高耗点LNG加注站BOG产生原因及降低措施分析

＊王冕冕

（中国石化销售股份有限公司浙江杭州石油分公司 浙江 310007）

1.研究背景

液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG），其主要化学成分是甲烷，它无色、无味、无毒且无腐蚀性，LNG是由原料天然气经一系列低温液化工艺处理后获得，体积相当于标况下气态天然气体积的1/625，LNG燃烧后对空气污染非常小，而且释放的热量大，国内已形成LNG液化厂、接收站、加注站及配套冷能利用项目等完善产业链[1-3]。

根据一座位于公交停堡基地LNG加注站（后文均简称A站）营运数据统计，该站从2016年10月22日（投运第一天）至2016年12月31日期间，进液量为112940kg，销售量为84132.9kg，损耗量为28807.1kg，损耗率为34.24%，远远超过公司规定的损耗限值（±5%以内）。该站投运前期日均销售量为1200kg，约12天进一次液，进液后储罐压力在0.38MPa左右，下一次进液前储罐压力通常达到0.9MPa左右，不得不采取自动或手动放散措施降低系统压力以确保储罐安全和进液作业正常进行。从公司其他投运的LNG加注站营运情况来看，在日加气量不大的情况下，气站BOG放散量也较高，单站最高损耗率达到44.5%。BOG的放散一方面容易在加注站周边形成可燃气体空间，安全风险指数增加，另一方面造成能源浪费，严重影响加注站的经济效益，此外BOG中主要成分为甲烷，而甲烷是一种温室效应很强的气体，导致站点碳排放量显著增加，与当前低碳发展目标相冲突。因此，分析BOG产生的来源，并提出一套措施降低高损耗站点放散量显得尤为重要。

2.BOG产生来源分析

LNG加注站通常将LNG储存在储罐中，运行时经绝热措施处理的管道输送至潜液泵、加液机等设备中。

LNG通过槽车运输至加注站，通常采用增压汽化器或潜液泵将槽车中的LNG卸入加注站低温储罐中，当有车辆前来加注时，通过潜液泵和加液机将LNG通过经绝热措施处理的管道充装至车载LNG气瓶[4-8]。标准加注站以LNG储罐、加注机为主体，包括LNG卸车系统、储存系统、储罐增压系统、加气系统和站控系统等，工艺流程图见图1。

图1 LNG加气站工艺流程图

加注站在运行过程中设备运转会产生一部分热量，此外储罐和管线等设施设备不可避免与外界存在热量交换，由于LNG具有极易气化的特点，对于饱和的LNG液体，任何一点温度升高和压力下降均导致LNG液体气化形成BOG，加注站产生BOG有如下几个环节。

（1）进液环节。进液即卸液，是指将槽车运输来的LNG液体转移至加注站储罐的过程，一般的卸液方式有三种：自增压卸液、泵卸液、增压器和泵联合卸液。不论采取哪种方式卸液方式，LNG必须通过低温管线，尽管管线也采取了低温隔绝方式（一般采用绝热材料包裹结构或真空结构），在输送过程中，也无法隔绝与外界环境热交换，会产生一部分BOG。当LNG加注站采用低温潜液泵提供动力卸液时，BOG产生来源于两部分，一部分为泵池预冷会消耗少量的LNG液体气化形成BOG，另一部分为潜液泵运转产生热量导致LNG气化形成BOG，此环节产生量与起泵次数、泵运转时长有关联[9-12]。

（2）销售环节。销售环节即将LNG液体加注到车载气瓶的过程。加液过程除低温输送管道和低温卸液泵产生BOG（此环节同卸液过程）外，由于LNG车载气瓶压力过高，往往需要通过回气枪向储罐系统卸放BOG以确保加注作业正常进行。通常一个375L的气瓶残余气量约为3Nm3，此部分气体一部分遇储罐低温LNG液化，通常大部分经站内集中放散管排放。此外，如果加气车辆少，两次加气间隔时间长，往往还需要对泵和管线等设备进行预冷，预冷也会损耗一部分LNG生成BOG，这部分BOG通常也会回到储罐[13-15]。

（3）存储环节。存储环节BOG产生主要体现在储罐自然蒸发。LNG储罐一般为双层结构，内衬采用耐低温的奥氏体不锈钢材料，外衬采用低合金钢材料，中间夹层采取填充保冷材料如珠光砂并抽真空绝热。受限于当前工艺水平，设备尚无法达到绝对真空绝热状态，此外受材料质量、环境温度以及光照等多重因素的影响夹层存在漏气的可能性，上述均会导致储罐与外界发生热交换，形成BOG。同时如储罐中尚有剩余液体，且没有新购入LNG进行补充，加注站需要在较高压力运行一段时间，当压力超过控制上限，不得不采取手动或自动方式开阀放散，直到新购入的LNG卸入才能将储罐的压力降低。其产生量通常可根据静态蒸发率来估算，一般储罐日蒸发率在0.2%左右，最高不得超过0.3%，排放BOG是加注站最大的损耗[16-17]。

除工艺环节外，BOG的产生量也受气源物性参数的影响。LNG重组分越多，沸点越高，其蒸气压越高，当LNG气源重组分较多时，储罐的压力较高，温度相对也高，当储罐卸入新的LNG时，增加了LNG蒸发量。另外气源初期温度较高，会造成系统压力高位运行，压力上升至减压排气压力的空间减小，缩短了气液存放的周期；压力较高的气液注入车载气瓶后不能较好进行降压，需要回气方可正常充装作业，恶化了整个系统，这些均导致BOG产生量的增加。

3.应对措施

目前我公司LNG加注站大部分建设在城市建成区或沿城市主要道路。有与加油站合建的，有建设在公交停堡基地内的，主要替代柴油车辆，如公交车、大型货车等。新投运的加注站受日加气量少（不到设计加气量10%）、加气时间零散导致加注站损耗率居高不下，针对这类高损耗站点可采取如下几种对策。

（1）从增加客户着手，加快液体周转。LNG天然气的使用客户主要是以公交车、大型货车为主，首先公司要充分利用政府推广发展清洁能源的契机，积极与公交公司以及大型车队合作，争取更多的车辆柴改气，抢占先机，扩大市场份额，加快液体周转，减少LNG存储时间，从根本上减少BOG的产生及放散。

（2）从进液源头着手，合理选择气源。由于液化工艺和原料气组分不同，不同的气源液温、热值不同。当前我国气源大致可分为4个档次，分别为：①气 源温度在-162℃左右，压力约0.1MPa以下；②气源温度在-152℃左右，压力约0.2MPa左右；③气源温度在-140℃左右，压力约0.38MPa左右；④气源温度在-130℃左右，压力约0.5MPa左右。在投运前期加注车辆不足的情况下尽量选择一二类气源，更优质的气源可减少LNG气化生成BOG，从源头上控制来减少BOG的产生。

（3）从卸车工艺着手，采取分卸方式。日均加气量越少，LNG周转时间越长，LNG通过储罐、潜液泵等设备及工艺管道与外界发生的热交换就会越多，相应产生的BOG数量也越多。通过统筹考虑日销液量、运输成本等经济指标，可采取邻近气站一车两站分卸方式，使单站储罐及时补充较低温的LNG，储罐内的一部分BOG液化，减少BOG放散量，从而降低了损耗率。高华伟等人通过建立数学模型，表明储罐的充装间隔时间在4d及以内，可以大量减少BOG的放散。该措施在笔者所在公司A加注站得到了证实。该公司自2017年1月份至4月份均采取了一车两站分卸模式，5月份受加液车辆增加采取分卸和卸整车相结合方式，月平均卸液次数为6次（每5天卸一次液），平均每次卸液量为8828kg，月平均销售量为55300kg，月平均损耗量为2280kg，损耗率为4.1%，处于正常损耗范围。

（4）从检查设备着手，检测管线真空度。所有的管线、储罐都要进行良好保冷措施。如在卸液作业过程中，槽罐车与储气罐的连接管非保冷管材，可以看到卸液时连接管上结了一层厚厚的霜，此现象为连接管周围的水蒸气遇冷放热凝结形成霜，热量被带入管线和储罐系统，无形中产生BOG。定期检查管线、管件等设施设备表面结霜情况可判断设施是否内漏或真空度失效，再结合现场实际情况开展真空度检测。针对A站损耗率高的情况，加注站安排维护商进行真空度检测，真空度值为8Pa，超出正常标准值5Pa，后续开展抽真空维护。不定期检测真空度也不失为降低气站损耗的一个对策。其次，通过加强设备维护保养，降低故障率，从而减少维修造成的反复排空、预冷、加注操作损耗；在潜液泵卸车收尾阶段，通过适当降低潜液泵运转频率可将槽车残液最大限度吸收等。

（5）从排放去向着手，增加回收工艺。BOG回收方式一般有两种，站内回收和站外回收。站内回收即通过设备使BOG液化再重新回到储罐的过程，该方法主要缺点是投资成本大，且针对日均销售量少的高损耗站点不能从根本上解决问题，故不推荐此种回收方式。站外回收是将站内产生的BOG通过气化调压计量装置回到城市燃气管网的过程。具体流程为LNG加注站产生的BOG回到储罐，通过空温式气化器或电复热器换热成为常温气体后，根据城市燃气管网压力机制经过调压器调压后进入城市管网。此回收方法特点是设备投资少（只投资调压计量加臭装置，投资额约5万元）、能耗低（仅计量和加臭需要小功率用电（约1kW）），且为间歇式运行）操作方便，尤其对附近有城市管网的高损耗点有利。以A加注站为例，站内设置60m3储罐一只，管线长度100m左右，日均损耗量为230kg，相当于344Nm3天然气，以每标准立方的回收价格1.8元计算，回收收入是619元，具有一定的经济效益，如不采取回收，该部分BOG全部放散至大气中，采用IPCC缺省排放因子估算日二氧化碳排放当量为4.83t。该措施缺点是站外附近没有城市管网就没法回收。

图2 BOG回收工艺流程图

4.结论

本文综合分析了高耗点站BOG产生的原因，针对已投营站点，从设计源头进行大规模工艺改造不现实，本文从具体站点运营实际出发，分别从增加加注车辆、选择更优质气源、采取一车两站分卸方式、检测管线真空度以及从排放去向着手增加回收工艺五个方面提供措施建议，采取气化回收到城市管网等措施，在很大程度上降低了损耗率，使初始平均损耗率在40%回到标准损耗范围内（±5%），降低了安全风险指数，减少了资源损耗，降低了碳排放量。