王家甫
一、LNG加氣站BOG大量放散的主要原因
BOG是指LNG液體在臨界溫度以下加壓被氣化后的低溫氣體。由于目前的制造設(shè)備、材料、工藝水平難以與環(huán)境絕對(duì)絕熱,LNG低溫液體吸收環(huán)境熱量而蒸發(fā)產(chǎn)生的BOG氣體不可避免。
通常,連接管網(wǎng)的LNG加氣站BOG通過壓縮機(jī)直接加壓到燃?xì)夤芫W(wǎng)所需壓力后,輸入城市管網(wǎng);未連接管網(wǎng)的L-CNG加氣站可將BOG回收到高壓氣井(或瓶組)內(nèi),作為CNG補(bǔ)充裝置;以上2種情況不產(chǎn)生BOG的浪費(fèi)。未連接管網(wǎng)的LNG加氣站在場站儲(chǔ)罐內(nèi)壓力接近設(shè)定的安全放散壓力時(shí),通過站內(nèi)管道放空掉。會(huì)產(chǎn)生BOG的放散浪費(fèi),產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此本課題研究對(duì)象是未連接管網(wǎng)的LNG固定站。
1. LNG儲(chǔ)罐充裝間隔期與BOG放散量關(guān)系
經(jīng)調(diào)研,LNG儲(chǔ)罐充裝間隔期越長,LNG通過儲(chǔ)罐、潛液泵等設(shè)備及工藝管道與外部發(fā)生熱交換越多,BOG產(chǎn)生的放散量越大。集團(tuán)對(duì)所屬加氣站的運(yùn)行數(shù)據(jù)有月度統(tǒng)計(jì)報(bào)表,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中有輸差這一項(xiàng)。LNG場站輸差產(chǎn)生的原因比較多,但產(chǎn)生的主要原因是BOG的放散。因此,本研究以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中的輸差作為BOG的放散量。根據(jù)中燃集團(tuán)LNG加氣站信息統(tǒng)計(jì)表和現(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù),得出的儲(chǔ)罐充裝間隔期與場站BOG放散量相關(guān)情況見表1。
從上表可以看出,未連接管網(wǎng)的LNG加氣站儲(chǔ)罐充裝間隔期與場站BOG放散量基本成正比關(guān)系,間隔期越長,BOG放散量越大。
2. 罐內(nèi)壓力變化對(duì)BOG放散量影響的理論分析
LNG在不同溫度下的飽和壓力見圖2。從圖中可以看出,LNG壓力越大,對(duì)應(yīng)的飽和溫度越高。當(dāng)儲(chǔ)罐罐內(nèi)壓力達(dá)到1.2MPa時(shí),LNG的飽和溫度為-118℃。
集團(tuán)大部分LNG加氣站儲(chǔ)罐的安全放散設(shè)定壓力為1.2MPa,但實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)儲(chǔ)罐壓力接近達(dá)到1.2MPa放散BOG時(shí),罐內(nèi)LNG的溫度并沒有達(dá)到-118℃,而是在-130℃附近,此時(shí)的飽和壓力應(yīng)該在0.7MPa左右。這表明儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG氣相和液相并不是飽和的,儲(chǔ)罐上部氣相過熱。如果此時(shí)從儲(chǔ)罐上部注入過冷LNG,儲(chǔ)罐內(nèi)的氣相會(huì)被迅速液化從而降低儲(chǔ)罐壓力,可以有效避免BOG的放散。因此,BOG的產(chǎn)生是不可避免的,但由于儲(chǔ)罐可以承受一定的壓力,BOG的放散卻是可以避免的。
3.運(yùn)行中的LNG儲(chǔ)罐壓力變化
圖3為云夢曾店加氣站5月1日-11日儲(chǔ)罐出口壓力變化趨勢圖。從圖中看出,儲(chǔ)罐在剛充裝LNG后壓力為最低值,罐內(nèi)壓力隨著加氣時(shí)間的延長不斷升高。在壓力達(dá)到0.7MPa以上后,通過再次充裝LNG使罐內(nèi)壓力降到低位0.35MPa~0.4MPa。
在罐內(nèi)壓力達(dá)到一定值時(shí),云夢曾店站通過及時(shí)充裝LNG避免了場站BOG放散損失。6月份LNG月銷量211噸,場站BOG放散量造成的輸差為-0.27噸(負(fù)輸差來源于來往加氣的公交車、大巴車回氣)。
4. 小結(jié)
綜上,LNG加氣站BOG大量放散主要是由于場站日銷氣量少,儲(chǔ)罐充裝間隔期較長,隨著罐內(nèi)壓力的升高,儲(chǔ)罐必須放散BOG降壓而產(chǎn)生損失。
二、降低BOG放散的首要措施
經(jīng)前面的分析,為降低BOG大量放散,對(duì)于日均銷氣量較少的場站,首先的措施是需要加大市場開發(fā)力度,增加日銷氣量,從而使LNG充裝間隔控制在4天以內(nèi)。
若日銷氣量難以迅速提高,縮短儲(chǔ)罐充裝間隔期意味著減少儲(chǔ)罐的每次充裝量,可以考慮LNG槽車在相鄰場站間依據(jù)用氣情況分卸LNG。從表1可以看出,若LNG槽車分卸措施得到實(shí)施,儲(chǔ)罐充裝間隔期縮短到4天以內(nèi),可以極大地降低BOG放散量。
對(duì)LNG槽車進(jìn)行分卸,需要統(tǒng)籌考慮LNG加氣站日銷氣量、運(yùn)輸成本及節(jié)省的BOG費(fèi)用等以確定經(jīng)濟(jì)合理性。下面就分卸的兩種情形分別進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性計(jì)算。
情形1.A站無BOG放散,B站有BOG放散
如圖4所示,A、B兩個(gè)LNG加氣站:A站無BOG放散,日銷氣量A噸/天,B站BOG放散G噸/年,日銷氣量B噸/天。無分卸時(shí),A城市LNG到站價(jià)PA元/噸,B城市LNG到站價(jià)PB元/噸。運(yùn)輸?shù)牟圮嚍?0噸/車的槽車。如果選擇同一槽車對(duì)2個(gè)站分卸,整車的價(jià)格變?yōu)镻C元/噸。因?yàn)锳站本無BOG放散,不應(yīng)承擔(dān)分卸所產(chǎn)生的運(yùn)輸成
本增加,因此,A站LNG到站價(jià)扔按PA元/噸,每次分卸 噸;B站每次分卸 噸,卸后無BOG放散損失,但需承擔(dān)所有的由于分卸所產(chǎn)生的額外運(yùn)輸成本。
如果k>0,分卸方案是經(jīng)濟(jì)的,k<0,分卸方案是不經(jīng)濟(jì)的。
考慮某案例,假定:A站到站價(jià)為PA=3880元/噸,B站到站價(jià)PB=3880元/噸,分卸價(jià)PC=3900元/噸;A站日銷氣量A=6噸/天,B站日銷氣量B=4噸/天;B站年BOG放散量G=29.2噸/年(日均BOG放散量80kg)。經(jīng)計(jì)算,不分卸與分卸的LNG年總成本差值:k=39796元,分卸方案是經(jīng)濟(jì)的。若方案中分卸價(jià)PC=3930元/噸,則不分卸與分卸的LNG年總成本差值k= -69204元,分卸方案是不經(jīng)濟(jì)的。
情形2:兩個(gè)加氣站均有BOG放散
如圖5所示,考慮A、B兩個(gè)LNG加氣站:A站BOG放散GA噸/年,日銷氣量A噸/天,LNG到站價(jià)PA元/噸;B站BOG放散GB噸/年,日銷氣量B噸/天,LNG到站價(jià)PB元/噸。如果采取分卸措施,LNG整車到站價(jià)PC元/噸。分卸時(shí),A站每次分卸 噸,B站每次分卸 噸,A、B站分卸后均無BOG放散損失。分卸增加的運(yùn)輸成本由A站和B站共同承擔(dān)。
如果k>0,則分卸方案是經(jīng)濟(jì)的,k<0,分卸方案是不經(jīng)濟(jì)的。
考慮某案例,假定:A站到站價(jià)PA=3880元/噸,B站到站價(jià)PB=3880元/噸,分卸價(jià)PC=3930元/噸;A站日銷氣量A=3噸/天,B站日銷氣量B=3噸/天;A站年BOG放散量GA=29.2噸/年(日均BOG放散量80kg),B站年BOG放散量GB=29.2噸/年。經(jīng)計(jì)算,不分卸LNG年總成本與分卸LNG年總成本差值:k=117092元,分卸方案是經(jīng)濟(jì)的。若方案中分卸價(jià)PC=4000元/噸,得出的不分卸與分卸的LNG年總成本差值k= -36208元,分卸方案是不經(jīng)濟(jì)的。
1.設(shè)計(jì)方面
場站布置時(shí)在滿足相關(guān)規(guī)范安全距離要求的情況下,盡量縮短泵與儲(chǔ)罐管口的工藝管道直線距離,最好在3m以下。工藝管路設(shè)計(jì)不合理,會(huì)增大流體流動(dòng)時(shí)的阻力,增加設(shè)備運(yùn)行時(shí)的放散量。
回氣管線還應(yīng)設(shè)置一定的坡度,由于泵運(yùn)行過程中,管道會(huì)一直從外部吸熱,產(chǎn)生氣泡回儲(chǔ)罐,設(shè)置坡度后,氣泡在LNG浮力作用下將沿管道方向產(chǎn)生一個(gè)分力,克服管道摩擦力回到儲(chǔ)罐,使回氣速度更快。
2.設(shè)備及工藝管道方面
(1)定期檢驗(yàn)真空設(shè)備及真空管道的真空度,不合格時(shí)重新抽真空,使設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)。
(2)LNG管道最大工作壓力一般為1.6MPa,項(xiàng)目公司儲(chǔ)罐工作壓力一般設(shè)定為0.6-0.8MPa,將儲(chǔ)罐的最大工作壓力提高至1.0MPa-1.2MPa,可增加儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存時(shí)間,減少BOG的排放。
(3)設(shè)備及工藝管道做好保溫措施,減少設(shè)備內(nèi)部與外部法神緩慢的熱交換,造成BOG的產(chǎn)生。進(jìn)液及回氣管線盡量采用真空管道,如果條件不允許的情況下采用保溫處理。下圖為工藝管道閥門接口處結(jié)冰現(xiàn)象圖。
3.加氣車輛集中加液
在加氣車輛一定的情況下,加氣車輛越集中,工藝管路及潛液泵與外界熱交換越少,BOG放散量越少。
4.設(shè)備停機(jī)時(shí)的操作
因設(shè)備加氣完成后,泵會(huì)停止運(yùn)行,這時(shí)候,泵池及管道中會(huì)有許多殘留液體,這部分液體氣化速度相當(dāng)快,如果停機(jī)時(shí)間較長的時(shí)候可以用以下操作減少BOG的放散:將儲(chǔ)罐所有氣相根部閥關(guān)閉,液相根部閥打開,管道及泵池內(nèi)壓力上升時(shí),LNG會(huì)被壓回儲(chǔ)罐,因管道及泵池的吸熱率比儲(chǔ)罐的吸熱率高得多,這也達(dá)到了減少BOG的目的。
四、結(jié)論
1.LNG加氣站BOG大量放散的主要原因?yàn)閳稣救珍N氣量少,加氣站儲(chǔ)罐充裝間隔期較長,罐內(nèi)壓力達(dá)到安全設(shè)定壓力前沒有及時(shí)充裝LNG將儲(chǔ)罐壓力降下來。
2.加氣站充裝間隔期控制在4天以內(nèi),可以降低BOG的大量放散。
五、建議
1.BOG放散量大的場站,基本都是銷氣量小的項(xiàng)目。項(xiàng)目公司應(yīng)該加大市場開發(fā)力度,增加日銷氣量,從而避免BOG的放散。
2.若短期內(nèi)銷氣量難以迅速提高,則應(yīng)以包含BOG放散損失的總采購成本最低為目標(biāo),減少每次充裝的充氣量,為此,可考慮與相鄰的加氣站采用同一槽車分卸LNG。
3.采用同一槽車分卸LNG會(huì)產(chǎn)生運(yùn)輸成本的增加,此時(shí)須針對(duì)項(xiàng)目的具體情況(相鄰場站的距離,BOG量的多少,運(yùn)輸成本的增加額等)具體分析分卸的經(jīng)濟(jì)性。相關(guān)的分析方法可參考本研究的分析案例。