摘　要：介紹常用的LNG加氣站BOG回收方法及BOG排放量計(jì)算，探討使用液氮回收LNG加氣站內(nèi)BOG的工藝流程和液氮量計(jì)算。將使用液氮回收BOG與常用的BOG回收方法進(jìn)行對(duì)比，分析使用液氮回收BOG的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：BOG回收；  液氮；　LNG加氣站；　L-CNG加氣站

Feasibility Analysis of Recycling BOG from LNG Filling Station by Liquid Nitrogen

Abstract：The common recycling methods of BOG from LNG filling stations and the calculation of BOG emission are introduced．The BOG recycling process by liquid nitrogen and the calculation of liquid nitrogen are discussed．The BOG recycling process by liquid nitrogen is compared with the common recycling methods of BOG，and the advantages of BOG recycling process by liquid nitrogen are analyzed．

Keywords：BOG recycling；liquid nitrogen；LNG filling station；L-CNG filling station

1　常用的加氣站BOG回收方法

①管網(wǎng)回收

將LNG加氣站內(nèi)多余的BOG氣體經(jīng)BOG加熱器加熱，再經(jīng)調(diào)壓、計(jì)量、加臭等工序后送入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)。

建設(shè)費(fèi)用：需要在LNG加氣站基礎(chǔ)上增加一套加熱、調(diào)壓、計(jì)量、加臭設(shè)備及配套管道，根據(jù)BOG回收量不同建設(shè)費(fèi)用有所不同。在一座普通的一級(jí)LNG加氣站基礎(chǔ)上增設(shè)一套BOG管網(wǎng)回收系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用應(yīng)在10×10⁴元左右。

運(yùn)行費(fèi)用：主要運(yùn)行費(fèi)用源自LNG與城市燃?xì)獾膬r(jià)格差，LNG價(jià)格遠(yuǎn)高于民用燃?xì)鈨r(jià)格(LNG氣化后的天然氣銷售價(jià)格約為5元／m³，管網(wǎng)氣價(jià)格約為2元／m³)?；厥粘杀九c回收量成正比(價(jià)格倒掛)。

缺點(diǎn)：a．加氣站旁必須有城市燃?xì)夤芫W(wǎng)；b．城市燃?xì)夤芫W(wǎng)允許在此處開口，并允許加氣站向管網(wǎng)供氣。這兩個(gè)條件絕大部分加氣站并不具備。

②站內(nèi)消耗

將LNG加氣站內(nèi)多余的BOG氣體經(jīng)BOG加熱器加熱、調(diào)壓，再根據(jù)需要考慮是否計(jì)量、加臭，然后在加氣站內(nèi)自行使用，如用于發(fā)電、鍋爐、生活用氣等。

建設(shè)費(fèi)用：需要增加一套加熱、調(diào)壓設(shè)備和配套管道以及根據(jù)實(shí)際需求考慮是否安裝計(jì)量、加臭設(shè)備。在一座普通的一級(jí)LNG加氣站基礎(chǔ)上(不考慮用氣設(shè)備)增設(shè)一套BOG回收系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用為(2～10)×10⁴元。

運(yùn)行費(fèi)用：主要運(yùn)行費(fèi)用還是源自LNG與城市燃?xì)獾膬r(jià)格差?；厥粘杀九c同收量成正比。

缺點(diǎn)：加氣站內(nèi)自用氣規(guī)律性差，如冬季與夏季用氣量相差非常大；各個(gè)站點(diǎn)由于實(shí)際情況不同，用氣量相差也很大。因此，會(huì)造成站內(nèi)產(chǎn)生的BOG量與站內(nèi)的用氣量很難匹配。當(dāng)BOG供大于需時(shí)，需要部分排放；當(dāng)BOG不足時(shí)，需要?dú)饣糠?/span>LNG來使用。

③L-CNG加氣站壓縮機(jī)回收

將L-CNG加氣站內(nèi)多余的BOG氣體經(jīng)加熱器加熱后儲(chǔ)存于緩沖罐內(nèi)，到一定量后經(jīng)調(diào)壓器調(diào)壓，進(jìn)入天然氣壓縮機(jī)壓縮后送入站內(nèi)CNG儲(chǔ)氣系統(tǒng)成為CNG氣體，作為CNG銷售。

建設(shè)費(fèi)用：需要增加一套BOG加熱器、天然氣緩沖罐、調(diào)壓器、CNG壓縮機(jī)及配套管道。由于天然氣緩沖罐及CNG壓縮機(jī)造價(jià)較高，在一座普通的一級(jí)LNG加氣站基礎(chǔ)上增建一套BOG回收系統(tǒng)的成本至少應(yīng)當(dāng)在30×10⁴元。

運(yùn)行費(fèi)用：主要是CNG壓縮機(jī)電費(fèi)及后期設(shè)備維護(hù)維修成本。

缺點(diǎn)：必須是L-CNG加氣站，不能是單純的LNG加氣站，不然無法儲(chǔ)存和銷售CNG；前期投入費(fèi)用很高；后期電費(fèi)、設(shè)備維護(hù)維修費(fèi)也較高。

2　加氣站內(nèi)BOG排放量計(jì)算

正常情況下LNG或L-CNG加氣站卸完車時(shí)儲(chǔ)罐內(nèi)LNG溫度及壓力達(dá)到最低值，以后LNG溫度及壓力隨時(shí)間推移不斷升高，直到下次卸車。如果在下次卸車前儲(chǔ)罐壓力已經(jīng)超過最大工作壓力就必須對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行排氣。在有些加氣車輛較少的加氣站常會(huì)進(jìn)行多次排氣操作才能堅(jiān)持到下次卸車。由于沒有計(jì)量措施，絕大多數(shù)單位并不知道到底排掉了多少天然氣。筆者將結(jié)合實(shí)例，對(duì)BOG排放量進(jìn)行計(jì)算(由于各地LNG組成有所不同，數(shù)據(jù)會(huì)有一定差異)。

假設(shè)一座LNG加氣站內(nèi)有一臺(tái)LNG儲(chǔ)罐，容積V=60m³，罐內(nèi)還剩余LNG液體質(zhì)量m=5000kg，此時(shí)LNG儲(chǔ)罐壓力p1=1.14MPa，此壓力相應(yīng)的LNG飽和溫度t1=-119℃，此狀態(tài)下LNG液體的密度應(yīng)為r=350kg／m³，相應(yīng)的LNG液體體積應(yīng)為V1=14.3m³。若我們此時(shí)通過對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行排氣將其壓力降低至目標(biāo)值p2=0.418MPa，則壓力降至p2時(shí)LNG液體的溫度將降為p2壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度t2=-137℃。溫度從t1到t2間LNG液體平均比熱容c≈3.94kJ／(kg·K)，則將5000kgLNG液體溫度從t1降至t2需要帶走的熱量Q的計(jì)算公式為：

Q=cm(t1-t2)        (1)

由式(1)可得：Q≈355MJ

t1、p1狀態(tài)和t2、p2狀態(tài)下的LNG氣化潛熱分別為397、583kJ／kg，LNG是從t1、p1狀態(tài)漸變?yōu)?/span>t2、p2狀態(tài)，因此LNG氣化潛熱r取其中間值490kJ／kg進(jìn)行計(jì)算。故將5000kg LNG溫度降低至t2需要?dú)饣?/span>LNG量mBOG(即需要排放的BOG量)計(jì)算公式為：

mBOG=Q/r　　　　(2)

由式(2)可得mBOG=724kg，天然氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度按0.717kg／m³計(jì)算，則折合天然氣約1010m³。如果按照LNG銷售價(jià)格為7元／kg計(jì)算，則此次降壓需要?dú)饣欧诺?/span>LNG總價(jià)值為5068元。

BOG排放量包含LNG氣化排放的BOG量及氣相空間的BOG因壓力下降導(dǎo)致的排放量。

3　使用液氮對(duì)BOG液化、對(duì)LNG降溫計(jì)算

使用液氮對(duì)LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體進(jìn)行液化，同時(shí)對(duì)LNG液體進(jìn)行降溫，使儲(chǔ)罐內(nèi)壓力、溫度降至p2、t2。

①對(duì)LNG液體進(jìn)行降溫

液氮?dú)饣瘽摕?/span>r2=198kJ／kg，將5000kgLNG溫度從t1降至t2需要?dú)饣囊旱?/span>m2(即吸收355MJ熱量所需要的液氮量)計(jì)算公式為：

m2=Q/r2           (3)

由公式(3)得m2=1793kg，氮?dú)鈽?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度取1.160kg／m³，則折合成體積約為1546m³。

②對(duì)LNG儲(chǔ)罐內(nèi)氣體進(jìn)行液化

計(jì)算可知t1、p1狀態(tài)下儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間容積為45.7m³。根據(jù)氣體狀態(tài)方程，將p1、p2狀態(tài)下儲(chǔ)罐中的氣相體積均換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積，兩者之差即為需要液化的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積。天然氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度按0.717kg／m³計(jì)，則儲(chǔ)罐壓力從p1降至p2需要液化的氣體約為373kg。LNG氣化潛熱仍取中間值490kJ／kg，則373kg氣體液化需要帶走的熱量為183MJ，液化此部分氣體需要的液氮量為924kg。

③總液氮量

以上2項(xiàng)液氮量之和為2717kg。如果液氮到場(chǎng)價(jià)格為1元／kg，則需要的液氮總費(fèi)用為2717元?？梢娛褂靡旱厥?/span>LNG的成本約為回收的LNG價(jià)值的53.6％。

4　使用液氮回收加氣站內(nèi)BOG的方法

由于液氮在常壓下沸點(diǎn)約為-196℃，而LNG在常壓下沸點(diǎn)約為-162℃，液氮沸點(diǎn)溫度遠(yuǎn)低于LNG沸點(diǎn)溫度，故可利用液氮的冷能對(duì)BOG重新液化。

LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)制造時(shí)在罐內(nèi)設(shè)一套換熱盤管或列管，其有獨(dú)立的入口和出口。當(dāng)需要進(jìn)行BOG回收時(shí)，從換熱盤管入口持續(xù)注入液氮，從出口直接放空。液氮通過盤管時(shí)在盤管內(nèi)吸熱氣化，吸收儲(chǔ)罐內(nèi)氣相和液相LNG的熱量后使天然氣液化、LNG液體溫度降低，當(dāng)儲(chǔ)罐壓力達(dá)到預(yù)期時(shí)停止注入液氮。用于注入液氮的設(shè)備根據(jù)各地實(shí)際情況可以是小型液氮儲(chǔ)罐，也可以是液氮槽車直接注入。工藝流程見圖1。

建設(shè)費(fèi)用：LNG儲(chǔ)罐需要少量增加成本，根據(jù)實(shí)際情況考慮是否增加一臺(tái)小型液氮儲(chǔ)罐(無液氮儲(chǔ)罐時(shí)可直接使用液氮槽車對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)換熱盤管進(jìn)液)。對(duì)于容積為60m³的LNG儲(chǔ)罐，僅增加換熱盤管，增加的建設(shè)費(fèi)用為2×10⁴元；如果再增加一臺(tái)液氮儲(chǔ)罐(一般為5m³)，則增加盤管和液氮儲(chǔ)罐的總建設(shè)費(fèi)用為10×10⁴元。因此，一般建設(shè)費(fèi)用為(2～10)×10⁴元。

運(yùn)行成本：主要為消耗液氮的成本。

缺點(diǎn)：加氣站周邊地區(qū)應(yīng)能較容易買到液氮。

液氮回收加氣站BOG的意義：減少溫室氣體排放，改善環(huán)境；節(jié)約能源，具有一定經(jīng)濟(jì)效益；氮?dú)馀欧泡^天然氣排放更安全，無毒，無燃燒爆炸危險(xiǎn)；無電氣設(shè)備，無電火花引發(fā)危險(xiǎn)；建設(shè)成本低，維護(hù)維修成本低，液氮成本不高、容易購買，LNG和L-CNG站均適用，易于實(shí)現(xiàn)，可行性高，適合在國(guó)內(nèi)廣泛推廣。

LNG加氣站BOG回收方式對(duì)比見表1。

本文作者：楊國(guó)柱

作者單位：成都華氣厚普機(jī)電設(shè)備股份有限公司