摘要： 文章就LNG槽车充装和运输过程中产生BOG情况进行分析，结合LNG接收站槽车充装和运输实践，探讨LNG槽车充装和运输过程中冷凝效应，减少充装和运输过程中BOG产生量，降低安全阀起跳风险，增加槽车充装和运输的安全性，通过理论和实践分析，得出如下结论：①槽车装车过程中产生的BOG能够被充装的LNG冷凝；②在一定储存时间内，LNG温度、压力会逐步升高；③可以利用LNG再冷凝的性质开展安全生产，实现节能减排。
关键词：LNG 槽车充装 槽车运输 冷凝效应
Discussion and Application of Condensation Effect in LNG Tank Car Filling and Transportation
TONG Wen-long，ZHANG Rui-ji
（Guangdong Zhuhai Golden Bay LNG Ltd，Guangdong Zhuhai 519001）
Abstract：Based on the analysis of the BOG produced during the filling and transportation of LNG tanker，combining with the filling and transportation practice of LNG receiving station tanker，this paper discusses the condensation effect in the filling and transportation process of LNG tanker，reduces the BOG production in the filling and transportation process，reduces the risk of safety valve takeoff，and increases the safety of tanker filling and transportation.Through theoretical and practical analysis，the following conclusions are drawn：1.BOG produced in the process of vehicle loading can be condensed by LNG filling；（2）LNG temperature and pressure will gradually increase within a certain storage time；（3）safety production can be carried out by using the nature of LNG re-condensation to achieve energy saving and emission reduction.
Keywords：LNG；Filling；transportation；recondensation
1 研究背景
目前国内液态天然气的运输主要有两种方式：第一种是利用船舶进行运输；第二种是利用公路进行运输。船舶运输主要用于国际贸易，目前国家正开展内江内河LNG船舶运输前期研究试点工作；道路运输发展比较成熟，灵活性比较好，但批量小，辐射半径较短，目前国内正开展铁路槽车运输和集装箱槽车运输相关试点工作[1]。2017年国内冬季保供北方天然气紧缺，调峰保供压力巨大，南气北输是保供调峰的主力，LNG槽车的应用减缓北方局部地方的气荒压力，但长距离运输及长期储存对LNG槽车作业带来较大风险，通过对LNG性质的研究与分析，研究LNG槽车充装和运输过程中LNG的冷凝效应，提前采取安全措施降低风险，确保槽车LNG运输的安全。
2 LNG槽车充装及运输过程描述
近年来国内LNG槽车应用得到快速发展，目前槽车容积主要有45m3、51m3、55m3 等几种规格，LNG槽车是通过槽罐将LNG从液化厂或接收站转运至下游用户，传统方法槽车在装车过程中，LNG经装车臂进入槽车储罐，产生的BOG返回液化厂或接收站系统[2-3]。如图1所示。一般情况下装车前控制槽车压力0.25 MPa以下，装车结束时槽车内压力约为0.11MPa（与BOG系统压力相同）；运输过程中因漏热槽车内LNG温度和压力不断升高，当超过LNG槽车储罐最大安全压力时（一般情况设定为0.75 MPa），安全阀将起跳泄压；LNG槽车转运至目的地后连接卸料管线通过压差将槽车内LNG输送至下游用户低温储罐[4]。
图1：LNG槽车充装示意图
3 LNG槽车充装及运输过程再冷凝效应研究
3.1 LNG槽车充装及运输过程中冷量分析
根据LNG低温物理性质查看LNG熵、焓图如下图2所示，在一定压力下LNG存在过冷度，处于过冷状态的LNG有大量冷量可利用，若利用这部分冷量来冷凝回收BOG，能有效降低槽车充装和运输过程中BOG超压风险。一般情况下接收站槽车充装前LNG温度为-156℃，槽车储罐压力低于0.25MPa，假设槽车达到卸货地槽车储罐压力为0.4MPa，计算该过程中处于过冷状态的LNG可吸收的BOG量[5-8]。
图2：LNG压力、焓、熵、温度三相图
根据LNG熵焓温度图通过查表，得出以下参数
（1）：-120℃，0.25MPa，对应的LNG焓为h1=676.87KJ/kg；
（2）：-160℃，0.4MPa，对应的LNG焓为h4=69.78KJ/kg；
（3）：-145℃，0.4MPa，对应的LNG焓为h5=127.93 KJ/kg；
由此我们可以算出：
①-160℃，0.4MPa状态下的LNG过冷焓为Δh1=h3-h2=58.15 KJ/kg；
②-120℃，0.25MPa状态下的BOG冷凝后变为-145℃，0.4MPa的LNG，所需要的焓为：
Δh2=h1-h3=548.94 KJ/kg；
③-160℃，0.4MPa状态下的LNG冷凝-120℃，0.4MPa的 BOG 
=Δh1/Δh2=0.106。即一辆充装20吨LNG的槽车可在0.4MPa状态下可冷却-120℃的BOG约2.1吨；
3.2 LNG槽车充装再冷凝效应研究
3.2.1 LNG槽车充装再冷凝效应讨论
按照原设计，槽车装车时，装车臂的气液相管线均与槽车连通，装车前先对槽车储罐卸压至0.25 MPa，LNG以450kg/min的速度通过顶部进液的方式对槽车罐进行充装如下图3所示，充装初期由于槽车内部温度差进入槽车的LNG会快速气化，槽车罐压力升高，槽罐内部气液平衡状态不断打破，随着压力升高充装的LNG过冷度不断增加，降低槽罐内部降温，当LNG过冷量大于槽罐内部BOG冷凝焓值时，槽罐BOG被冷凝液化，新的气液动态平衡建立，槽车压力逐步降低。
图3 槽车内部结构和装车流程示意图
设定LNG槽车充装前的条件：
槽罐压力P1=0.25MPa，温度T1=-120℃，槽罐体积V1=55m3；充装LNG进液温度T2=-156℃，LNG进液压力可达到0.7 MPa，槽车平均充装量M1=21t/辆。按照3.1条件通过LNG 的P-H相图，查得装车前槽罐内BOG的物化参数：
① BOG的比容V2=2.5ft3/lb=2.5*0.062m³/kg
② BOG的焓 H1= 290Btu/lb=674.54KJ/kg
计算BOG的质量M2= V1/ V′=352.564 kg
按式3.1中计算方式，在充装过程中达到冷凝要求的LNG量M=M2/0.106=3326.56kg；计算得出充装后t=M/V=3326.56kg/450kg/min=7.4min槽罐压力开始下降。
3.2.2充装过程中再冷凝效应实践
珠海LNG在2018年3月对10辆槽车装车过程中进行研究与分析，分析槽车充装过程中LNG-BOG建立动态平衡关系，利用LNG过冷量冷凝装车过程中产生的BOG，相关统计数据如下表1。
表1 槽车充装压力质量时间统计表
图4 槽车充装期间压力时间变化曲线
通过现场实践测试发现，槽车在充装初期0到7分钟内压力上涨，7到8分钟维持基本稳定，在8分钟到34分钟内压力下降，直至充装完成压力保证稳定，如图4所示，通过比较实践情况与3.1中理论计算基本相符，装车过程中过冷的LNG可以将产生的BOG冷凝。
3.3 槽车运输过程冷凝效应
3.3.1 槽车运输过程冷凝效应分析
通常槽车槽罐罐壁是双层真空保温结构，一般槽车日蒸发率约为0.45%，按照3.1方式理论计算，因槽车漏热导致LNG气液平衡发生变化，车内LNG温度缓慢上升高，压力升高，槽车在行驶状态下，车内的LNG处于波动状态，在防波板的作用下LNG与BOG充分接触，能将产生的部分BOG冷凝[9]。通常情况下槽车充装完成后压力为0.1 Mpa，通过计算满载LNG的槽罐单日压力上升约0.026 Mpa，达到0.75 Mpa，需要20.3天，设定槽车以70km/h的速度行驶7天可覆盖10000km的运输范围，可认为罐压升高对槽车运输有效覆盖范围没有影响。
3.3.2 槽车运输过程冷凝效应实测情况
利用两辆检查和抽真空的槽罐进行测试和研究如表2，两辆车为同一车型，均一个月没有装过车，罐体容积为55.6立方米，槽车充装完成后，出厂压力均在0.15Mpa以下，出于安全因素考虑，本次测试限制槽车压力不超过4.5bar，测试具体情况如下表2及图5。
表2 满载槽罐蒸发率测试情况表
图5 槽车储罐压力时间曲线对比
通过理论分析和实践对比，可以得出随着储存时间延长的LNG槽罐压力会逐步增加，槽罐内LNG在运输途中有足够冷量中冷凝运输过程中的BOG；在一定时间和运输距离内槽车安全阀不会起跳，通过定期开展槽罐保冷检查确保运输质量。
4 结论
在槽车充装和运输过程中，可以充分利用LNG性质，在不同工况下选择最适合的装车方法，槽车装车过程中产生的BOG能够被充装的LNG冷凝；在一定储存时间内，LNG温度、压力会逐步升高；在一定时间和运输距离内一般情况下槽车安全阀不会起跳。
参考文献：
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作者简介：童文龙（1983-），男，湖北黄冈人，工程师，学士，主要从事液化天然气接收站项目运营管理和项目建设工作。
论文作者:童文龙, 张瑞吉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/3
标签：槽车论文; 压力论文; 过程中论文; 过冷论文; 接收站论文; 效应论文; 天然气论文; 《基层建设》2019年第10期论文;