1 問題的提出
液化天然氣(以下簡稱LNG)供氣技術(shù)自2001年引入中國以來[1]，極大地促進(jìn)了天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從上游LNG的生產(chǎn)與液化，到LNG的運(yùn)輸，再到下游LNG的儲(chǔ)存、氣化供氣，這一產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善。以下游的城鎮(zhèn)燃?xì)鉃槔琇NG氣化后不但能供應(yīng)城鎮(zhèn)居民、公福及工業(yè)用戶用氣，而且還能用作汽車動(dòng)力源。自從LNG汽車試點(diǎn)至今，建設(shè)了相當(dāng)?shù)腖NG汽車加氣站，這些多數(shù)為中海油、新疆廣匯等建設(shè)，所使用的LNG氣源較為固定。為促進(jìn)這項(xiàng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，規(guī)范LNG汽車加氣站的建設(shè)，國家相繼頒布了相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[2-3]。近段時(shí)間來，各地相繼開工建設(shè)了多座LNG汽車加氣站，不少加氣站由于種種原因，在投用后LNG蒸發(fā)氣體(BOC)的產(chǎn)生量過大，導(dǎo)致LNG儲(chǔ)罐壓力上升過快，不得不進(jìn)行放散，這樣不但在加氣站周邊形成可燃?xì)怏w危險(xiǎn)空間，同時(shí)也造成了資源的浪費(fèi)及環(huán)境污染，加氣站的效益受到影響。本文運(yùn)用相關(guān)理論并結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)LNG汽車加氣站蒸發(fā)氣體(BOG)產(chǎn)生量過大的問題進(jìn)行分析，同時(shí)提出相應(yīng)的解決方案。
2 蒸發(fā)氣體(BOG)產(chǎn)生的原因及危險(xiǎn)性
2．1 蒸發(fā)氣體(BOG)產(chǎn)生的原因
在正常儲(chǔ)運(yùn)過程中能不斷產(chǎn)生蒸發(fā)氣體，是LNG的重要特性之一[4]。眾所周知，LNG的沸點(diǎn)約為-l62℃(以組分定)，為深冷狀態(tài)。為保證正常儲(chǔ)運(yùn)，所需的LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)為雙層結(jié)構(gòu)，中間夾層采取充填保冷材料并抽真空或充填干燥惰性氣體處理，盡管如此，在儲(chǔ)運(yùn)時(shí)外界的熱量還會(huì)傳導(dǎo)至儲(chǔ)罐內(nèi)層，LNG在接收這些熱量后將導(dǎo)致一些液體蒸發(fā)為氣體，即蒸發(fā)氣體(BOC，boil off gas)。蒸發(fā)時(shí)，LNG中的氮和甲烷首先從液體中氣化，使得剩余液體密度增大。
2．2 蒸發(fā)氣體(BOG)的危險(xiǎn)性
儲(chǔ)罐(或低溫管道)內(nèi)的LNG產(chǎn)生BOG后，會(huì)使得其上部空間的氣體密度增大，壓力升高，升高到一定程度，儲(chǔ)罐(或低溫管道)的安全泄放裝置將開啟放散。BOG放散出來后，如果氣體溫度在-ll3℃以下(以組分定)時(shí)通常BOG的密度比空氣大，在泄放點(diǎn)周圍一定區(qū)域內(nèi)會(huì)形成“霧團(tuán)”。此時(shí)對(duì)附近工作人員能造成冷灼傷和窒息的危害。如果儲(chǔ)罐(或低溫管道)沒有安全泄放裝置，壓力上升到一定程度，則有爆裂的危險(xiǎn)。
3 LNG汽車加氣站中產(chǎn)乍蒸發(fā)氣體(BOG)的環(huán)節(jié)及分析
LNC汽車加氣站具有卸車、儲(chǔ)存、增壓、加氣等工藝過程，南此形成了相應(yīng)的T藝流程，見圖l。
在上述工藝流程中，涉及到產(chǎn)生BOG的環(huán)節(jié)主要是LNG槽車到站后的卸車、LNG在儲(chǔ)罐內(nèi)的儲(chǔ)存及LNG的加氣等工藝過程。
3．1 LNG卸車環(huán)節(jié)
(1)低溫輸送管道
LNG槽車到站后，通常通過低溫泵法或增壓器法對(duì)槽車內(nèi)LNG增壓后將LNG卸入儲(chǔ)罐內(nèi)。不論采用哪種方法，LNG必須通過低溫管道進(jìn)行輸送，在輸送過程中，LNG將吸收外界環(huán)境熱量而氣化，產(chǎn)生BOG。為了減少BOG的產(chǎn)生，通常利用兩種方法對(duì)低溫管道進(jìn)行保冷處理，即絕熱材料包覆法和真空管法，這兩種方法結(jié)構(gòu)如圖2、3所示[5]。
在上面兩種方法中，絕熱材料包覆結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工方法基本可靠，可執(zhí)行的規(guī)范主要有《設(shè)備及管道保冷技術(shù)通則》GB／Tll790、《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50264等，而對(duì)于真空管結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求和做法，目前還沒有可執(zhí)行的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范，真空管內(nèi)的真空度、真空的漏放氣速率、使用壽命還沒有明確要求。從目前LNG加氣站的運(yùn)行實(shí)際看，相當(dāng)多的LNG加氣站低溫管道采用了真窄管保冷法，由生產(chǎn)廠家配置。有的廠家的真空管制造質(zhì)量不高，導(dǎo)致真空度不高且漏放氣速率過快，有的甚至運(yùn)行數(shù)月即失效，外界環(huán)境熱量很快到達(dá)管道內(nèi)部，LNG遇熱快速氣化成蒸發(fā)氣體BOG。
(2)低溫卸車泵
目前LNG汽車加氣站多采用低溫泵卸車，對(duì)立式潛液泵而言其電機(jī)及泵體均浸沒于保冷外殼中，多為國外產(chǎn)品，有一定的保冷效果；但如果產(chǎn)品的制造質(zhì)量存在缺陷，保冷措施不到位，則LNG經(jīng)過泵體會(huì)吸收外界較多的熱量而形成BOG氣體。
3．2 LNG儲(chǔ)存環(huán)節(jié)
同前所述，LNG經(jīng)卸車工序后進(jìn)入儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。目前LNG汽車加氣站采用的儲(chǔ)罐多為真空粉末絕熱儲(chǔ)罐或高真空多層絕熱儲(chǔ)罐。這兩種儲(chǔ)罐雖然進(jìn)行了絕熱保冷處理，但外界熱量還是會(huì)進(jìn)入儲(chǔ)罐中，LNG吸收熱量后將蒸發(fā)氣化成BOG。為此國家制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。但實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行中有些生產(chǎn)廠家儲(chǔ)罐的真空度達(dá)不到要求或運(yùn)行不長時(shí)間就發(fā)生了夾層漏氣而造成真空度下降過快，使得BOG產(chǎn)生量過大。
3．3 LNG加氣環(huán)節(jié)
此環(huán)節(jié)中BOG的產(chǎn)生同卸車環(huán)節(jié)。
3．4 LNG組分的影響
通常LNG的沸點(diǎn)約為-l62℃，即常壓下LNC的儲(chǔ)存溫度為-162℃。由LNG的一般特性可知，LNG中重組分越多，其沸點(diǎn)越高，蒸氣壓越高，也就是說沸點(diǎn)高于-162℃的LNG重組分較多時(shí)，在LNG儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存壓力較高，溫度就高(相對(duì))，較長時(shí)間后儲(chǔ)存溫度、更高。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)卸入新的LNG時(shí)，則卸入的LNG進(jìn)入后被加熱，也增大了蒸發(fā)量。另外卸車時(shí)由于儲(chǔ)罐內(nèi)壓力高，為便于卸車有時(shí)也必須進(jìn)行天然氣的泄壓放散。
3．5 工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)
目前有些設(shè)計(jì)單位對(duì)LNG的性質(zhì)和技術(shù)掌握不全面，對(duì)LNG汽車加氣站的工藝設(shè)計(jì)不太理解，主要表現(xiàn)在：LNG輸送管道無謂過長；對(duì)儲(chǔ)罐和低溫管道夾層的真空度指標(biāo)提不出技術(shù)要求；對(duì)低溫管道絕熱材料的保冷設(shè)計(jì)過于籠統(tǒng)，保冷措施不明確等，這些也容易造成LNC的蒸發(fā)量增大，即產(chǎn)生較多的蒸發(fā)氣體BOG。
4 降低BOG產(chǎn)生量的對(duì)策
4．1 強(qiáng)化工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和合理工藝操作
(1)設(shè)計(jì)單位在對(duì)低溫工藝管道(特別是卸車、加氣液相管道)保冷設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)明確技術(shù)要求。應(yīng)用絕熱材料包覆法時(shí)應(yīng)明確絕熱材料的技術(shù)參數(shù)、保冷層的厚度及施工要求；利用真空管技術(shù)保冷時(shí)應(yīng)明確封結(jié)真空度的數(shù)值要求、真空的漏放氣速率及正常使用壽命(即保證正常真空度的使用周期)，如果是生產(chǎn)廠家直接供應(yīng)安裝真空管，則更應(yīng)提出詳細(xì)的技術(shù)要求，明確雙方的責(zé)任。低溫工藝管道保冷措施得當(dāng)，蒸發(fā)氣體量就會(huì)降低。在低溫管道的保冷設(shè)計(jì)方面，應(yīng)該對(duì)相關(guān)問題做進(jìn)一步研究和探討。
(2)設(shè)計(jì)文件應(yīng)對(duì)LNG儲(chǔ)罐提出明確的保冷指標(biāo)要求。不論是真空粉末絕熱儲(chǔ)罐還是高真空多層絕熱儲(chǔ)罐對(duì)保冷都應(yīng)有明確的要求，即某體積的儲(chǔ)罐都應(yīng)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的真空度和靜態(tài)蒸發(fā)率，超過這些數(shù)值指標(biāo)就達(dá)不到保冷效果，蒸發(fā)氣體產(chǎn)生量就會(huì)增加，應(yīng)及時(shí)抽真空處理或采取其他措施。綜合相關(guān)規(guī)范和工程實(shí)踐，提出儲(chǔ)罐的保冷指標(biāo)要求，儲(chǔ)罐的封結(jié)真空度指標(biāo)要求見表1，靜態(tài)蒸發(fā)率指標(biāo)(上限)要求見表2。
(3)加氣站設(shè)計(jì)時(shí)，在工藝上儲(chǔ)罐應(yīng)具有上進(jìn)液功能。在卸車操作時(shí)，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)LNG溫度比來氣高時(shí)，應(yīng)采取上進(jìn)液的方法，以降低罐內(nèi)LNG的溫度，從而降低罐內(nèi)氣相壓力，降低蒸發(fā)氣體量。
4．2 嚴(yán)格設(shè)備制造質(zhì)量
LNG加氣設(shè)備生產(chǎn)廠家應(yīng)加強(qiáng)自律，精益求精，不斷提高設(shè)備制造質(zhì)量，特別是LNG儲(chǔ)罐、卸加氣設(shè)備及相關(guān)低溫真空管道的制造更應(yīng)重視，應(yīng)保證達(dá)到最低保冷要求。建設(shè)單位與設(shè)備生產(chǎn)廠家簽訂購貨合同時(shí)應(yīng)同時(shí)簽訂技術(shù)協(xié)議，雙方按此協(xié)議制造及驗(yàn)收。
4．3 注意LNG組分的影響
用氣方在購進(jìn)LNG之前，應(yīng)索取供氣方LNG的組分參數(shù)，應(yīng)要求所供LNG的沸點(diǎn)盡量低，即飽和蒸氣壓盡量低，這樣LNG槽車到站卸車時(shí)，槽車儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力不會(huì)很高(與儲(chǔ)存時(shí)間也有關(guān)系)，LNG的溫度也不會(huì)很高，這樣槽車卸車時(shí)就很利于卸車且站內(nèi)儲(chǔ)罐蒸發(fā)氣體量也小。LNG汽車加氣站一般應(yīng)同定氣源點(diǎn)。
4．4 注重LNG汽車加氣站站址的選擇
由于LNG較CNG(壓縮天然氣)、LPG(液化石油氣)有其特殊性，決定了LNG汽車加氣站站址的選擇更應(yīng)慎重。除符合國家、行業(yè)相關(guān)規(guī)范規(guī)定外，應(yīng)盡量選擇在附近有天然氣管道的地方，該天然氣管道的設(shè)計(jì)壓力宜小于0.8MPa，運(yùn)行壓力宜小于0.6MPa。這樣，LNG在卸車及操作過程中產(chǎn)生的BOG，可及時(shí)泄入附近的天然氣管道中供周邊用戶使用，減少了天然氣的浪費(fèi)。如果附近天然氣管道的運(yùn)行壓力高于儲(chǔ)罐的最高運(yùn)行壓力，BOG是否進(jìn)入天然氣管道，應(yīng)經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析確定。因此LNG加氣站的站址選擇是一個(gè)重要的問題。
5 結(jié)語
從以往LNG汽車加氣站出現(xiàn)的問題看，加氣站的設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)營安全應(yīng)引起重視。南前述分析可知，如果加氣站存在相應(yīng)的技術(shù)、制造缺陷，操作不當(dāng)，蒸發(fā)氣體量BOG的產(chǎn)生量將過大，嚴(yán)重時(shí)可造成安全事故。因此，應(yīng)采取相應(yīng)措施，將BOG的產(chǎn)生量盡量控制在合理范圍內(nèi)，本文提出的相關(guān)觀點(diǎn)措施，值得同行高度重視。
