LNG储罐蒸发气体回收技术应用

索旭东

（宁夏哈纳斯液化天然气有限公司，宁夏 银川 750021）

液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）的主要成分是甲烷，而甲烷被认为是地球上最干净的化石能源，燃烧后不会产生有毒有害物质。一直以来，人们都致力于开发与应用天然气，刚开始，天然气的应用仅局限于工业领域，随着人们对天然气的研究越来越深入，现在，天然气能够被广泛应用于人们的生活，并代替煤炭。液化天然气的储存有专门的储罐，储罐储存的时间过长会产生蒸气。LNG储罐日蒸发率大约为0.15%，每天都会产生蒸气，如果不及时排出，会对储罐造成压力。因此，LNG储罐有专门的排气系统，当储罐内的蒸发气体储存到一定量时，系统就会自动排出，排出的气体经过回收处理后，还可以应用于其他方面，如电厂的配套发展等。对LNG储罐蒸发气体的回收利用技术有多种，本研究进行了大致的介绍。

1 BOG回收处理技术

1.1 再冷凝工艺

LNG储罐在处理蒸发气体时有两种方式，一种是通过再冷凝器冷凝成LNG后加压、气化并向外输送；另一种是直接压缩向外输送。LNG储罐产生的蒸发气体通过闪蒸气（Boil Off Gas，BOG）回收处理技术向外输送，LNG储罐目前有专门的气体处理系统，产生的蒸气通过BOG总的管道进入BOG压缩机，在压缩机内可以进一步提高其压强，经过增压的气体通过LNG冷凝储罐内低压泵送出的深冷LNG进行冷凝，冷凝后形成的液体可以在增压气化后直接通过输送管道向外输送[1]。

1.2 直接压缩外输工艺

将LNG储罐产生的蒸气直接进行压缩并向外输送，有两种压缩方式：一种是直接加压至气化，通过输送管道直接向外输送；另一种是加压至一定压力，直接输送给用户使用。两种输送方式的唯一不同点为要求的压力不同，第一种加压方式需要有较强的压力，一般在3 MPa以上，而第二种加压方式是直接给用户使用，所以要求的压强较小，一般在 1 MPa以下[2]。因此，第一种压缩方式要求有特殊的压缩机，而第二种压缩方式只需要普通的压缩机。

1.3 BOG回收工艺讨论

目前，国内对于LNG储罐内产生的蒸气一般都采用再冷凝工艺处理，而大多数国家对LNG储罐内产生的蒸气也是采用直接压缩外输的两种工艺方法回收处理。采用再冷凝工艺回收处理，一般对外输管道网的压力要求较高，但是周围没有配套的工艺设施，比如电厂或者需要使用燃气的用户等。采用直接压缩工艺并不需要太大的压强，使用普通的压缩机便可以满足压缩需求，因此，这种压缩方法会有直接的用户对接[3]。国内的LNG储罐处理气体大多采用冷凝工艺，由于外输需要的压力较大，且没有相应的产业对接，国内的LNG储罐对于产生的蒸发气体大多采用再冷凝工艺。随着产业集群化的发展，LNG储罐会有专门的配套设施能综合利用排出的蒸发气体，实现气体的再次循环利用。

2 再冷凝控制技术

2.1 工艺流程

LNG有专门的BOG处理系统。所谓BOG处理系统，即LNG系统专门用来处理蒸发气体的系统，LNG产生的蒸发气体输送到BOG压缩机，而来自BOG压缩机的压缩气体与来自低压泵的一部分深冷LNG进行换热冷凝，冷凝后的液体经再冷凝器出口与来自低压泵的另一部分LNG混合进入高压泵；当超过再冷凝器的液体高度后，来自高压天然气管线的LNG气体会进入再冷凝器的顶部位置，同时，再冷凝器的顶部位置也会有一定的压力值，超过再冷凝器顶部的压力值后，就会开启BOG总管的阀门释放气体进行泄压[4]。

2.2 再冷凝控制技术分析

通过对再冷凝器内部的作用机制进行分析可以发现，再冷凝控制技术实质上是一个物料发生相变的反应容器，在该反应过程中，应合理控制内部的压强，将其控制在一定范围内，避免压强过大或过小，使再冷凝器的运行趋于稳定。使冷凝器内部趋于稳定最重要的一点就是控制好再冷凝器进出气体的比例和出口与入口的物料平衡。关于这两个控制要点的处理工作，我国目前运行的LNG储罐主要有两种方式对再冷凝器进行调节控制[5]。第一种是通过进入再冷凝器中的气体含量与再冷凝器冒出的液体数量的比例，判断再冷凝器内部目前的物料比例，判断其是否需要物料输入；如果比例过高，说明再冷凝器中的物料相对较少，需要及时补充物料，保证其能正常运行。第二种是通过测量再冷凝器顶部的压力值来计算分析再冷凝器内部进入的气体与液体比例，以此来保证再冷凝器内部的平衡。因此，相关单位应重视再冷凝器的平衡运行，避免发生意外。

2.3 再冷凝器控制回路

LNG储罐的再冷凝器控制回路主要由5个部分构成，包括再冷凝器气液比控制回路、物料平衡控制回路、高压补气控制回路、再冷凝器泄压控制回路和低选控制回路，这5个部分共同控制BOG压缩机。控制回路在LNG储罐再冷凝器中发挥着不同的作用，对于每个回路来说，其应用值都是在特定的范围内，如果超过标注范围，会对其控制回路产生一定的影响。5个回路中任何一个回路的运行出现差错，都会对BOG压缩机的正常运行产生影响，根据每一个回路的压强差来进行计算，判断5个回路是否处于正常工作状态。在再冷凝器的实际运行控制中，主要通过保持仪器的气液比和物料平衡来维持再冷凝器的正常运行[6]。

2.4 再冷凝器控制参数分析

上文对再冷凝器的控制回路进行了分析，从控制回路可以看出，再冷凝器的运行控制参数主要有两个：一个是再冷凝器的液位，另一个是再冷凝器的出口压力。同时，在实际运行过程中，最重要的也是这两个参数的控制，任何一个信号的控制都会对参数产生一定的影响，参数值都会有所波动。经过研究分析发现，影响这两个参数值的因素主要来自低压泵的低压输送管道压力和BOG温度[7]。因此，在实际运行过程中，要注意这两个值的变化，将其控制在合理范围内，保证再冷凝器的稳定运行。

2.5 再冷凝器出口LNG饱和蒸气压差测量

高压泵也是再冷凝器中一个重要的组成部分，在再冷凝器的实际运行过程中，高压泵的应用对其来说非常重要，要着重保护高压泵。在高压泵的运行过程中，LNG温度过高会产生气蚀现象，这种现象会威胁高压泵的正常运行。为了降低LNG的温度，可以考虑在蒸气入口设置一个温度探测器，用来测量温度的高低，工作人员需要根据温度的高低采取相应的解决措施，如果温度过高，需要采取降温措施；如果温度过低，可以考虑通过增大其蒸气压强值来提高温度。再冷凝器出口LNG的蒸气压强值要和入口处的压强值进行比较，压强差要控制在一定范围内，压强值的变化会引起温度的变化，因此，蒸气压差的处理也可以控制温度的变化。

3 结语

我国液化天然气的应用非常广泛，对天然气的应用已经深入人们的生活与工作中。天然气作为一种清洁可再生能源，其燃烧所产生的物质无污染，而且开发、开采的手段都比较方便。为了提高环境质量，国家及政府提倡新型能源的应用与开发。天然气的储存有专门的储存罐，对于其产生的蒸发气体如何处理是讨论的重点内容。LNG储罐内部对于产生的蒸发气体有专门的处理系统，同时，对回收的气体还可以进行二次循环利用。对LNG储罐产生的蒸发气体有专门的处理系统，即BOG回收处理系统，包括再冷凝工艺和直接压缩外输工艺，对两种工艺的运行过程进行了详细的分析。其中，最重要的应当是再冷凝器的利用，分析了再冷凝控制技术及工艺流程、再冷凝器控制回路，研究了再冷凝器的控制参数，同时也测量了再冷凝器的出口LNG饱和蒸气压差。在再冷凝器的实际运行过程中，应严格控制所有控制参数的影响因素，每个系统仪器内都有设定的参数值，保证在实际运行过程中不超过设定的参数值，可以进一步保证再冷凝器的安全稳定运行。LNG的开发与应用会一直向前发展，朝着更加科学、完善的方向前进，同时，也会完善LNG储罐相应的配套设施与技术，使控制技术更加精准、结果更加准确，保证LNG储罐安全稳定运行。