LNG加气站蒸发性气体分析及回收利用

LNG加气站蒸发性气体分析及回收利用

张喜

中石油新疆销售有限公司哈密分公司 839000

摘要：LNG加气站在保存和使用的过程中，液态的LNG受到外部以及其他热量影响，从而发生了气化现象，形成了存在于加气设备工艺中蒸发性气体。由于加气站在设计建设过程中会出现种种原因，如果LNG蒸发产生的气体量很大的话，会引起储罐和管道等设备设施内部温度及压力增大，产生安全风险隐患，如果采取简单的气体放散方式处理，会使周边环境空气中混杂可燃性气体，不但造成了能源的浪费和环境的污染，还会威胁到加气站及周边地区的安全。因此对蒸发性气体产生进行研究，对产生的放散量进行计算分析，从中寻找适合的回收利用工艺。

关键词：LNG 加气站 蒸发性气体 回收利用

1. 蒸发性气体产生原因

LNG储存在低温储罐中，当需要使用时从储罐通过管道转移至潜液泵和增压器等设备设施，最后通过加气机进行完成销售。虽然储罐和管道等设备在设计时本身都采用了低温绝热结构材质，但是由于太阳光照射、外界环境温度以及设备自身结构等因素影响，还会不可避免地进行热量交换，这是由于LNG具有低温性、易挥发等特性造成的，在存储时就会产生蒸发性气体。特别是在LNG卸车和加气过程中会与外界环境存在接触现象，外界的温度也会随着LNG传入存储设备设施中，这也是导致蒸发性气体产生最重要的原因。可总结归纳为以下四个方面：第一，储存设备设施会发生漏热现象；第二，卸车和加气操作过程中会产生的蒸发性气体；第三，LNG潜液泵在运行时也会产生的热量；第四，环境的大气压发生变化时等一些其他原因。

二、放散蒸发性气体量计算

LNG加气站在实际运行中当蒸发性气体达到压力上限后对其采取放散处理，针对加气站在正常运营状态下产生的放散气体进行分析，根据GB150－2011附录B《超压泄放装置》的要求进行如下计算^[1]：

其中： 表示为储罐需要放散气体量，单位为kg/h；

表示为储罐罐体夹层的厚度，单位为m；

表示为液态天然气的气化潜热，单位为kJ/kg；

表示为LNG的饱和温度，单位为℃；

表示为在常温条件下绝热材料的导热系数，单位为kJ/m·h·℃；

表示为储罐的受热面积，单位为m²。

椭圆形储罐的受热面积计算如下：

Ar=3.14D(L+0.3D)

对当地某LNG加气站罐容为60m³的储罐进行计算，根据受热面积公式需得知相关的数据，需要的数值从供应商生产的LNG获取得到相关数值。LNG的气化潜热计算采用《气化潜热的估算》中“Chen方法”，其计算结果相对误差是最小的。

其中： 表示为气化潜热，单位为J/mol；

表示为天然气气体常数；

表示为临界的温度，单位为K；

表示为沸点的温度与临界的温度的比值，单位为K；

为临界的压力，单位为Pa。

通过《实用热物理性质手册》查出：LNG的临界温度为190.65K，沸点温度为111.66K， ，临界压力为4.47MPa，因此气化潜热可计算：

参照《液化天然气技术手册》得知：饱和温度为-136.58℃。加气站储罐保温夹层厚度为0.25m，L为10.54m，D为2.7m，导热系数为7.17×10^-3kJ/m·h·℃。所以储罐的受热面积可计算为：

Ar=3.14D(L+0.3D)=3.14×2.7（10.54+0.3×2.7）=96.2253m²

根据以上相关数据可计算气体放散量为：

三、利用再冷凝液化回收利用

LNG加气站产生蒸发性气体会使储罐等设备压力发生变化，出现不稳定状态，所以要对蒸发性气体进行处理，对气体正确处理是保障加气站安全运行的重要工艺^[2]。通常处理方法有以下四种：

（一）将产生的气体未做任何加工，直接通过火炬燃烧的方式进行处理，如果气体量过多时无法通过火炬燃烧解决的话，可以将其直接排放到大气中；

（二）当储罐内产生蒸发性气体，在卸气操作时可以将其通入运输车辆里面，这样可以调节卸气操作时压力不足产生的真空现象；

（三）将产生气体加工，按照LNG的压力标准进行压力处理，然后将两者进行充分地混合，达到对外管网输送的标准时进行输出；

（四）将产生的气体加工，按照对外管网的压力标准进行压力处理，以达到对外管网输送的压力标准时可以进行对外输出。

对以上这四种方法进行研究分析发现：第一种方法是这几种方式中最不可取的，这样做不仅白白地浪费了蒸发性气体还对环境保护造成了破坏，最主要的是这样做很容易造成火灾爆炸事故，不到迫不得已的情况下不要使用这种方法进行处理；第二种方法其实对蒸发性气体还是充分进行利用的，处理方式也不需要太复杂的工艺，但是这种处理方法只有在运输车到站进行卸气操作时才可以使用，并不能从根本上解决蒸发性气体；反而是第三种和第四种方法采取一定的加工处理方式，将气体按照实际情况进行合理输出达到使用的目的[3]。

如果将加气站产生的蒸发性气体利用缓冲罐存储回收利用，再采用再冷凝工艺，其最大的优点在于节能，工艺流程相对简单，不需要冷源，通过泵加压更节省能耗。再冷凝工艺的主要设备是蒸发性压缩机和再冷凝器，再冷凝器主要功能有以下两个方面：第一，可以为蒸发性气体和LNG提供充足的接触空间和时间，利用过冷的LNG冷凝；第二，可以起到入口缓冲作用，为高压泵提供入口压力。再冷凝器中压力和液位的稳定性决定了蒸发性气体处理系统的稳定性。压缩机出口压力降低会更加节能，但物料比有所增加，会导致系统装置操作比较困难，为了保证物料比恒定，减少压缩机出口压力从而达到节能的目的。通过采用高压加注瓶反复多次自增压方式加注可以有效降低操作过程中气体蒸发量。对再冷凝液化工艺流程进行优化，在工艺流程中增加冷换器设备，气体先进入冷换器进行换热，再进入再冷凝器进行预冷从而达到降低气体温度的目的。冷换器选用U形管式换热器，该冷换器价格相对便宜，具有较强的承压能力和高效的传热性^[4]，节能效果更加显著。

四、结论

从四个方面分析加气站产生蒸发性气体的原因，通过放散气体计算及数据分析，计算出60m³储罐每小时可以放散4.83kg蒸发性气体，将加气站排放气体回收利用。采取再冷凝工艺收回蒸发性气体，提出在工艺流程中增设蒸发性气体冷换器，提高了工艺流程中对蒸发性气体预冷作用，达到良好的回收利用效果。

参考文献：

[1] 王小尚, 刘景俊, 李玉星等. LNG接收站BOG处理工艺优化[J]. 天然气工业, 2014, 34(4): 126-128.

[2] 金光, 李亚军. LNG接收站蒸发气体处理工艺[J]. 低温工程, 2011, (1): 51-56.

[3] 李兵, 程香军, 陈功等. LNG接收站BOG处理技术优化[J].天然气与石油, 2012, 30(5): 28-30.

[4] 向丽君, 全日, 邱奎等. LNG接收站蒸发性气体回收工艺改进与能耗分析[J]. 天然气工业, 2012, 37(3): 48-50.