)入車載氣瓶。

④LNG加氣機(jī)回氣流程：車載氣瓶內(nèi)的BOG氣體經(jīng)回氣槍、金屬軟管、氣相質(zhì)量流量計、單向閥5及回氣管道回到LNG儲罐。

⑤放散：當(dāng)加氣機(jī)啟動，管道內(nèi)有大量氣相，或者加氣機(jī)要進(jìn)行檢修等作業(yè)時，可以通)立放散管道將加氣機(jī)內(nèi)BOG或少量LNG排空。

LNG加氣機(jī)中若直接用普通絕熱管遣：連接，就不能確保LNG的低溫深冷特性，造成BOG的產(chǎn)生。若我們采用一種帶多層纏繞真空絕熱的LNG加注裝置(見圖2)，在LNG加氣機(jī)中設(shè)置一個密閉腔室，將圖1中的單向閥2、單向閥3、單向閥4裝在密閉腔室里，氣動閥1、氣動閥2的一部分裝在密閉腔室里，一部分延伸在密閉腔室外面。在密閉腔室里用多層纏繞管將接插槍口處、接加氣槍處、單向閥2、單向閥3、單向閥4、氣動閥l、氣動閥2：等處集成連接。密閉腔室里保持真空狀態(tài)。這樣則可以減少BOG的產(chǎn)生。

3　工藝流程

在當(dāng)前運(yùn)行的加氣站系統(tǒng)中，LNG槽車的卸車方式有兩種，第一種方式為LNG槽車通過潛液泵向儲罐進(jìn)液，第二種方式為LNG槽車通過卸車增壓器向儲罐進(jìn)液。由于在工藝設(shè)計上的不完善，使得在對儲罐進(jìn)液的卸車過程中，造成大量的BOG放散。

有些系統(tǒng)在功能設(shè)計上雖然具備潛液泵的卸車功能，但在實際運(yùn)行過程中使用效果很差，甚至無法使用。原因及解決方法如下：

①潛液泵氣蝕現(xiàn)象十分嚴(yán)重，潛液泵無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。原因有潛液泵的入口管道過長、采用金屬軟管漏冷嚴(yán)重、入口管道管徑偏小等，不能滿足泵氣蝕余量的要求而造成潛液泵的氣蝕。因此，縮短管道長度、減少冷損、增大管道口徑、減小管道阻力是有效的解決方法。

②卸車流程具備“均壓”功能。當(dāng)需要向儲罐補(bǔ)充LNG時，此時儲罐內(nèi)LNG的溫度、壓力都處于較高的狀態(tài)，當(dāng)不具備潛液泵卸車功能而只能采用白增壓的方式來進(jìn)行卸車時，將儲罐內(nèi)的氣體利用壓差進(jìn)入LNG槽車來降低儲罐的壓力、提升LNG槽車的壓力，當(dāng)壓力平衡后，再對LNG槽車進(jìn)行自增壓來進(jìn)行卸車。當(dāng)采用上進(jìn)液的方式使LNG進(jìn)入儲罐時，儲罐上層的BOG被LNG冷卻液化后降落在LNG儲罐液相空間，可以減少儲罐中BOG的放散量。

4　總平面布置

在GB 50156—2012《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》中，LNG儲罐與LNG潛液泵池之間沒有防火距離要求。因此，在設(shè)}f-DH氣站時，縮短LNG潛液泵池與LNG儲罐的平面距離，同時提高LNG儲罐的安裝高度或降低LNG潛液泵池的高度，利用儲罐和LNG潛液泵的高差，使得LNG快速進(jìn)入LNG潛液泵中，縮短LNG潛液泵的預(yù)冷時間，減少BOG量的產(chǎn)生。

在滿足GB 50156—2012《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》中LNG加氣機(jī)與LNG儲罐、LNG潛液泵池防火距離要求的前提下，工藝管道長度盡可能短，這樣也可以有效減少BOG量。

5　運(yùn)行管理

在當(dāng)前LNG加氣站布點(diǎn)、市場培育過程中，加氣車輛偏少是造成BOG放散的一個原因，若能夠?qū)託廛囕v進(jìn)行有效管理，采用固定時段集口加氣的方式，可以減少BOG的放散量。

LNG有帶壓液體和常壓液體之分，帶壓液體壓力一般為0.4MPa，溫度為-140℃左右；常壓液體壓力一般為0.02MPa，溫度為-162℃。在相同的時間內(nèi)帶壓液體產(chǎn)生的BOG量要大于常壓液體。因此，在液源的選擇上，盡可能采用常壓液體。

6　BOG再利用

BOG是每一個LNG加氣站必不可少的產(chǎn)物，因此，BOG的再利用對每個加氣站的運(yùn)行人員來說是一個不容忽視的問題。

當(dāng)前市場上，由于CNG的價格遠(yuǎn)低于汽油的價格，而且CNG經(jīng)過多年的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)有一套完整、安全的操作流程，因此．在選擇建設(shè)LNG加氣站時可以考慮LNG—CNG的合建站，將LNG加氣站產(chǎn)生的BOG經(jīng)過壓縮后作為CNG銷售，既免除了BOG排放的浪費(fèi)，也成為加氣站新的銷售點(diǎn)。

在某些LNG加氣站中，采用低溫液氮作為載冷介質(zhì)循環(huán)供冷使BOG液化，氣化的氮?dú)饪梢宰鳛?/span>LNG加氣站中氣動閥儀表風(fēng)用氣和吹掃氣體使用，工藝流程見圖3。

液氮管道在LNG儲罐的氣相空間內(nèi)形成液氮盤管，構(gòu)成液氮冷凝裝置。BOG的回收可分為以下兩種情況：①LNG儲罐BOG的回收。將裝載有LNG的槽車和LNG儲罐通過進(jìn)出液管連接，開啟LNG儲罐內(nèi)的液氮冷凝裝置，液氮儲罐中的液氮流經(jīng)LNG儲罐的氣相空間，使LNG儲罐中的BOG冷凝轉(zhuǎn)化成LNG，直接降落在LNG儲罐液相空間，此時LNG儲罐壓力降低。同時，對槽車內(nèi)的LNG進(jìn)行增壓，使槽車內(nèi)的壓力高于儲罐壓力，通邇：自增壓卸車流程完成卸車操作。在卸車過程中，繼續(xù)打開液氮冷凝裝置對LNG儲罐降壓，防止LNG儲罐超壓。②車載氣瓶BOG的回收。將車載氣瓶與LNG加氣機(jī)及液氮冷凝器連接，開啟與車載氣瓶連接的液氮冷凝器，使其處于工作狀態(tài)，車載氣瓶內(nèi)的BOG通過液氮冷凝器冷凝后轉(zhuǎn)化為LNG并直接回收到車載氣瓶中。

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本文作者：何東紅  盛鱗  劉俊德  王奇斌

作者單位：天津舜鑫達(dá)天然氣有限公司

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