1 概述
天然气作为一种清洁高效的能源, 在我国城市发展进程及城市节能减排中发挥越来越重的作用, 除了在居民、工业及商业方面的显著应用, 作为汽车燃料的压缩天然气 (以下称“CNG”) 及液化天然气 (以下称“LNG”) 也是城市发展清洁能源汽车、降低尾气排放, 发展低碳生活的有效途径途径之一。其中LNG因其安全性高、经济性强、环境负效应小、储能密度高等优势广泛应用于城市公交、物流车辆、重卡等, 与之配套的LNG加气站也同步迅猛发展。
厦门华润燃气有限公司 (以下称“厦门公司”) 从2009年开始建设福建省第一座CNG加气站起, 至目前已建成十座加气站。本文所指多功能加气站指同一座站内含两种以上的加气工艺 (LNG、CNG、L-CNG) 。本文以厦门公司乐海路加气站为例, 对该站的BOG工艺设计提出优化方案。
2 多功能合建加气站优点
2.1 LNG可以作为CNG的备用气源
CNG常规加气站从城市管道取气, 在管道气用气高峰时会造成加气站供气压力降低, 影响CNG汽车加气速度, 造成汽车排长队;在管道停气的状况下CNG加气站也会停气。CNG常规加气站以LNG做备用气源, 利用L-CNG工艺是可行的缓解供气不足或断供的措施。
2.2 LNG可作为CNG的补充气源
多功能加气站在运营过程中可比较CNG和LNG的进气价格, 通过分析经济性可选用CNG或者用L-CNG工艺出售CNG, 节省运营成本, 提高利润。
2.3 BOG可多渠道回收
LNG产生的BOG气体经过气化、计量、调压进入CNG压缩机, 减少放散, 节约成本。本文提出两种BOG的回收工艺。
3 多功能加气站的工艺设计
3.1 合建站规模及主要设备
合建站规模:CNG加气能力20000Nm3/d, LNG加气能力20000Nm3/d。该站为CNG、LNG、L-CNG天然气复合加气站。设备主要有压缩机2台, LNG、L-CNG加气撬各1套, 脱水装置1台, 储气瓶组1套, 双枪CNG售气机四台, 双枪LNG售气机两台, 60m3LNG储罐1台。
3.2 工艺流程
CNG加气工艺流程:天然气通过管道输送至加气站内 (压力约为0.3MPa) , 经调压计量后进入缓冲罐, 然后再进入压缩机进行压缩处理 (压力为25MPa) , 压缩后的高压天然气进入干燥器脱水处理, 脱水后干燥天然气经顺序控制盘向储气瓶组或加气机充气。
LNG加气工艺流程:LNG由槽车运至加气站, 通过潜液泵卸至LNG储罐。当加气时, 开启潜液泵将压力升至1.45MPa后送至加液机。站内产生的BOG通过回收工艺进入中压管道, EAG气体通过放散装置放散。
4 LNG加气区BOG量计算
LNG部分设备的日蒸发率如下:LNG槽车为0.3%, LNG储罐为0.3%, 潜液泵为0.15%, 加液机为0.15%。
LNG加气区日加气量为20000m3/d, 60m3的LNG储罐储存时间为6d, 50m3的LNG槽车每6日往返运输1次。从该站2015年1月开始的运行数据统计, LNG加气区日产生的BOG量约为380m3/d, 其中自然传热产生的BOG约为108m3/d, 卸车产生的BOG约为187.2m3。按CNG进气价格3.08元/m3计算, 每日可增加经济效益1170元。
4.1 外界环境热量侵入产生的BOG体积
在实际工程中, 根据经验值计算BOG的体积:
式中:V1为储罐因外界环境热量侵入产生的BOG体积, m3/d;ζ为储罐日蒸发率, 0.3%/d;Vε为储罐实际储存LNG的体积, m3;600为LNG气化成气态的体积放大倍数。
4.2 卸车产生的BOG体积:
式中:V2为卸车产生的BOG体积, m3;V为槽车容积, 52m3;ε为储罐充装系数, 0.9;P2为LNG卸车结束时槽车内气体压力, 0.8MPa;P1为将槽车内BOG气体卸完槽车内气体压力, 0.4MPa。
5 BOG回收工艺方案
5.1 厦门公司LNG产生的BOG回收工艺有两种方案
方案1
LNG气化产生的BOG气体经加热器加热后通过调压 (调压至0.32MPa) 计量进入缓冲罐, 直接进入压缩机压缩进入CNG储罐/加气。
方案2
LNG气化产生的BOG气体经加热器加热后通过调压 (调压至0.32MPa) 计量直接进入城市中压管网。
5.2 方案比较
两种方案所用设备相同, 不同之处在于方案2需增加一段BOG用碳钢管 (约10米) 。方案1的设计考虑BOG气体直接进入缓冲罐, 未考虑到市政管线停气或压缩机检修停机的情况, 在此情况下BOG气体将无法排放。方案2 BOG气体直接进入中压管网, 方便站内设备检修, 也使BOG气体及时回收。但在管线设计时需在BOG气体进入中压管网前设置温度变送器, 如果遇到温度低于10°C需及时停机或将阀门开度减小, 以免低温气体造成中压钢管的冷裂, 确保管网稳定运行。BOG的回收也有效降低了厦门公司加气站的供销差率指标。
6 LNG配套低温设备和工艺选择
LNG低温储罐是LNG系统的存储设备, 储罐的主要指标为绝热方式和真空度。储罐应为双层绝热结构, 填充珠光砂粉末250mm厚, 抽真空绝热保冷, 真空度≤5Pa。同时在储罐底部工艺管线布置时需杜绝任何的U形弯, 以免影响储罐排液。LNG加气站厦门公司也是第一次建站, 在建站中储罐底部形成U形弯, 后续调试时造成气堵, 无法正常出液, 因此建议在LNG设计、建设过程中需注意管道布局。泵的设置需满足吸入压头要求减少气蚀和BOG气体的产生, 在LNG储罐、潜液泵和加液机间还需特别注意控制LNG工艺管线长度, 减少气化量, 同时建议LNG工艺管道的保冷选用真空管道效果更好。鉴于LNG的低温性能, 在LNG加气站建设过程中建议LNG部分全部工艺管道 (含BOG管道和放散管等可能和低温液体/气体接触部分) 全部采用不锈钢管, 防止管道冷裂。
7 结语
LNG是低温流体, 尽管LNG加气设备有良好的绝热措施, 但是在储存和操作的过程中, 不可避免地会产生一定数量的BOG气体。BOG本身就是一种非常洁净的燃料, 排放到空气中不仅造成无谓的浪费, 而且可燃气体排放到空气中, 具有潜在的危险。从计算结果来看, 卸车产生的BOG量最多, 因此对此部分BOG的回收利用也是加气站运营考虑的重点。BOG的利用是每个LNG站不可忽视的问题, 鉴于多功能加气站的优点, 建议在选择建设LNG加气站时和CNG加气站合建, 避免BOG气体排放的浪费。同时在BOG回收时还需特别注意回收口的具体位置, 方便加气站运行。
摘要：分析厦门公司多功能合建加气站BOG回收工艺的方案设计, 从技术可行性和必要性方面对BOG工艺进行优化, 并对LNG站的建设提出建议。
关键词：多功能加气站,BOG,工艺,优化