目前我國天然氣事業進入了大發展的時期,隨著天然氣需求量的增加,液化天然氣(LNG)氣化站不僅為城市(特別是無管道天然氣或將LNG作為過渡氣源的城市)發展天然氣提供一種新的模式,而且可以在管道天然氣到來時作為一種有效的調峰手段。因此,在資源充足的前提下,發展LNG供氣是促進城市燃氣化的有效途徑之一。
查閱以往LNG氣化站的工藝設計資料,筆者發現,目前國內運行及在建的LNG氣化站中,一部分設置了BOG(Boil Off Gas,低溫儲罐內自然蒸發的氣體)儲罐,其余的并沒有設置。本文通過分析BOG儲罐的設置方式及儲氣能力,探討BOG儲罐有無設置的必要性。
1 國內LNG氣化站中BOG儲罐的設置情況
劉新領在文獻[1~3]中討論了某燃氣公司的LNG氣化站的工藝流程,用到了BOG儲罐。鄭依秋在文獻[4]中分析了LNG儲罐的壓力控制原理,在氣化站的主要設施及造價分析中,為總儲量為200m3的LNG氣化站配備了2臺20 m3的BOG儲罐,為總儲量為400 m3的LNG氣化站配備了2臺50m3的BOG儲罐。
吳創明在文獻[5、6]中探討了LNG氣化站工藝流程設計中的關鍵問題,在其所舉例的LNG氣化站流程中,未顯示BOG儲罐的存在。文中對BOG儲罐的設置做了說明:對于調峰型LNG供氣站,為回收非調峰期槽車卸氣后的余氣和儲罐中的BOG,或為了使天然氣混氣站均勻混氣,常在BOG加熱器出口增設BOG儲罐,其容量按回收槽車的余氣量計算。
劉江、張昌偉在文獻[7]中討論了LNG氣化站的工藝流程,該流程中未設置BOG儲罐。在作者參與的某市LNG氣化站的工程設計中,也未采用BOG儲罐。
2 BOG儲罐的設置方式、作用及必要性
在LNG氣化站的工藝設計中,為了防止熱泄漏引起罐內壓力升高,LNG儲罐采用釋放罐內氣體的方法控制壓力。如圖l所示,在LNG儲罐的氣相管道上設置BOG減壓閥,當LNG儲罐內壓力升高到設定值時,減壓閥緩慢打開,將LNG儲罐內氣體釋放;當壓力降回到設定值以下時,減壓閥自動關閉。釋放出的氣體一般不排人大氣,后續的工藝會將其回收利用。
綜合文獻[1~4],在LNG氣化站中BOG儲罐的設置見圖2。LNG儲罐的BOG出口經過BOG減壓閥后連接到BOG加熱器,卸完液態天然氣后槽車內剩余的氣態天然氣也通過管道進入BOG加熱器。這些氣體經BOG加熱器加熱后進入BOG儲罐,以期能被臨時儲存。BOG儲罐的出口連接到空溫式氣化器和向城市供氣的供氣調壓器之間。
由圖2可見,如果閥門V.未被設置或處于常開狀態,則BOG儲罐起不到儲存氣體的作用。該BOG儲罐出口連接到空溫式氣化器與供氣調壓器之間, BOG儲罐內的壓力與調壓器前的壓力P,相等。所有的定容儲罐要儲存氣體,必須依靠罐內壓力的變化才能實現,如天然氣儲備站中的高壓球罐。該流程中BOG儲罐自身壓力不能改變,不具備儲氣能力,因而實現不了儲存BOG的設計初衷。是否設置BOG儲罐,對LNG儲罐及汽車槽車BOG的排出并沒有影響。
要實現BOG儲罐的儲氣功能,可在BOG儲罐儲氣時,將閥門V。關閉,在BOG儲罐泄放氣體時,將此閥門打開,則此BOG儲罐可儲存一定量的氣體。如圖2所示,如果LNG儲罐的BOG減壓閥的設定啟動壓力為p。,正在工作的LNG儲罐(與正在泄放BOG的儲罐應該不是同一儲罐)內氣體的工作壓力為p:,閥門V。下游的壓力(供氣調壓器之前的壓力)為p3,供氣調壓器的出口設定壓力(城市管網的供氣壓力)為p3,大氣壓力為p0,儲罐的容積為V,忽略BOG儲罐內的溫度對其儲氣量的影響,則BOG儲罐可儲存的標準狀態下的BOG氣體體積為比供氣調壓器前的壓力p2應該介于p4和p4之間。LNG氣化站的氣化量與城市天然氣需求量接近時,p3應與p4很接近,如果LNG氣化站的氣化量遠大于城市天然氣需求量,則p3與P2接近。BOG儲罐的儲氣量介之間。
選擇LNG氣化站一組典型運行參數為例,LNG儲罐供氣時的工作壓力p2=0.5 MPa,BOG減壓閥的設定啟動壓力p1=0.6 MPa,城市燃氣管網的供氣壓力p4=0.4 MPa,視LNG氣化站的工作狀況不同,供氣調壓器前的壓力p,應該介于0.4 MPa與0.5 MPa之間,則該BOG儲罐所能儲存的標準狀態下的BOG體積為其容積的1~2倍。
從BOG的排放途徑考慮,LNG儲罐的日蒸發率不大于0.3%,卸完液態天然氣后,汽車槽車內氣態天然氣的實際體積不超過40 m。14j],稍具規模的城鎮燃氣管網,在任何時候都能夠接收LNG氣化站內LNG儲罐及汽車槽車內的BOG的排放,所以LNc氣化站沒有必要考慮ABOG的儲存。
3 結論
(1) 目前LNG氣化站內設置的BOG儲罐,如果其出口未設置閥門或設置的閥門常開, 則不能 起到儲存BOG的作用。
(2) 如果在BOG儲罐出口設置閥門,通過操作該閥門可使BOG儲罐儲存少量的天然氣,儲氣量與BOG儲罐的容積、LNG儲罐的工作壓力、LNG儲罐氣相管道上BOG減壓閥的設定啟動壓力及城市燃氣管網的供氣壓力有關。
稍具規模的城市燃氣管網的水力工況能接受LNG氣化站BOG的排放,在氣化站內設置儲氣設施沒有必要。