摘要：由于LNG（液化天然气）汽车加气站工艺限制及运营特点，使得站场运营过程中存在BOG（蒸发气）无法回收的问题，既影响站场运行的经济性，也对环境造成一定的影响。本文主要针对LNG汽车加气站工艺，分析了BOG气体产生的原因及理想状态下LNG站场产生的BOG量，并结合BOG气体的不同回收方式及LNG站实际运行情况进行了工艺研究和经济效果分析，指出适合LNG汽车加气站的BOG回收工艺。
关键词：LNG汽车加气站；BOG气体回收工艺；经济效果分析
前言：
LNG汽车作为国家清洁能源用车，近年来取得了突飞猛进的发展，LNG汽车加气站的建设也如雨后春笋般的大面积建设，但其突出的能源问题，如BOG的回收困扰了很多LNG加气站的运行。
1 LNG汽车加气站BOG系统分析
LNG汽车加气站的工艺流程分为卸车流程、调压流程、加气流程及卸压流程4个步骤。在LNG汽车加气站运行过程中，在卸车流程、调压流程和加气流程均会产生一定量的BOG气体，通常情况下除LNG泵池预冷的BOG和给车辆加气时LNG瓶中的余气通过回气管道返回LNG低温储罐部分再液化外，LNG加气站工艺系统所产生的BOG气体一般通过放散管排放。当然也可通过其它回收工艺进行回收。在LNG加气站运行过程中产生的BOG气体主要有三个来源：加气站系统正常漏热而产生的BOG；系统预冷所产生的BOG；LNG汽车的燃料气瓶内由于压力过高，向储罐系统泄放的BOG，后面两种情况产生的BOG数量占主要部分。这部分气体通常通过站内的放空管排放。因BOG气量计算过程涉及工况繁多，故在估算时通常将工艺流程划分为储罐蒸发、管道吸热、储罐闪蒸、泵做工等不同的单元，分别对各流程进行蒸发气量的估算。LNG汽车加气站内BOG的产生主要为储罐蒸发和卸车作业产生的BOG，以太仓市某建成运营的LNG加气站为例进行BOG气量估算，站内设置60m3LNG低温储罐1具，根据厂家提供的资料，储罐的日蒸发量最大为满罐容量的0.19%，站内LNG管道长度为80m，管道保温层厚度为100mm，管径为57mm。储罐的日蒸发量可根据厂家提供的最大日蒸发率计算。站内储罐小时蒸发气量为：M1=0.19%NTρVT/24=2.07kg/h，按卸车时的BOG产生量为约967kg。按每三天储罐进液一次，则每次进液后产生的BOG量约为1116kg。根据太仓市某建成运营的LNG加气站的现场统计资料，站场每次储罐进液后BOG放散量约600～1200kg，每年放散量约39000kg。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在给储罐调压及系统预冷的过程中，大量的热量进入到LNG系统以后，使系统内的LNG温度和压力均升高，产生一部分的BOG气体，这部分气化了的气体如不及时排出，储罐压力会越来越大，当储罐压力大于设定值时，需要释放储罐中的气体，降低压力，保证储罐安全。从能量利用和安全的角度分析，主要有以下几种处理方式：将BOG气体沿回气管路返回LNG储罐进行液化，既可达到预冷潜液泵泵池的目的，又可回收BOG气体和对储罐进行压力调节。将生成的BOG气体通过再液化装置液化成LNG输出。将生成的BOG气体直接气化后经调压计量输入城市管网。通过站内放空管道放空掉。
2 BOG回收处理技术
再液化工艺是指将需要液化的BOG作制冷剂，采用单级压缩，单级膨胀加节流的制冷方法，使BOG达到液化的目的。当系统压力达到设计的控制值时，BOG再液化装置自动启动，把系统内多余的BOG液化一部分，使系统内的温度和压力下降，当系统压力降低到要求值时，再液化装置自动停机。具体流程如图2示：储罐中的BOG经过换热器回收冷量后进入压缩机，高压高温的天然气先经过空冷器冷却，然后再换热器中进一步被冷却而液化，之后节流到低压后进行气液分离，分离气体返回换热器复热到常温后回到压缩机，分离出的液体一部分由LNG加气站的LNG低温泵抽回LNG储罐，另外一部分则进入换热器提供冷量后回到压缩机形成循环。直接气化后外输工艺是指LNG储罐的BOG气体通过EAG加热器气化后经稳压到城市燃气管网输气压力后，再经计量进入城市燃气管网。在EAG加热器后增加调压计量橇，对放空的气体进行调压、计量后输送至城市管网。储罐及LNG系统的BOG气体进人城市管网，当站场出现事故时，系统安全阀开启，放空站内多余气体，保证整个站场安全。相对于直接气化调压后外输工艺而言，再液化工艺将BOG加压过程分为两个阶段，第一阶段由压缩机加压，第二阶段通过空冷器后进入换热器进行冷却最终液化，后经分离器分离后一部分液体回到LNG储罐，此工艺需要增加再冷凝器和压缩机，工艺比较复杂，而且需要电能耗。直接气化调压工艺则工艺流程相对简单，可采用空温式BOG加热器进行气化，无需电消耗，比较节能。但需要注意的是，如果环境温度较低的时候，BOG加热器出口温度会偏低，对调压设备的选择就需要考虑低温方面的影响因素。
3 BOG回收的经济效果
本文中再液化设备采用上海安恩吉新能源技术有限公司小型橇装BOG再液化装置进行分析，小型橇装BOG再液化装置含压缩机、空冷器、换热器及气液分离器及配套管线等，前期投资约100万元。直接气化后外输工艺设备采用成都华气厚普机电设备股份有限公司设备进行分析，直接气化外输工艺设备主要包括BOG加热器1台，流量计1台，调压器1台，配套阀门及管线若干，前期投资约10万元。年销售利润均为负值，是因为BOG气体回收主要考虑减少损失。由于再液化工艺前期投资和耗电费用高，其他维护运营费用也比较高，虽然年销售收入可达6.24万元，但综合考虑各项费用后，按15年使用年限计算，则相对于放空而言每年可节约损失4.34万元。直接气化后外输工艺前期投资和运营费用小，无需电消耗，但因其城市燃气管网输气价格比LNG进气价格低，相对于放空而言其主要损失为销售差价损失，按15年使用年限计算，考虑前期投资和运行费用后，每年可相对节约投资8.47万元。显而易见，直接气化后外输工艺年节约损失最多。综上所述，针对不同的BOG处理工艺，从经济效果角度分析，三种BOG回收工艺均无收益，是需要考虑那种工艺造成的年损失量更少。BOG气体放空无前期投资和能耗，但放空的损耗大，环境污染影响大，但对于站场面积小，环境影响范围小且周转率高的站场可采取此种方式。
结束语：
再液化工艺能耗和前期投资都很高，且设备占地面积大，但分离后的液体进入LNG储罐，减少放散气量，环境影响小，且对城网建设没有要求。适用于环境要求极高，但附近没有城市燃气管网和燃气需求的LNG站场。直接气化调压后外输工艺前期投资小，后期运行能耗低，设备占地面积较小，对环境的影响较小，适用于站外有城市配套燃气管网，且燃气管网运行压力为中压的LNG站场。一般城网燃气售价低于LNG进气价格，但相对于BOG气体放空来说经济效果还是比较可观，每年可节约约13万左右，是值得推荐的一种BOG回收工艺。
参考文献：
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论文作者:谭朝尹
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/19
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