1 問題的提出
液化天然氣(以下簡稱LNG)供氣技術自2001年引入中國以來[1]，極大地促進了天然氣產業的發展，從上游LNG的生產與液化，到LNG的運輸，再到下游LNG的儲存、氣化供氣，這一產業鏈日趨完善。以下游的城鎮燃氣為例，LNG氣化后不但能供應城鎮居民、公福及工業用戶用氣，而且還能用作汽車動力源。自從LNG汽車試點至今，建設了相當的LNG汽車加氣站，這些多數為中海油、新疆廣匯等建設，所使用的LNG氣源較為固定。為促進這項產業的發展，規范LNG汽車加氣站的建設，國家相繼頒布了相關規范標準[2-3]。近段時間來，各地相繼開工建設了多座LNG汽車加氣站，不少加氣站由于種種原因，在投用后LNG蒸發氣體(BOC)的產生量過大，導致LNG儲罐壓力上升過快，不得不進行放散，這樣不但在加氣站周邊形成可燃氣體危險空間，同時也造成了資源的浪費及環境污染，加氣站的效益受到影響。本文運用相關理論并結合工程實際，對LNG汽車加氣站蒸發氣體(BOG)產生量過大的問題進行分析，同時提出相應的解決方案。
2 蒸發氣體(BOG)產生的原因及危險性
2．1 蒸發氣體(BOG)產生的原因
在正常儲運過程中能不斷產生蒸發氣體，是LNG的重要特性之一[4]。眾所周知，LNG的沸點約為-l62℃(以組分定)，為深冷狀態。為保證正常儲運，所需的LNG儲罐設計為雙層結構，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，在儲運時外界的熱量還會傳導至儲罐內層，LNG在接收這些熱量后將導致一些液體蒸發為氣體，即蒸發氣體(BOC，boil off gas)。蒸發時，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 蒸發氣體(BOG)的危險性
儲罐(或低溫管道)內的LNG產生BOG后，會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)時通常BOG的密度比空氣大，在泄放點周圍一定區域內會形成“霧團”。此時對附近工作人員能造成冷灼傷和窒息的危害。如果儲罐(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。
3 LNG汽車加氣站中產乍蒸發氣體(BOG)的環節及分析
LNC汽車加氣站具有卸車、儲存、增壓、加氣等工藝過程，南此形成了相應的T藝流程，見圖l。
在上述工藝流程中，涉及到產生BOG的環節主要是LNG槽車到站后的卸車、LNG在儲罐內的儲存及LNG的加氣等工藝過程。
3．1 LNG卸車環節
(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槽車內LNG增壓后將LNG卸入儲罐內。不論采用哪種方法，LNG必須通過低溫管道進行輸送，在輸送過程中，LNG將吸收外界環境熱量而氣化，產生BOG。為了減少BOG的產生，通常利用兩種方法對低溫管道進行保冷處理，即絕熱材料包覆法和真空管法，這兩種方法結構如圖2、3所示[5]。
在上面兩種方法中，絕熱材料包覆結構的設計與施工方法基本可靠，可執行的規范主要有《設備及管道保冷技術通則》GB／Tll790、《工業設備及管道絕熱工程設計規范》GB50264等，而對于真空管結構的技術要求和做法，目前還沒有可執行的設計、施工規范，真空管內的真空度、真空的漏放氣速率、使用壽命還沒有明確要求。從目前LNG加氣站的運行實際看，相當多的LNG加氣站低溫管道采用了真窄管保冷法，由生產廠家配置。有的廠家的真空管制造質量不高，導致真空度不高且漏放氣速率過快，有的甚至運行數月即失效，外界環境熱量很快到達管道內部，LNG遇熱快速氣化成蒸發氣體BOG。
(2)低溫卸車泵
目前LNG汽車加氣站多采用低溫泵卸車，對立式潛液泵而言其電機及泵體均浸沒于保冷外殼中，多為國外產品，有一定的保冷效果；但如果產品的制造質量存在缺陷，保冷措施不到位，則LNG經過泵體會吸收外界較多的熱量而形成BOG氣體。
3．2 LNG儲存環節
同前所述，LNG經卸車工序后進入儲罐儲存。目前LNG汽車加氣站采用的儲罐多為真空粉末絕熱儲罐或高真空多層絕熱儲罐。這兩種儲罐雖然進行了絕熱保冷處理，但外界熱量還是會進入儲罐中，LNG吸收熱量后將蒸發氣化成BOG。為此國家制定相關標準進行規范。但實際項目運行中有些生產廠家儲罐的真空度達不到要求或運行不長時間就發生了夾層漏氣而造成真空度下降過快，使得BOG產生量過大。
3．3 LNG加氣環節
此環節中BOG的產生同卸車環節。
3．4 LNG組分的影響
通常LNG的沸點約為-l62℃，即常壓下LNC的儲存溫度為-162℃。由LNG的一般特性可知，LNG中重組分越多，其沸點越高，蒸氣壓越高，也就是說沸點高于-162℃的LNG重組分較多時，在LNG儲罐內儲存壓力較高，溫度就高(相對)，較長時間后儲存溫度、更高。當儲罐內卸入新的LNG時，則卸入的LNG進入后被加熱，也增大了蒸發量。另外卸車時由于儲罐內壓力高，為便于卸車有時也必須進行天然氣的泄壓放散。
3．5 工藝設計環節
目前有些設計單位對LNG的性質和技術掌握不全面，對LNG汽車加氣站的工藝設計不太理解，主要表現在：LNG輸送管道無謂過長；對儲罐和低溫管道夾層的真空度指標提不出技術要求；對低溫管道絕熱材料的保冷設計過于籠統，保冷措施不明確等，這些也容易造成LNC的蒸發量增大，即產生較多的蒸發氣體BOG。
4 降低BOG產生量的對策
4．1 強化工程設計質量和合理工藝操作
(1)設計單位在對低溫工藝管道(特別是卸車、加氣液相管道)保冷設計時應明確技術要求。應用絕熱材料包覆法時應明確絕熱材料的技術參數、保冷層的厚度及施工要求；利用真空管技術保冷時應明確封結真空度的數值要求、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)，如果是生產廠家直接供應安裝真空管，則更應提出詳細的技術要求，明確雙方的責任。低溫工藝管道保冷措施得當，蒸發氣體量就會降低。在低溫管道的保冷設計方面，應該對相關問題做進一步研究和探討。
(2)設計文件應對LNG儲罐提出明確的保冷指標要求。不論是真空粉末絕熱儲罐還是高真空多層絕熱儲罐對保冷都應有明確的要求，即某體積的儲罐都應對應相應的真空度和靜態蒸發率，超過這些數值指標就達不到保冷效果，蒸發氣體產生量就會增加，應及時抽真空處理或采取其他措施。綜合相關規范和工程實踐，提出儲罐的保冷指標要求，儲罐的封結真空度指標要求見表1，靜態蒸發率指標(上限)要求見表2。
(3)加氣站設計時，在工藝上儲罐應具有上進液功能。在卸車操作時，當儲罐內LNG溫度比來氣高時，應采取上進液的方法，以降低罐內LNG的溫度，從而降低罐內氣相壓力，降低蒸發氣體量。
4．2 嚴格設備制造質量
LNG加氣設備生產廠家應加強自律，精益求精，不斷提高設備制造質量，特別是LNG儲罐、卸加氣設備及相關低溫真空管道的制造更應重視，應保證達到最低保冷要求。建設單位與設備生產廠家簽訂購貨合同時應同時簽訂技術協議，雙方按此協議制造及驗收。
4．3 注意LNG組分的影響
用氣方在購進LNG之前，應索取供氣方LNG的組分參數，應要求所供LNG的沸點盡量低，即飽和蒸氣壓盡量低，這樣LNG槽車到站卸車時，槽車儲罐內的壓力不會很高(與儲存時間也有關系)，LNG的溫度也不會很高，這樣槽車卸車時就很利于卸車且站內儲罐蒸發氣體量也小。LNG汽車加氣站一般應同定氣源點。
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慎重。除符合國家、行業相關規范規定外，應盡量選擇在附近有天然氣管道的地方，該天然氣管道的設計壓力宜小于0.8MPa，運行壓力宜小于0.6MPa。這樣，LNG在卸車及操作過程中產生的BOG，可及時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。如果附近天然氣管道的運行壓力高于儲罐的最高運行壓力，BOG是否進入天然氣管道，應經經濟技術分析確定。因此LNG加氣站的站址選擇是一個重要的問題。
5 結語
從以往LNG汽車加氣站出現的問題看，加氣站的設計、施工與運營安全應引起重視。南前述分析可知，如果加氣站存在相應的技術、制造缺陷，操作不當，蒸發氣體量BOG的產生量將過大，嚴重時可造成安全事故。因此，應采取相應措施，將BOG的產生量盡量控制在合理范圍內，本文提出的相關觀點措施，值得同行高度重視。
