BOG的無排放應用

陸江峰，王雪菲，顧華，顧楓，王麗萍

（張家港中集圣達因低溫裝備有限公司，江蘇 張家港 215632）

近年來，隨著環境污染日益嚴重，液化天然氣（LNG）作為清潔能源越發受到人們的青睞，但LNG在生產、儲運過程中不可避免的吸收熱量，產生蒸發氣體（BOG）。

BOG 產生及排放所造成的損耗較大，不僅在一定程度上惡化環境（其對臭氧層的破壞為二氧化碳的25 倍左右），也造成資源的浪費，由于天然氣本身易燃易爆的特性，在一定程度又形成安全隱患。在歐美等發達國家，BOG 是嚴格禁止向大氣進行排放的，目前國內僅要求了排放管集中放散等安全性問題，對排放污染方面尚未做出規定。因此在我國每年都有大量的BOG 被排放至大氣之中，不僅對環境造成了嚴重的污染，也造成了大量的經濟損失。

1 傳統BOG 無排放概況

目前常見BOG 無排放的工藝有3 種：第一種為將BOG 引至火炬進行燃燒；第二種為將壓縮后的BOG 輸入管網進行使用；第三種為再冷凝工藝處理BOG。上述第一種方式需要有火炬系統，且BOG 氣體排放后直接燃燒，造成資源的浪費；第二種方式需要有配套的城市用氣管道供BOG 輸入；第三種方式需進行再冷凝再液化。第二種和第三種方式是目前較為常見的BOG 回收方式，然后不論是將BOG輸入管網或是將其再次冷凝，BOG 壓縮機都是處理的關鍵設備，這兩種處理方式的投資費用較為昂貴，一般用于大型的LNG 接收站，在小型調峰站、衛星站、汽車加注站、LCNG 加氣站難以展開。因此，開發具備廣譜性的新型BOG 無排放系統極為重要。

2 新型BOG 無排放技術工藝研究

2.1 對BOG 進行儲存或使用

方法A 流程圖如圖1所示。在LNG 儲罐氣相加裝氣相閥、降壓調節閥、止回閥，并連到出液管道。當罐內壓力較高需要用氣時，關閉出液閥，打開氣相閥，使LNG 儲罐內超壓的BOG 氣體優先排出使用，經過空溫式氣化器復熱后進入調壓加臭裝置，通入用氣管道進行使用。此方法需在用氣時才能排放出超壓的BOG 氣體，無法進行BOG 的存儲。且此方法使用超壓的BOG 氣體需要進行手動切換氣相閥和液相閥門才能實現。

圖1 方法A 流程圖

方法B 流程圖如圖2所示。在LNG 儲罐氣相加裝降壓調節閥和BOG 緩沖儲罐。當LNG 儲罐內壓力升高達到降壓調節閥的設定壓力值時，降壓調節閥緩慢打開，將LNG 儲罐內BOG 釋放，BOG 通過管道進入BOG 儲罐進行存儲，當LNG 儲罐氣相壓力降回到設定值以下時，降壓調節閥自動關閉。當后續管道需要用氣時，打開BOG 儲罐出口閥門，BOG 儲罐存儲的氣體就可以通過調壓加臭裝置向用氣管道進行供氣。此方法實現BOG 的存儲，但存儲的量需要由BOG 儲罐的容積和壓力來確定。此方法的關鍵技術在于止回閥形式的選取，一般應選用開啟壓力較小的旋啟式止回閥或者蕩起式止回閥為佳。

圖2 方法B 流程圖

2.2 對BOG 進行冷卻液化

方法C 流程圖如圖3所示。

圖3 方法C 流程圖

此流程在歐美發達國家使用較為普遍，外置LN2儲罐出液管連接到LNG 儲罐預留接口，LNG 儲罐內部設置冷凝盤管，盤管一端與LN2儲罐出液口相連，一端與外部排放閥相連，形成一個通路，排放閥采用自動控制，聯鎖LNG 儲罐壓力監測儀表，當LNG 儲罐罐內壓力高于設定值時，排放閥自動開啟，LN2儲罐內的低溫液氮通過出液管線流入LNG儲罐氣相空間的冷凝盤管中，對LNG 儲罐氣相的BOG 進行冷卻再液化，從而降低LNG 儲罐內的壓力，防止超壓的BOG 進行排放。當LNG 儲罐內壓力低于設定壓力時，排放閥關閉，液氮停止冷卻。此方法自動化程度高，可實現BOG 的自動冷卻液化功能。但此方法存在兩個問題，第一是液氮盤管的長度和熱交換的量緊密關聯，需要通過嚴密的計算才能合理確定盤管的長度，目前此項工程應用經驗已經比較豐富，所以不會存在太大的困難；第二是LNG 儲罐和LN2儲罐為兩個獨立的容器，在運行過程中，從LN2儲罐傳輸至LNG 儲罐的輸液管線自身的吸熱量也較大，會導致很大一部分冷量的損失，整體導冷效率差，且設備占地面積大，投入成本也相對較高。

方法D 流程圖如圖4所示。此方案的無排放原理與方法C 相同，但此方法采用LNG 儲罐和LN2儲罐共用一個保溫夾層，設置有方法C 的冷凝盤管及自動控制系統，且設置有內部自導冷結構。在日常使用過程中，LN2儲罐的冷量可以通過自導冷結構傳遞給LNG 儲罐，抑制LNG 儲罐BOG 的產生，當遇到突發情況BOG 大量產生時，壓力監測聯鎖排放閥自動打開，低溫液氮會流入LNG 儲罐冷凝盤管中，起到快速冷卻BOG 并液化的功能，有效杜絕了罐內超壓引起的BOG 排放。LNG 儲罐中內置LN2冷源儲罐，使得冷量傳輸路徑更短、更加高效，傳輸管線由外部的裸管變為了夾層內部的管線，和內罐同處于一個密度的真空空間，真空空間中填充有珠光砂或包覆絕熱被等保溫材料，使得傳輸管線的漏熱僅為原有的10%不到。一體式的結構有效減少了設備材料成本和設備現場的占地面積，并大大提升了換熱的效率。

3 結束語

雖然目前國內還處于“有人排、沒人管”的階段，并沒有明確的法律對BOG 的排放進行限制，但在歐美發達國家，BOG 零排放的法規要求早已出臺，隨著國家對環保問題的日趨重視，針對BOG 不允許排放的法律和法規相信離我們已經不遠了。上述幾種方法都可以對BOG 進行再回收利用，設備運營商可以根據自己工程項目條件的不同選擇最為合適的無排放方法，有效對BOG 進行利用也將減少資源的浪費，為我們節約很大一筆財富。