BOG即Boil Off Gas,是低温液体,如LNG等在储罐内吸收外部热量而汽化的气体。随着LNG加气站建设成几何速度增长,由于LNG加气站自身的种种原因,LNG蒸发气体产生量过大,BOG的产生会引起储罐等设备内压力升高,气体耗散使周边环境空气中充斥可燃气体,不但造成了能源浪费和环境污染,甚至影响LNG加气站的安全运行。因此,有必要分析BOG产生原因、计算BOG气量,并采取合理的抑制和处理BOG气体产生的工艺措施。
一、BOG的产生
LNG加气站中,通常将LNG低温绝热地储存在储罐中,运行时经低温绝热的管道转移至潜液泵、加气机等设备中。虽然LNG储罐和运输设备都采用低温绝热结构,但存运设备与外界环境仍不可避免地存在热量交换,加上LNG具有低温性、易蒸发气等特点,在储存运输设备中难免会产生蒸发气体。此外在加气站的运行工艺流程中,特别是LNG卸车和加气过程,系统结构也跟环境存在接触,这也会导致BOG的产生。一般在LNG加气站中,BOG产生的原因可以归结为以下几点:
第一,储存运输设备漏热;
第二,卸车和加气过程中的空间置换;
第三,LNG潜液泵运行时产生热量;
第四,其他一些原因,包括环境大气压变化以及卸车时压力闪蒸等。
二、BOG量计算
根据上文分析,LNG加气站中BOG产生的原因有多种多样,并且受相关设备固有特性及加气工艺流程自身特性影响,要精确计算每部分BOG的产生量相当困难。因此工程实际中,各部分BOG产生量计算如下。
1.LNG储罐产生的BOG量
1.1 外界环境热量侵入产生的BOG质量
在实际工程中,根据经验值法计算BOG的质量:
式中:G1为储罐因外界环境热量侵入产生的BOG质量,kg/h;ζ为蒸发气产生系数(,0.05%~0.08%)/d;ρLNG为储罐内LNG的密度,kg/m3;Vε为储罐实际储存LNG的体积,m3。
假定ζ=0.08%,ρLNG=445kg/m3,充装率(储罐内LNG与储罐总容积之比)为90%。对于LNG接收站,Vε=14.4×104m3,则G1=2136kg/h,3个储罐因环境热量侵入而产生的BOG质量为153.8t/d。对于LNG卫星站,Vε=90m3,则G1=1.335kg/h,10个储罐因环境热量侵入而产生的BOG质量为320kg/d。
1.2 LNG进液泵运行产生的BOG质量
LNG进液泵运行产生的BOG质量为:
式中:G2为LNG进液泵运行时机械能转化为热能而产生的BOG质量,kg/h;P为LNG进液泵的功率,kW;△h0为LNG的汽化潜热,kJ/kg。
LNG汽化潜热近似取440kJ/kg。对于LNG接收站,大连LNG接收站所使用的LNG进液泵功率为82.5kW,则G2=2025kg/h,若每10d进液一次,则大连LNG接收站因LNG进液泵运行而产生的BOG质量为4.86t/d。对于LNG卫星站,山东淄博LNG卫星站所使用的LNG进液泵功率为2.5kW,则G2=20.45kg/h。若该站一天进液一次,一次进料所需时间为2.6~3.3h,则因LNG进液泵运行而产生的BOG质量为530~670kg/d。
1.3 容积置换产生的BOG质量
从罐顶送入LNG时,由于容积置换产生的BOG质量为:
式中:G3为容积置换时产生的BOG质量,kg/h;ω1、ω2分别为LNG储罐的进出料速度,kg/h;ρLNG为进料前BOG气体的密度,其值取3.5kg/m3。
对于LNG接收站,LNG船的正常卸料能力为ω1=6230kg/h,LNG正常出料流量为ω2=200.25kg/h,则LNG接收站因容积置换而产生的BOG质量为113.8t/d。对于LNG卫星站,LNG储罐的进、出料速度通常为12~15t/h、3~4t/h,则LNG进料时因容积置换产生的最大BOG质量为(15-3)×1000×3.5/445=94kg/h,而因LNG进料而产生的最大BOG质量为2440kg/d。
根据式(1)~式(3)的计算结果,在正常情况下(不考虑事故的发生),LNG接收站产生的BOG量为1282.3t/d。LNG卫星站产生的BOG量最大可达3.43t/d。
三、BOG处理工艺
与LNG接受站相比,一般加气站产生的蒸发气体总量并不大且不连续,因此加气站一般不使用BOG压缩机,而是使用BOG加热器进行相关处理。加气站常用的BOG气体处理措施有以下几种:
1.在LNG卸车流程中产生BOG时,可将储罐内的
BOG返回至槽车,以此补充卸车时产生的压力下降,运用这种方法的优点是工艺简单、无需借助外界能耗。
2.将产生的BOG气体应用压缩机压缩,使其达到外输网压力并将其输出。这种方法优点是工艺简单、消耗资金少,而且由于将BOG输送至外界天然气管网,因此不造成能源浪费。但是,该方法有一定局限性,适合产生BOG量较小且需要与外界输气管网相同的加气站。
3.另外一种方法是在紧急情况下使用,由于BOG产生对安全有极大隐患,当BOG量过多且容易引发危情时,可将BOG直接送火炬燃烧,若量超出火炬承受能力时也可直接排入大气。这种方法对环境造成极大污染且严重浪费资源,只是在紧急情况下的应急措施。
通常加气站中,潜液泵、LNG管道、加气机等设备都有管道和储罐相通,由这些设备产生的BOG最终都进入LNG储罐,因此加气站中产生BOG的处理重点是抑制和处理储罐内BOG气体的产生。