LNG罐箱儲備調峰BOG回收經濟性分析

海 航，周小翔，宋斌杰，蔣平安

(南通中集能源裝備有限公司，江蘇 南通 260003)

我國地下儲氣庫工作氣量僅為全國天然氣消費量的3%，國際平均為12%～15%；我國LNG接收站罐容占全國消費量的2.25%，日本、韓國在15%左右[1]。2017年底我國北方大范圍地區(qū)出現(xiàn)天然氣供應緊張局面，充分暴露了我國儲氣能力不足的短板[2]。2018年4月，國家發(fā)改委和能源局聯(lián)合印發(fā)《關于加快儲氣設施建設和完善儲氣調峰輔助服務市場機制的意見》提出“完善油氣儲備體系，提升油氣戰(zhàn)略安全保障供應能力。建立完善政府儲備、企業(yè)社會責任儲備和企業(yè)生產經營庫存有機結合、互為補充的儲備體系”，補足儲氣調峰短板。2019年6月國家發(fā)改委、能源局《關于做好2019年能源迎峰度夏工作的通知》(發(fā)改運行1077號)中明確規(guī)定“提前采取增加備用LNG罐箱……來履行儲氣責任，補齊儲氣能力不足的短板”。2020年12月，國內LNG價格第二次破萬，各地LNG保供緊張，工業(yè)企業(yè)進行限氣限電。LNG罐式集裝箱(以下簡稱LNG罐箱)作為調峰儲備的一種新模式應運而生[3]。

1 LNG罐箱儲備調峰應用

1.1 LNG罐箱優(yōu)勢

LNG罐箱宜儲、宜運、宜海、宜陸，相對于傳統(tǒng)天然氣管道運輸和LNG槽車運輸具有不可比擬的靈活性優(yōu)勢。主要體現(xiàn)在地域靈活性、時間靈活性和供給量的靈活性方面。地域靈活性使得LNG罐箱可通過多式聯(lián)運供給到管道無法鋪到的地方；時間靈活性體現(xiàn)在LNG罐箱可以堆存實現(xiàn)大量的儲備與調峰；供給量靈活性使得LNG罐箱的供給可以根據客戶的需求而實時變化。

1.2 LNG罐箱在儲備調峰上的應用

根據國家政策，地方政府和城燃公司需履行承擔當地3天或者5%的儲氣責任。2019年國家發(fā)改委和能源局已批準湖北黃石、河北邢臺、安徽蕪湖和山東濟寧4個LNG罐箱試點項目，大大提高了LNG罐箱作為儲備調峰的應用速度，同時國內LNG罐箱市場保有量也呈現(xiàn)指數級上升。利用LNG罐箱季節(jié)存儲，可以形成至少2個月的無損存儲，夏季充裝、冬季使用。以遼寧省為例[3]，2020年底，需14個LNG罐箱儲存站及1262臺罐箱才能滿足全省各市的儲氣要求。

1.3 LNG罐箱調峰儲存過程中BOG產生量

目前國內市場上主流40 ft(注：1ft=30.48 cm)罐箱為1AA型，采用高真空多層絕熱技術[4]，罐箱有效容積41 m3，罐箱平均漏熱160 W，單臺罐箱產生BOG約27 kg/d，罐箱的無損儲存天數基本都能達到70 d以上，冬季調峰儲存周期平均為60 d。不同存儲天數對應的罐內介質的物理變化情況見表1。

表1 40 ft LNG罐箱不同儲存天數罐內介質狀態(tài)

經過長時間存儲后，罐內天然氣可以實現(xiàn)零排放，但LNG會變成“高溫液”(高溫液是由于LNG溫度過高。對于具備直接氣化進入管網的儲備站，高溫液可以直接使用)。考慮目前國內LNG罐箱調峰堆場還不夠成熟，儲備廠主要用于儲液，一方面完成儲備任務，另一方面也存在套利空間。儲備后未能有效利用的罐液，當倒入加氣站、點供站或者氣瓶時會引起接收罐壓力快速上升導致BOG排放(一般認為LNG升溫超過10℃即為高溫液)，高溫液在市場上接收度不高，目前主要處理方式包括排放BOG降溫降壓以市場價銷售和以低于市場價200～500元/t直接進行銷售。

1.4 LNG罐箱BOG處理

BOG的處理方式主要有：

1.BOG并入管網。由于LNG罐箱儲存站一般建立在城市郊區(qū)的獨立區(qū)域，除了少數和LNG調峰站一起建設的儲存站具備并入管網的條件外，大多數LNG罐箱儲存站不具備直接連接管網的條件。LNG罐箱調峰作為冬季儲備措施，BOG并入管網的地域局限性大。

2.BOG壓縮回收。BOG壓縮回收設備數量多，投資大，且危險系數高，僅可適用于CNG加氣站。

3.BOG再液化回收。考慮罐箱本身用于儲存，再液化回收是LNG罐箱BOG最有效的處理方式。

綜合LNG罐箱BOG產生量、儲存站場地限制及投資成本，小型撬裝式BOG再液化回收裝置是BOG處理最好方式之一。

2 小型撬裝式BOG液化回收裝置在

LNG罐箱堆場的應用

基于小型LNG儲存設備的應用，參照我司前期與上海交大合作研究成果，選用市場已形成標準化的熱聲制冷機的BOG再液化裝置，裝置的結構原理見圖1，主要構成見圖2。

圖1 產品結構原理

圖2 產品主要構成

主要設備包含大功率熱聲制冷機及其電控系統(tǒng)、制冷機冷頭及其擴展換熱器、液化杜瓦、BOG管路和LNG回流管路。具有體積小、可撬裝、機動運輸、開停方便等優(yōu)點。以儲罐為例流程示意圖見圖3。

圖3 BOG再液化裝置流程

大功率熱聲制冷機參數如下：電機(壓縮機)380 V交流，功率10 kW，制冷量為1.0～1.5 kW@120 K，500～600 kW@80 K，重量約210 kg，外形尺寸Φ700 mm×900 mm，防爆等級為本安型。通過測試，裝置具有較好的穩(wěn)定性、經濟性和安全性。氮氣液化測試[5-6]，在工作壓力0.3 MPa下，制冷功率隨時間增加而變大，測試到的凈制冷功率穩(wěn)定為438 W@80 K。BOG試運行測試表明[7]，BOG日均再液化能力約為85～120 kg/d。開發(fā)出的標準化產品目前可以達到制冷量>1 kW@120 K，輸入功率<10 kW，LNG液化率大于95%。

產品用于LNG罐箱調峰儲存站見圖4，撬裝再液化裝置安裝于滑動可升降平臺之上，可以調節(jié)液體回流高度差，以滿足罐箱堆疊的使用需求。罐箱氣液相分別與裝置進口和回流口連接，可實現(xiàn)罐箱逐臺BOG再液化。

圖4 BOG再液化裝置在LNG罐箱上的應用

3 應用經濟性分析

前期多名學者研究對比過BOG再液化的經濟性[8-9]，對于LNG罐箱調峰應用，產生的BOG并不會直接排放，罐內LNG儲存后溫度壓力上升，一是可以作為高溫液降價銷售，二是可以排空BOG降溫降壓后市場價銷售，三是可以使用此再液化裝置降溫降壓后市場價銷售。以存儲60 d調峰罐箱為例，LNG市場價格4000元/t計算(忽略市場價變化)，三種處理方式的經濟性對比見表2。

表2 BOG處理方式經濟性對比

綜上，對于存儲60 d的罐箱，使用再液化裝置至少可節(jié)約2000元/罐，撬裝再液化裝置的市場價格在20～25萬人民幣，對于一個存儲量100臺罐箱的儲存站，不考慮液價上升的前提下，單臺液化裝置的投資回報期不超過1 a。

2019年10～12月，某公司共存儲20個LNG罐箱，罐箱初始充裝17 500 kg/臺，存儲40 d后，罐內平均升溫15℃，其中3臺進行排壓降溫，共排掉近800 kg/臺，損失3200元/臺，剩余17臺按高溫液降價200元/t，以低于市場價每罐3500元銷售。

4 結果和討論

1.本例經濟性分析未考慮罐箱一年內多次調峰儲備帶來的收益，主要原因是LNG罐箱調峰儲備是保障能源供給的政策性措施，體現(xiàn)在能源安全方面。在LNG價格沒有大幅上漲情況下，考慮罐箱設備投資，儲備站建設投資及運營等因素，LNG罐箱儲備調峰目前還不能形成盈利能力，但對于維護民生能源需求，穩(wěn)定市場價格具有重要作用。罐箱BOG再液化回收是減少其作為儲備調峰使用的成本措施之一。

2.對于與大型調峰站一起建設的LNG罐箱儲存站，罐箱的BOG可直接進入管網則無需進行再液化。對于單獨建設的罐箱儲存站，罐箱堆存間隙在1.5 m左右，可以滿足小型撬裝再液化裝置對每臺罐箱進行再液化的操作空間。

3.除了對LNG罐箱調峰儲備站，對于LNG罐箱長周期海運、長周期的多式聯(lián)運工況，同樣可以使用再液化裝置進行BOG的回收。

4.單臺LNG罐箱BOG量比較少，可以使用液位計氣液相管作為罐箱的再液化氣液相管路，這樣罐箱無需進行改造便可使用撬裝再液化裝置。改造使用門檻低。

5 結 語

分析了小型(≤200 kg/d)撬裝式BOG再液化回收裝置應用于LNG罐箱調峰儲備站的潛在經濟價值。

1.LNG罐箱長周期調峰儲備后罐內BOG進行再液化是有效的處理方式之一，使用小型撬裝式再液化裝置，對于儲存60 d的單罐LNG，BOG回收成本可降低2000元/罐；對于規(guī)模在100臺的儲備站，裝置的整體投資回報率在1 a以內。

2.撬裝式BOG再液化裝置尺寸小，適用性廣，在罐箱堆場間隙即可使用，同時可通過移動式可升降平臺對疊放罐箱進行液化，不占用儲備站額外面積。

3.使用小型撬裝式再液化裝置無需對LNG罐箱進行改造，在現(xiàn)有罐箱的液位計氣液相管上分出管線接入裝置接口使用，使用便利，可充分使用儲備站內部資源，不另增加運營成本。