LNG 接收站槽車儲罐余氣回收工藝分析

殷先平，余偉，付海泉，周彬

(1.國家管網(wǎng)集團(tuán)閩投(福建)天然氣有限責(zé)任公司，福建 漳州 363122；2.國家管網(wǎng)集團(tuán)粵東液化天然氣有限責(zé)任公司，廣東 揭陽 522000)

0 引言

氣候變化是人類面臨的全球性問題，甲烷作為全球第二大溫室氣體，自工業(yè)化時代以來已導(dǎo)致全球升溫0.5 ℃。天然氣作為能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中的主要過渡能源，甲烷減排是實(shí)現(xiàn)2030 年前碳達(dá)峰目標(biāo)的關(guān)鍵，因此在LNG 行業(yè)內(nèi)對全產(chǎn)業(yè)鏈范圍內(nèi)產(chǎn)生的BOG 進(jìn)行再回收的重要性愈發(fā)凸顯。目前國內(nèi)LNG 運(yùn)輸以公路運(yùn)輸中的槽車運(yùn)輸為主[1]，LNG 槽車在加氣站、儲配站、氣化站卸液后一般存有0.4 ～0.6 MPa 的余壓，在重新充裝前通常就地排放，在此排放過程中既造成了天然氣浪費(fèi)，也存在極大的安全隱患。

冷緒林等[2]闡述了LNG 槽車儲罐空載狀態(tài)或較滿載運(yùn)輸時儲罐升壓速率更快；李兆慈等[3]分析了BOG 量與LNG 槽車壓力和泄放初始壓力的關(guān)系；高黎敏等[4]研究了LNG 加氣站槽車余氣回收工藝，在加氣站工藝區(qū)設(shè)置1 臺BOG 回收撬，回收的BOG 作為供暖水爐的燃料氣，用于站內(nèi)供暖、供生活熱水；劉凱等[5]研究了一種適用于LNG 槽車的三爪快速連接裝置；何東紅等[6]從設(shè)備(LNG儲罐、低溫泵)、工藝流程、總平面布置圖、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；吳曉南等[7]研究認(rèn)為BOG再液化流程利用LNG 自身冷量冷凝BOG，并回注于LNG 儲罐中，不僅可以提高BOG 回收率，使其在LNG 加氣站中循環(huán)利用，保證罐內(nèi)溫度、壓力在一定范圍內(nèi)，還可以有效減少LNG 冷能浪費(fèi)；鮑磊等[8]分別針對LNG 加氣站和CNG 加氣站提出BOG 再壓縮制CNG 和基于低溫制冷機(jī)的BOG 再液化回收技術(shù)；付海泉等[9]對LNG 接收站BOG 處理工藝進(jìn)行綜合對比分析，從裝置構(gòu)成、能耗和運(yùn)營成本等方面對比BOG 再液化和CNG 外輸兩種工藝。目前，國內(nèi)關(guān)于LNG 接收站槽車儲罐余氣回收方面的研究探索相對較少，本次研究以國內(nèi)某LNG 接收站為例，從LNG 接收站工藝流程、設(shè)備設(shè)施、總平面布置圖以及運(yùn)行管理等方面出發(fā)，建立適用于LNG 接收站的槽車儲罐余氣回收裝置。

1 槽車儲罐余氣回收的意義

1.1 安全性

因LNG 槽車儲罐余氣直接就地排放泄壓期間所排出的氣體為BOG，其具有壓力高、溫度低、易燃易爆等特點(diǎn)，若人員在排放區(qū)間內(nèi)，也存在著壓力打擊、人員凍傷等風(fēng)險，此外，由于BOG 氣體主要成分為甲烷，在排放過程中甲烷氣體濃度極易達(dá)到5%～15%的爆炸極限。LNG 槽車司機(jī)在進(jìn)站重新充裝前需將儲罐內(nèi)余氣進(jìn)行就地排放，排放地點(diǎn)往往選擇在槽車安檢站、裝車等待區(qū)或是交通道路旁，這些地方都處于非防爆區(qū)，人員流動復(fù)雜且存在手機(jī)、吸煙等點(diǎn)火源，極易引爆直接排放的甲烷氣體或者導(dǎo)致其燃燒，發(fā)生火災(zāi)。國內(nèi)個別LNG 接收站槽車安檢區(qū)發(fā)生過因槽車儲罐壓力過高就地排放甲烷氣體而導(dǎo)致火災(zāi)。目前，對于該部分氣體回收尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。因此，從生產(chǎn)安全角度出發(fā)，需要進(jìn)一步規(guī)范LNG 接收站外來槽車儲罐余氣回收方式。

1.2 環(huán)保性

LNG 的主要成分是甲烷，《京都議定書》明確指出甲烷同二氧化碳一樣，會對臭氧層造成破壞，同屬溫室氣體，會引發(fā)溫室效應(yīng)。此外，LNG 槽車儲罐余氣就地泄壓排放過程中，會產(chǎn)生尖銳的噪聲，對周圍人員造成噪聲傷害。

2 余氣回收工藝

2.1 項(xiàng)目背景

LNG 接收站工藝系統(tǒng)通常包括卸船系統(tǒng)、LNG儲存系統(tǒng)、BOG 處理系統(tǒng)、LNG 高壓輸送及氣化系統(tǒng)、槽車裝車系統(tǒng)、火炬系統(tǒng)以及計量系統(tǒng)等，包括LNG 儲罐、低溫輸送泵、BOG 壓縮機(jī)、再冷凝器、槽車裝車撬、火炬等。

本次研究以某LNG 接收站為例，建設(shè)規(guī)模為300×104t/a，建設(shè)2 座16×104m3LNG 儲罐、1 座26.6×104m3LNG 船裝卸泊位，液態(tài)外輸設(shè)計能力為60 萬噸/ 年。站內(nèi)主要工藝設(shè)備設(shè)施包括：2 座16×104m3LNG 儲罐、6 臺輸送能力為370 m3/h 的低溫輸送泵、20 套LNG 槽車裝車撬、每個裝車臂設(shè)計流量60 m3/h，2 臺處理能力為7 t/h 的BOG 壓縮機(jī)、1 臺處理能力為7 t/h 的高壓壓縮機(jī)、1 套處理能力為14 t/h 的再冷凝器、LNG 儲罐壓力控制在6 ～25 kPa。

2.2 LNG 接收站BOG 處理方式

LNG 接收站生產(chǎn)運(yùn)營期間由于受作業(yè)工況、漏熱等因素影響會產(chǎn)生大量BOG。目前國內(nèi)已運(yùn)行或在建的LNG 接收站對于BOG 的處理主要有以下幾種方式：

(1)根據(jù)不同壓力下BOG 沸點(diǎn)不同的特點(diǎn)，通過BOG 低壓壓縮機(jī)將接收站產(chǎn)生的BOG 氣體輸送到再冷凝器，與儲罐低壓泵輸送的過冷LNG 混合冷凝為液體回收；

(2)通過高壓壓縮機(jī)將接收站日常運(yùn)行期間蒸發(fā)的BOG 從常壓直接加壓到干線管網(wǎng)外輸壓力后，輸送至下游用戶；

(3)通過設(shè)置CNG 壓縮機(jī)回收LNG 接收站日常運(yùn)行期間蒸發(fā)產(chǎn)生的BOG，可采用單級壓縮，將接收站內(nèi)BOG 壓縮為CNG 并將其輸送到CNG 系統(tǒng)儲存、銷售；

(4)通過再液化裝置回收LNG 接收站日常運(yùn)行期間蒸發(fā)產(chǎn)生的BOG。

2.3 槽車儲罐余氣回收設(shè)計思路

根據(jù)LNG 接收站BOG 處理方式的不同，站內(nèi)配備不同的BOG 處理設(shè)備設(shè)施，在余氣回收裝置設(shè)計上同樣存在差異。本次研究適用于上文中第一種和第二種BOG 處理方式的LNG 接收站，總體思路是采用不同技術(shù)措施、技術(shù)手段或生產(chǎn)裝置，將外來LNG 槽車儲罐進(jìn)站前產(chǎn)生的余氣排放至LNG接收站BOG 管網(wǎng)，再利用LNG 接收站內(nèi)現(xiàn)有的BOG 處理措施采用不同的處理方式對槽車儲罐余氣進(jìn)行回收處理。基于上述回收原則，結(jié)合LNG 接收站工藝流程、總平面布置圖和設(shè)備設(shè)施，可以采取裝車撬直接泄壓工藝進(jìn)行余氣回收或通過槽車余氣回收裝置進(jìn)行余氣回收。

2.3.1 裝車橇直接泄壓工藝

該工藝主要采用站內(nèi)槽車裝車撬回收外來LNG槽車儲罐余氣，即當(dāng)外來LNG 槽車駛?cè)隠NG 接收站裝車撬后，將LNG 槽車氣相管線與裝車橇內(nèi)氣相臂連接，此時LNG 槽車儲罐壓力為0.4 ～0.6 MPa，LNG 接收站BOG 管網(wǎng)壓力正常運(yùn)行區(qū)間在6 ～25 kPa，由于LNG 槽車儲罐壓力遠(yuǎn)大于LNG 接收站BOG 管網(wǎng)壓力，LNG 槽車儲罐的余氣會通過氣相臂沿裝車撬氣相管線排放至LNG 接收站BOG管網(wǎng)，再利用接收站內(nèi)高壓壓縮機(jī)直接加壓至干線管網(wǎng)壓力輸送到下游用戶或通過再冷凝器與過冷的LNG 混合冷凝成液體后輸出。

2.3.2 槽車余氣回收裝置

以國內(nèi)某LNG 接收站為例，結(jié)合總平面布置圖，選擇在槽車候車區(qū)新增一套LNG 槽車儲罐余氣回收裝置，將LNG 槽車儲罐內(nèi)多余的BOG 氣體通過回收裝置排放至接收站BOG 管網(wǎng)，利用接收站內(nèi)高壓壓縮機(jī)直接加壓至干線管網(wǎng)壓力輸送到下游用戶或通過再冷凝器與過冷的LNG 混合冷凝成液體后輸出。

槽車余氣回收裝置由一根2"BOG 排放管線和一根1"氮?dú)夤芫€以及相關(guān)閥門、儀表等組成，具體設(shè)計如下圖1 所示：

圖1 LNG 槽車余氣回收裝置示意圖

(1)BOG 排放管線尺寸與槽車氣相管線尺寸一致，均為2"；

(2)BOG 排放管線與槽車氣相臂之間采用金屬軟管連接，金屬軟管兩端配50 mm 法蘭，法蘭的壓力等級為2 MPa；

(3)BOG 排放管線設(shè)有2"隔離球閥兩個，分別為V-1 和V-2，通過隔離球閥V-1 和V-2 將LNG 槽車余氣排放至接收站內(nèi)BOG 管網(wǎng)，在兩個球閥之間設(shè)有1 個2"止回閥CHE-1,避免接收站內(nèi)BOG 反竄至LNG 槽車儲罐；

(4)BOG 排放管線配有泄壓前后氣密和置換所用的1"氮?dú)夤芫€，氮?dú)夤芫€配有1 個1"隔離球閥V-3、1 個1"流量調(diào)節(jié)閥V-8、以及1 個1"止回閥CHE-2，為避免BOG 反竄對氮?dú)夤芫€造成影響，止回閥上游管道材質(zhì)與BOG 管道材質(zhì)一致；

(5)BOG 排放管線上配有置換泄壓1"管線，管線上配有1"隔離球閥V-4，用于置換后泄壓拆卸；

(6)轉(zhuǎn)輸系統(tǒng)管道上距離金屬軟管最近一端3 m 內(nèi)設(shè)置緊急切斷閥，且金屬軟管長度不應(yīng)超過15 m；

(7)設(shè)置泄放排放口，以確保金屬軟管斷開時泄壓安全，排放口應(yīng)排向安全區(qū)域。

3 應(yīng)用情況

3.1 裝車橇直接泄壓工藝

該工藝充分利用接收站內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施，無需新增建設(shè)成本，可以解決外來LNG 槽車余氣就地排放帶來的火災(zāi)、爆炸等安全隱患，但極大程度影響了槽車裝車撬裝車能力，制約了槽車周轉(zhuǎn)效率。國內(nèi)某LNG 接收站實(shí)踐結(jié)果表明，通常LNG 槽車充裝時間約為1.5 h，采用該工藝后槽車充裝時間延長為1.67 h，按滿負(fù)荷24 h 裝車計算，單個槽車橇的日裝車能力由16 車/d 降至14 車/d，對裝車撬周轉(zhuǎn)能力有較大影響。

3.2 槽車余氣回收裝置

該工藝可以解決外來LNG 槽車余氣排放帶來的火災(zāi)、爆炸等安全隱患，在余氣回收同時也具有一定經(jīng)濟(jì)效益，但需考慮槽車余氣回收裝置所涉及的BOG 管道、閥門等建設(shè)投資成本。國內(nèi)某LNG接收站在槽車候車區(qū)新增一套余氣回收裝置，前期投入建設(shè)成本約40 萬元左右，每日槽車裝車量約200 車，采用該裝置后，通常60 m3LNG 儲罐可日回收110 m3，按照每立方米3 元計算，槽車余氣回收裝置投用1 年后即可回收全部建設(shè)成本，應(yīng)用結(jié)果表明采用該工藝回收余氣產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益較為可觀。

4 結(jié)論

通過對LNG 接收站裝車撬直接泄壓工藝和槽車余氣回收工藝及其經(jīng)濟(jì)效果分析、比較，得出以下結(jié)論：

(1)裝車撬直接泄壓工藝前期無投資，且能耗未增加，但對于槽車周轉(zhuǎn)效率影響較大，當(dāng)外來槽車量較少時可選取此種方式；

(2)LNG 槽車余氣回收裝置前期投資不大，運(yùn)營期間不會產(chǎn)生額外能耗，采用該工藝不僅可有效避免因就地排放BOG 帶來的安全隱患，同時也能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。因此，考慮LNG 接收站長遠(yuǎn)運(yùn)營需求，對于外來槽車較多的接收站可以結(jié)合廠區(qū)平面布置圖，考慮在站內(nèi)設(shè)置一套槽車儲罐余氣回收裝置。