LNG加气站BOG产生分析及处理

任金平 于春柳 任永平 马志鹏 张 琪

（1.陇东学院化学化工学院，甘肃 庆阳 745000；2.兰州理工大学石油化工学院，甘肃 兰州 730050；3.广东省特种设备检测研究院，广东 佛山 528000）

0 引言

由于LNG的温度远低于环境温度，加气站在运行过程中，LNG会蒸发产生BOG，随着BOG的不断产生，对加气站的能耗、安全、环保等会产生不利影响。因此，了解LNG加气站的结构，分析其运行过程中产生BOG的途径，提出BOG处理的有效措施，对今后LNG加气站的发展及BOG再液化技术研究具有十分重要的意义。

1 LNG加气站发展概况

进入21世纪以来，LNG加气站发展与LNG汽车发展是相辅相成的，属于互动发展的关系，LNG加气站的投资建设必须依赖于足够数量的LNG汽车的运行，LNG汽车的大力推广也离不开LNG加气站的合理布局。目前全世界有相当数量的LNG加气站和LNG汽车，其中美国在该方面技术上处于领先地位。

我国LNG建设起步较晚，但近十年来经过国家和地方政策性引导和大量研究经费的投入，LNG工业在东部沿海地区发展迅速，在许多环节上都取得了技术性突破，尤其是LNG加气站和LNG汽车技术发展最为迅速，目前国内发展已基本成熟。从全国分布来看，我国LNG加气站主要集中分布在LNG消费大省山东、河北、新疆和LNG产出大省内蒙古、陕西、山西等。

目前国内LNG加气站虽然表现出强劲的发展势头，但从全国范围来看，LNG加气站在国内发展水平不均衡，大部分省份拥有LNG加气站的数量还较少，该现状与欧美发达国家的发展还存在一定差距，而且与国内LNG汽车的发展也不匹配。可见国内LNG加气站的发展尚处在起步阶段，未来的发展有着广阔的空间和市场前景。

2 LNG加气站结构

LNG加气站是为LNG汽车供应LNG燃料的加注站，其设备主要有LNG储罐、低温泵、调压气化器、加气机，另外还有管路系统、控制系统及配套设施等［1］，图1为LNG加气站装置图，图2为橇装式LNG加气站的工艺流程图，分为卸车流程、调压流程、加气流程、卸压流程4个部分。

LNG储罐是用来储存槽车运输来的LNG，并提供对外加注的LNG气源。储罐设计应符合TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》、GB 150.1～4-2011《压力容器》、GB/T 18442-2011《固定式真空绝热深冷压力容器》等国家标准和规范。LNG储罐分为立式和卧式两种类型，无论立式还是卧式均由内罐和外罐及管路组成，内罐常选用0Cr18Ni9奥氏体不锈钢制成，用来充装LNG，外罐常选用优质碳素钢Q345R压力容器，用钢板制成；内罐与外罐之间的夹层抽真空，并布置绝热材料，起到保冷作用；管道材料的选用常与内罐相同。根据GB 50156-2012《汽车加油加气站设计与施工规范》（2014年版）的规定，LNG加气站储罐的总容积和单罐容积应根据加气站的级别满足表1所示的要求。

图1 LNG加气站装置图

图2 LNG加气站的工艺流程图

表1 不同级别LNG加气站储罐容积要求表

LNG低温泵分为外置式和潜液式两种类型，潜液式LNG泵适宜安装在泵池内，要注意的是须在泵的出口处安装止回阀，在泵出口管道上设置全启封闭式安全阀和紧急切断阀。LNG调压气化器采用空温式翅片管气化器，翅片管采用传热效率极高的特种铝合金制成，将空气作为热源，利用空气的自然对流与LNG进行热交换使其气化，从而增大系统内的压力。LNG加气机设置在LNG加气区的室外，加气系统的充装压力不能大于LNG车载气瓶的工作压力，加气软管上设置安全拉断阀。

管道和管件应采用低温不锈钢，并对相关管道和管件采取保冷措施，采用的保冷材料为防潮性能良好的不燃材料，或者选择外层为不燃、里层为难燃的复合绝热保冷材料。

3 加气站BOG产生分析及处理措施

3.1 BOG产生分析

由于LNG的温度远低于环境温度，加气站在运行过程中，LNG蒸发产生BOG，随着BOG的不断产生，对加气站的能耗、安全、环保等会产生不利的影响，为了对BOG进行有效处理，分析加气站BOG产生机理是关键。通过对LNG加气站的结构和工艺流程分析介绍可以得知，正常情况下LNG加气站BOG主要来自外界热量传入、装卸车时体积置换和闪蒸、温度和压力变化3种途径［2-5］。

外界热量传入引起系统内LNG的蒸发主要是LNG储罐漏热、低温管路漏热、加气机预冷、充液气瓶预冷、潜液式LNG泵机械能转化的热量。LNG是将原料天然气经预处理后，在常压（0.1 MPa）下降温到-162℃时获得的天然气液态产品，由于LNG的温度远低于环境温度，因此在LNG加气站运行过程中，尽管对储罐和管道等设备采取了很好的保冷措施，但热量传入是不可能完全避免的，热量的传入引起LNG自然蒸发产生BOG，该部分产生BOG量的多少除与设备绝热性能有关外还受到环境温度的影响，随着季节和昼夜变化。加气站的LNG潜液泵在工作过程中会消耗电能，其中大部分转变为LNG的机械能，另一小部分因为摩擦等作用则转化成了热能，该热能被LNG吸收后则引起LNG蒸发产生BOG。

装卸车时体积置换和闪蒸指的是运输来的LNG在卸车过程中，加气站储罐内的液相空间增大，相应气相空间减小，为了保证储罐内压力稳定，储罐内部分BOG被排出；在装车过程中，LNG槽车罐内的液相空间增大，气相空间减小，为了保证LNG槽车罐内压力稳定，槽车罐内部分BOG也会被排出。还有在装卸车时由于加气站储罐和槽车罐内的LNG温度不同，这两种不同温度的LNG接触则会出现瞬间的闪蒸现象，产生BOG。

温度和压力变化产生BOG是指加气站储罐一般都装有自动泄压装置，当外界大气压力降低时，压力表测量的罐内表压就会偏高，这时候自动泄压装置泄压，罐内压力降低又会引起气液界面处的过热LNG气化产生BOG。

3.2 BOG处理措施

目前各类LNG加气站对BOG的处理措施主要有3种：① 将BOG回收送到站点附近的民用燃气管网，供给燃气用户；② 打开安全阀直接排放BOG或者送至火炬燃烧，这种方法非常不环保，极易造成污染，并且造成的经济损失较大；③ 采用BOG再液化技术将天然气再液化，这种措施可以有效地处理BOG［6］。对于BOG再液化技术有BOG再冷凝液化、BOG间接热交换再液化、蓄冷式再液化3种工艺，但是这些再液化工艺只适用于大型LNG加气站，对于小型LNG加气站没有成熟可用的BOG再液化工艺。

近年来，随着低温制冷机的发展，提出了采用主动制冷的办法，将低温制冷机与热交换器耦合，由制冷机提供冷量，实现对储罐内低温液体的冷却或者对BOG冷凝再液化。图3为采用该技术对小型LNG加气站BOG再液化回收的两种方式：图3a所示为冷凝BOG方式，BOG在低温制冷机冷头处冷凝再液化后，在冷凝罐内汇集，最后通过低温泵送回到LNG储罐；图3b所示为冷却LNG方式，通过低温泵将LNG输送到低温制冷机冷头处，冷却成过冷LNG，然后喷淋到BOG空间将BOG冷凝再液化。这两种方式各具优势，都是通过低温制冷机对LNG加气站产生的BOG进行处理，实现LNG的无损储存，较好地解决了LNG加气站运行过程中的资源浪费和安全环保问题。

4 结束语

LNG加气站是为LNG汽车供应LNG燃料的加注站。目前国内LNG加气站技术已基本成熟，并在全球表现出强劲的发展势头；但从全国范围来看，各省份LNG加气站发展水平很不均衡，该现状与欧美等发达国家存在一定差距，而且与国内LNG及LNG汽车的发展明显不配套，可见国内LNG加气站的发展尚处在起步阶段，未来发展仍有着广阔的空间和市场前景。正常情况下LNG加气站BOG主要来自外界热量传入、装卸车时体积置换和闪蒸、温度和压力变化这3种途径，而外界热量传入引起系统内LNG的蒸发主要是LNG储罐漏热、低温管路漏热、加气机预冷、充液气瓶预冷、潜液式LNG泵机械能转化的热量。对BOG的处理则可采用主动制冷的办法，由低温制冷机提供冷量，实现对罐内LNG的冷却或者BOG冷凝的再液化。

图3 LNG加气站BOG再液化回收方式图