广东珠海金湾液化天然气有限公司广东珠海519001
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
DiscussionandApplicationofCondensationEffectinLNGTankCarFillingandTransportation
TONGWen-long，ZHANGRui-ji
（GuangdongZhuhaiGoldenBayLNGLtd，GuangdongZhuhai519001）
Abstract：BasedontheanalysisoftheBOGproducedduringthefillingandtransportationofLNGtanker，combiningwiththefillingandtransportationpracticeofLNGreceivingstationtanker，thispaperdiscussesthecondensationeffectinthefillingandtransportationprocessofLNGtanker，reducestheBOGproductioninthefillingandtransportationprocess，reducestheriskofsafetyvalvetakeoff，andincreasesthesafetyoftankerfillingandtransportation.Throughtheoreticalandpracticalanalysis，thefollowingconclusionsaredrawn：1.BOGproducedintheprocessofvehicleloadingcanbecondensedbyLNGfilling；（2）LNGtemperatureandpressurewillgraduallyincreasewithinacertainstoragetime；（3）safetyproductioncanbecarriedoutbyusingthenatureofLNGre-condensationtoachieveenergysavingandemissionreduction.
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。
2LNG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0.25MPa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0.75MPa），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
3LNG槽车充装及运输过程再冷凝效应研究
3.1LNG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=127.93KJ/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=58.15KJ/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=548.94KJ/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；
3.2LNG槽车充装再冷凝效应研究
3.2.1LNG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0.25MPa，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0.7MPa，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：
①BOG的比容V2=2.5ft3/lb=2.5*0.062m³/kg
②BOG的焓H1=290Btu/lb=674.54KJ/kg
计算BOG的质量M2=V1/V′=352.564kg
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0.1Mpa，通过计算满载LNG的槽罐单日压力上升约0.026Mpa，达到0.75Mpa，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：
[1]田葆栓.中国铁路LNG运输装备发展与关键技术问题[J].煤气与热力，2018，38（8）：13-18，21.
[2]低温液体贮运设备使用安全规则：JB/T6898-1997[S].
[3]液化气体汽车罐车：GB∕T19905-2017[S].
[4]初燕群，陈文煜，等.液化天然气接收站应用技术[J].天然气工业，2007，27（1）：120-123.
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[6]谭天恩，麦本熙，丁惠华.化工原理[M].化学工业出版社，2002.
[7]王洪文，詹正坤.物理化学[M].高等教育出版社，2002.
[8]顾安忠，鲁雪生，汪荣顺.液化天然气技术[M].机械工业出版社，2004.
[9]杨志国，李亚军.液化天然气接收站再冷凝工艺优化研究[J].现代化工，2009，29（11）：74-79.
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。