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.國家管網集團閩投(福建)天然氣有限責任公司，福建 漳州 363122；2.國家管網集團粵東液化天然氣有限責任公司，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，自工業化時代以來已導致全球升溫0.5 ℃。天然氣作為能源轉型進程中的主要過渡能源，甲烷減排是實現2030 年前碳達峰目標的關鍵，因此在LNG 行業內對全產業鏈范圍內產生的BOG 進行再回收的重要性愈發凸顯。目前國內LNG 運輸以公路運輸中的槽車運輸為主[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，也存在極大的安全隱患。

冷緒林等[2]闡述了LNG 槽車儲罐空載狀態或較滿載運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，在加氣站工藝區設置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]從設備(LNG儲罐、低溫泵)、工藝流程、總平面布置圖、運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 加氣站中循環利用，保證罐內溫度、壓力在一定范圍內，還可以有效減少LNG 冷能浪費；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 和基于低溫制冷機的BOG 再液化回收技術；付海泉等[9]對LNG 接收站BOG 處理工藝進行綜合對比分析，從裝置構成、能耗和運營成本等方面對比BOG 再液化和CNG 外輸兩種工藝。目前，國內關于LNG 接收站槽車儲罐余氣回收方面的研究探索相對較少，本次研究以國內某LNG 接收站為例，從LNG 接收站工藝流程、設備設施、總平面布置圖以及運行管理等方面出發，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，若人員在排放區間內，也存在著壓力打擊、人員凍傷等風險，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到5%～15%的爆炸極限。LNG 槽車司機在進站重新充裝前需將儲罐內余氣進行就地排放，排放地點往往選擇在槽車安檢站、裝車等待區或是交通道路旁，這些地方都處于非防爆區，人員流動復雜且存在手機、吸煙等點火源，極易引爆直接排放的甲烷氣體或者導致其燃燒，發生火災。國內個別LNG 接收站槽車安檢區發生過因槽車儲罐壓力過高就地排放甲烷氣體而導致火災。目前，對于該部分氣體回收尚無統一標準和規范要求。因此，從生產安全角度出發，需要進一步規范LNG 接收站外來槽車儲罐余氣回收方式。

1.2 環保性

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，會引發溫室效應。此外，LNG 槽車儲罐余氣就地泄壓排放過程中，會產生尖銳的噪聲，對周圍人員造成噪聲傷害。

2 余氣回收工藝

2.1 項目背景

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

本次研究以某LNG 接收站為例，建設規模為300×104t/a，建設2 座16×104m3LNG 儲罐、1 座26.6×104m3LNG 船裝卸泊位，液態外輸設計能力為60 萬噸/ 年。站內主要工藝設備設施包括：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、每個裝車臂設計流量60 m3/h，2 臺處理能力為7 t/h 的BOG 壓縮機、1 臺處理能力為7 t/h 的高壓壓縮機、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 接收站生產運營期間由于受作業工況、漏熱等因素影響會產生大量BOG。目前國內已運行或在建的LNG 接收站對于BOG 的處理主要有以下幾種方式：

(1)根據不同壓力下BOG 沸點不同的特點，通過BOG 低壓壓縮機將接收站產生的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)通過高壓壓縮機將接收站日常運行期間蒸發的BOG 從常壓直接加壓到干線管網外輸壓力后，輸送至下游用戶；

(3)通過設置CNG 壓縮機回收LNG 接收站日常運行期間蒸發產生的BOG，可采用單級壓縮，將接收站內BOG 壓縮為CNG 并將其輸送到CNG 系統儲存、銷售；

(4)通過再液化裝置回收LNG 接收站日常運行期間蒸發產生的BOG。

2.3 槽車儲罐余氣回收設計思路

根據LNG 接收站BOG 處理方式的不同，站內配備不同的BOG 處理設備設施，在余氣回收裝置設計上同樣存在差異。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措施、技術手段或生產裝置，將外來LNG 槽車儲罐進站前產生的余氣排放至LNG接收站BOG 管網，再利用LNG 接收站內現有的BOG 處理措施采用不同的處理方式對槽車儲罐余氣進行回收處理。基于上述回收原則，結合LNG 接收站工藝流程、總平面布置圖和設備設施，可以采取裝車撬直接泄壓工藝進行余氣回收或通過槽車余氣回收裝置進行余氣回收。

2.3.1 裝車橇直接泄壓工藝

該工藝主要采用站內槽車裝車撬回收外來LNG槽車儲罐余氣，即當外來LNG 槽車駛入LNG 接收站裝車撬后，將LNG 槽車氣相管線與裝車橇內氣相臂連接，此時LNG 槽車儲罐壓力為0.4 ～0.6 MPa，LNG 接收站BOG 管網壓力正常運行區間在6 ～25 kPa，由于LNG 槽車儲罐壓力遠大于LNG 接收站BOG 管網壓力，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，再利用接收站內高壓壓縮機直接加壓至干線管網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

以國內某LNG 接收站為例，結合總平面布置圖，選擇在槽車候車區新增一套LNG 槽車儲罐余氣回收裝置，將LNG 槽車儲罐內多余的BOG 氣體通過回收裝置排放至接收站BOG 管網，利用接收站內高壓壓縮機直接加壓至干線管網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"氮氣管線以及相關閥門、儀表等組成，具體設計如下圖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BOG 管網，在兩個球閥之間設有1 個2"止回閥CHE-1,避免接收站內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"氮氣管線，氮氣管線配有1 個1"隔離球閥V-3、1 個1"流量調節閥V-8、以及1 個1"止回閥CHE-2，為避免BOG 反竄對氮氣管線造成影響，止回閥上游管道材質與BOG 管道材質一致；

(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)轉輸系統管道上距離金屬軟管最近一端3 m 內設置緊急切斷閥，且金屬軟管長度不應超過15 m；

(7)設置泄放排放口，以確保金屬軟管斷開時泄壓安全，排放口應排向安全區域。

3 應用情況

3.1 裝車橇直接泄壓工藝

該工藝充分利用接收站內現有設備設施，無需新增建設成本，可以解決外來LNG 槽車余氣就地排放帶來的火災、爆炸等安全隱患，但極大程度影響了槽車裝車撬裝車能力，制約了槽車周轉效率。國內某LNG 接收站實踐結果表明，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、爆炸等安全隱患，在余氣回收同時也具有一定經濟效益，但需考慮槽車余氣回收裝置所涉及的BOG 管道、閥門等建設投資成本。國內某LNG接收站在槽車候車區新增一套余氣回收裝置，前期投入建設成本約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成本，應用結果表明采用該工藝回收余氣產生的經濟效益較為可觀。

4 結論

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濟效果分析、比較，得出以下結論：

(1)裝車撬直接泄壓工藝前期無投資，且能耗未增加，但對于槽車周轉效率影響較大，當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，運營期間不會產生額外能耗，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，同時也能產生一定的經濟效益。因此，考慮LNG 接收站長遠運營需求，對于外來槽車較多的接收站可以結合廠區平面布置圖，考慮在站內設置一套槽車儲罐余氣回收裝置。