液化天然气接收站 BOG的处理方法研究

液化天然气接收站 BOG的处理方法研究

王冬

吐鲁番广汇天然气有限责任 公司，新疆，吐鲁番， 838200

摘要：液化天然气接收站在运行期间会产生蒸发气（BOG），BOG会使液化天然气接收站中的储罐处于不稳定的运行状态，同时造成天然气资源的消耗，还会引发液化天然气接收站的安全隐患。因此完成液化天然气接收站BOG的处理至关重要。本文对BOG的产生原因进行分析，深入的比较和分析再冷凝法、压缩法、直接输出法三种BOG的处理方法。借此保障液化天然气接收站的BOG处于可控范围内，保障液化天然气接收站的运行安全，减少能源消耗、降低天然气的浪费、降低接收站的运营成本。

关键词：液化天然气；BOG处理；天然气接收站

前言：液化天然气是通过天然气脱水、脱氢、脱酸后，净化、冷凝而成的甲烷液体。液化天然气需要存储在-160摄氏度，0.1MPa左右的低温储罐中。液化天然气接收站接收陆运及海运的天然气，同时可以将储罐内的液化天然气气化后输送至天然气管网。随着天然气能源需求量的增加，我国液化天然气接收站的建设正在不断的扩大规模与数量。尽管在建设标准规范、技术应用水平等方面，经过不断的探索与实践，有着明显的提升，但与国外发达国家相比，仍然存在着一定的差距，尤其是天然气接收站在将液化天然气接卸到储罐的过程中，容易产生BOG，影响储罐的压力、导致储罐处于不稳定的状态。针对这一问题，需要进一步改进处理工艺，加强对BOG的处理措施，保障接收站的安全运行。

1. BOG的产生原因

1. 储罐内的自然蒸发

液化天然气接收站主要采用的储存设备为大型的天然气储罐。储罐外层主要采用混凝土材质，内部采用保冷层，提升储罐的绝热保冷性能。储罐自身会产生一定的自然蒸发量，这一自然蒸发量一般采用日蒸发率来测量。当储罐的装填率达到90%以上时，静置24小时后，就可根据装填的液化天然气质量以及储罐的有效容积比，计算出日蒸发率。液化天然气的日蒸发率受到储罐内温度、压力、液化天然气自身组份以及外部环境的多种因素影响。

在储罐绝热保冷性能良好的情况下，储罐内的温度和压力在较小的范围内波动时，通过储罐内的温度可以衡量内部压力。标准大气压下，液化天然气的沸腾温度范围为，-166摄氏度至-157摄氏度；在这一温度下，压力为1×10⁵Pa到2×10₅Pa。在这一温度和压力范围内，BOG的生成量，会随着温度升高而升高，随着压力的降低而增加。

在储罐内温度及压力处于一个较小的波动范围时，BOG的生成速率与液化天然气自身的组份有很大的关系。液化天然气中甲烷的含量一般大于75%，氮的含量小于5%。由于甲烷与氮气的沸点不同，当温度升高后，甲烷会先于氮气蒸发，因此当甲烷组份高时，甲烷将由BOG处理系统回收。在冷凝过程中，氮气会比甲烷后液化，这时，BOG气相中的氮气就会不断累积，引发BOG总量的增加。

2. 容器和设备漏热

液化天然气储罐一般为双层的隔热结构设计，内外层之间会采用真空方式或填充惰性气体方式，达到隔热的目的。然而在储罐的储存及运输过程中，结构的保冷性能、外界温度及太阳辐射的变化，会造成储罐内外环境的温差，形成一定的热传导，导致储罐内液化天然气吸收热量，产生温度变化。这一温差导致的漏热，会影响液化天然气的状态，引发BOG的产生。

3. 卸料装置的热量影响

天然气接收站在接收液化天然气时，会将液化天然气接卸到储罐中。这一过程中机械装置处于常温状态，会与液化天然气之间形成巨大的温差，导致液化天然气温度变化产生BOG。这也是在液化天然气接卸期间，BOG的生成量远高于储存期间生成量的原因。

2. 液化天然气接收站BOG的处理方法

1. 直接输出处理方法

直接输出处理方法是指将储罐内产生的BOG，直接通过BOG压缩机或回收装置，完成压缩或直接输送至管网。直接输出工艺的工艺方式较为简单，能够与BOG回收系统相连接，节约回收成本。但是直接输出工艺的限制要求较高，一是要求，接收站的外输管网压力较小，保持在2~3MPa之间。二是要求接收站的BOG产生量可控，避免造成管网压力。一般这一方法只适用于小型的液化天然气接收站。直接输出处理方法也被称为加压外输处理。这种处理方法，处理的BOG不通过再冷凝器，也不消耗液化天然气的冷能。除了对压力以及BOG的产生量有限制以外，这种处理方法还需要液化天然气接收站周围有长期稳定的接收用户。

2. 压缩处理方法

压缩处理方法与直接输出处理方法的区别在于，压缩处理对BOG进行了更深层的压缩，将其处理为压缩天然气CNG。压缩处理方法的流程为，将BOG升至常温后，经过缓冲罐，然后通过压缩机的深层加压，生成为压缩天然气CNG，再由CNG槽车完成输出外运。相比较直接输出处理方法，将BOG压缩处理为CNG，能够减少生产条件对处理方法的限制，整体处理工艺更为灵活，并且销售市场更为广泛。但由于CNG处理对于压缩机的开启及关闭操作要求较高、对于罐内压力的控制能力要求更高，因此不适用于一些不具备CNG处理及充装能力的液化天然气接收站。同时BOG的生成量受到外部影响较大的情况下，可能影响CNG的产出量，也不利于销售。

3. 再冷凝处理方法

再冷凝处理方法是将过冷的液化天然气与已经经过增压的BOG，形成热交换。通过热交换使BOG在再冷凝器中实现冷凝，再由高压泵加压气化完成外输。再冷凝处理方法需要设置BOG高压压缩机，以及高压泵和再冷凝器。再冷凝处理方法增设了再冷凝器，同时处理流程较为复杂，需要冷源提升冷凝效率。但是再冷凝工艺，能够利用液化天然气自身的过冷冷能，因此相对来说更为节能。而且能够避免直接外输或压缩外输造成的压缩功率压力和管网压力，受到的处理限制较小，能够适应更多的应用环境。

再冷凝器是整个再冷凝处理方法中的核心。再冷凝器作为一种直接接触的换热设备，具有传热系数高、结构简单、投资成本低以及不易腐蚀的优点。当BOG经过再冷凝器中的气体分布器时，会与内部的液化天然气完全接触，与液化天然气进行热能交换，完成冷凝后排出。

结语：液化天然气接收站产生BOG的原因多种多样。为了进一步的提升液化天然气接收站的运行稳定性、保障液化天然气储罐的存储安全，对于BOG可以采用直接输出处理方法、压缩处理方法，以及再冷凝处理方法。其中，再冷凝处理方法，能够实现连续生产，并且处理过程能耗较低，能够直接利用液化天然气自身的冷能、节约处理成本。同时，再冷凝处理方法能够突破压力、管道等多方面的处理限制，是更为先进、合理的BOG处理方法，值得进一步的推广及应用。

参考文献：

[1]熊金强.液化天然气接收站风险评价方法研究[J].石化技术,2020,27(07):245-246.

[2]吴建新,张清双,吴春豪,陆威.液化天然气接收站用深冷上装式球阀结构分析[J].阀门,2019(05):1-3+7.

[3]蒋雅君,杨其新,刘东民,盛草樱,赵菊梅.液化天然气接收站LNG工艺隧道喷膜防水应用技术[J].隧道建设(中英文),2018,38(11):1878-1887.