文/任益群¹  邵永前¹  戚江浩²  刘羽轩²

摘  要：随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的日益增强，如何高效、环保地处理BOG成为LNG产业亟待解决的问题。基于此，本文针对LNG应急储配调峰站的BOG挥发排放问题，着重研究了基于液氮冷凝的BOG循环回收利用装置。首先分析了装置结构与工作原理，其次剖析了基于液氮冷凝的BOG循环回收利用装置优势，并预计了该BOG循环回收利用装置应用的实际效果，期望对推动LNG行业BOG处理技术进步、提升能源利用效率具有参考价值。

关键词：液氮冷凝；BOG回收；循环利用；节能减排

1  基于液氮冷凝的BOG循环回收利用装置应用的必要性

在液化天然气（LNG）的存储环节中，BOG（LNG蒸发气）的妥善处置始终是能源领域备受瞩目的关键议题。长期以来，传统的处理手段直接将BOG排放至大气环境中，这种做法所引发的一系列问题逐渐凸显。

一方面，BOG中蕴含着大量具有潜在利用价值的能源成分，直接排空无疑造成了严重的能源浪费，使得原本可被有效利用的资源白白流失，这与当前全球倡导的能源高效利用理念背道而驰。另一方面，BOG 中的主要成分甲烷等，具有一定的温室效应和易燃易爆特性，直接排放会对周边环境空气质量产生负面影响，增加大气中温室气体的浓度，加剧全球气候变暖的趋势，同时，也在存储区域周边埋下了潜在的安全隐患。一旦遇到火源等诱发因素，极有可能引发火灾甚至爆炸事故，进而对人民生命安全和财产安全构成严重威胁。

此外，对于LNG储配站而言，BOG挥发也是建站后运营亏损的重要原因之一。具体来说，在排放BOG的过程中，往往需要借助压缩机等设备将气体压缩至安全范围，这一过程会消耗大量的能源。同时，频繁的BOG排放和设备运行也会加速设备的磨损，增加维护成本。并且，BOG的挥发使得储罐内的LNG液位不断变化，给准确计量带来了困难。另外，BOG的积累还会占用储罐的有效容积，降低储存效率。在销量偏小或储存时间过长的情况下，BOG的挥发问题尤为突出，因此，进一步加剧了运营亏损。

随着全球能源形势的演变以及环保法规标准的日益严格，社会各界对能源高效利用和环境保护的呼声愈发强烈。在此背景下，研发具有高效性能的BOG回收利用装置，已然成为行业发展的迫切需求。基于液氮冷凝原理构建的BOG循环回收利用装置顺势而生，其创新性的设计架构和运行机制，为有效解决BOG处理难题开辟了全新的路径。该装置能够对BOG进行高效回收与循环利用，在减少能源浪费的同时降低环境污染风险，有力地推动LNG产业朝着可持续发展的方向稳步迈进，对于优化能源产业结构、保障能源供应安全，以及实现生态环境保护目标具有不可忽视的重要意义。

2 装置结构与工作原理

2.1 整体结构

此装置的核心构成部件主要涵盖LNG储罐与液氮罐两大部分。其中，LNG储罐在整个装置中占据重要地位，其顶部精心设置了BOG排气口，该排气口的主要功能在于将LNG在储存过程中因吸热而产生的蒸发气（BOG）顺利排出，以维持储罐内的压力平衡和正常运行状态。而LNG储罐的底部则设有LNG输液口，此输液口的设置是为了方便LNG液体能够按照预定流程实现回流，确保整个系统的物料循环顺畅。液氮罐作为装置的另一关键组件，内部配备有浸没于液氮之中的盘管。盘管的两端巧妙地穿出液氮罐的罐壁，一端形成BOG进气口，另一端则构成LNG出液口。这些管口通过一系列精心设计的管路相互连接，形成一个有机的整体。具体而言，BOG排气口与液氮罐的BOG进气口经由专门的BOG管路实现连通，从而使得BOG能够从LNG储罐顺利传输至液氮罐进行后续处理。而LNG出液口则通过出液管路连接至三通阀，三通阀进一步与LNG储罐的LNG输液口建立连接，此输液口的设置是为了方便液化后的BOG能够顺利回流至储罐内。

此外，在各管路上还合理设置了多个控制阀、泵以及相关仪表，这些部件各司其职，相互协作，共同保障整个装置能够稳定、高效地实现其预定功能，为BOG的回收利用等相关操作提供可靠的硬件支持和流程保障。

2.2  工作流程

当面临将BOG冷凝回注至LNG储罐的需求时，需进行一系列阀门操作以启动相应流程。首先，开启BOG管路上的第一控制阀，同时，打开LNG双向输送管路上的第二控制阀，而将LNG加注管路上的第三控制阀保持关闭状态。此时，LNG储罐内部所产生的BOG，会在压力差的驱动下，经由储罐顶部的排气口进入 BOG 管路。随后，BOG沿着管路进入液氮罐内浸没于液氮的盘管之中。在液氮罐内低温液氮所营造的低温环境下，BOG能够迅速发生冷凝相变，转化为LNG。冷凝后的LNG接着依次通过LNG出液管路、LNG双向输送管路，最终从LNG储罐底部的输液口返回至LNG储罐内部，实现液化后的BOG回流。如此，便完成了BOG的循环回收过程，实现了能源高效回收与再利用，从而有效减少了能源浪费。

3 基于液氮冷凝的BOG循环回收利用装置优势剖析

3.1  高效冷凝与回收特性

传统的液氮盘管布置方式通常是将其置于LNG储罐顶部，然而，这种方式在实际应用中存在诸多局限性。与之相比，本装置创新性地将盘管浸没于液氮之中，这一设计带来了显著优势。盘管浸没液氮后，极大地增加了BOG与液氮的接触面积，换热效率得以大幅提升。

在这种高效换热的环境下，BOG能够迅速且充分地与液氮进行热交换，从而高效冷凝为LNG。如此一来，有效减少了BOG向大气环境的排放，实现了资源的循环利用，显著提升了LNG的存储利用率，最大程度地降低了能源在存储过程中的损失，为能源的高效利用提供了有力保障。

3.2  环境与安全双重效益

本装置在运行过程中，仅排放氮气这一惰性气体，氮气对环境不会产生任何负面的影响，如温室效应、大气污染等。这一特性从源头上彻底消除了传统排空方式所带来的环境污染风险，有力地践行了环保理念。与此同时，该系统配备了完善的安全装置，其中，包括安全排气阀、减压阀等关键部件，并且整个管路设计也经过精心规划，能够有效应对系统运行过程中可能出现的压力异常等情况。通过这些安全装置和合理的管路设计，确保了装置在运行过程中的安全性和可靠性，极大地降低了安全事故发生的可能性，完全符合安全生产以及环保法规的严格要求，从而为企业的可持续发展奠定了坚实基础。

3.3 低液氮消耗与成本优势

液氮仅在吸热时发生气化，避免了因换热效率低下而导致的液氮不必要浪费，从而显著降低了液氮的用量。此外，液氮罐的改造相对简易，无需对复杂的LNG 储罐结构进行大规模的改动，这在很大程度上减少了设备改造的投入成本以及施工难度。这种低液氮消耗与低成本改造的特点，共同降低了BOG处理的综合成本，进而提高了企业的经济效益，增强了企业在市场中的竞争力，为企业在能源领域的发展提供了有力的技术支撑和成本优势。

4 基于液氮冷凝的BOG循环回收利用装置预计效果分析

4.1 预计效果验证案例与装置配置

在能源产业的实际运营场景中，某LNG储备站面临着BOG处理的严峻挑战。该储备站具有一定的存储规模，其存储容量达到了200m³，在日常的运营过程中，每日产生的BOG量约为30m³。为了有效应对这一难题，其可以考虑安装基于液氮冷凝的BOG循环回收利用装置。

为了验证基于液氮冷凝的BOG循环回收利用装置的预计效果，结合该储备站的实际情况，笔者对基于液氮冷凝的BOG循环回收利用装置的配置数据进行了设置。该装置容积设计为50m³，能够满足该储备站BOG处理过程中对液氮量的需求。其中，盘管结构可以采用5层铝制盘管大板结构，这种结构设计能够在保证强度的同时，提供较大的换热面积，有助于提高BOG的冷凝效率。装置的各管路及阀门选型均可以依据储备站的实际工况，以及精确计算的设计流量来确定，确保在不同的运行条件下，流体能够稳定、高效地输送。

此外，装置还应配备精度高达0.1%的仪表，以及先进的自动化控制系统。这些高精度的仪表能够实时、准确地监测装置运行过程中的各项参数，如温度、压力、流量等。而自动化控制系统则可以根据预设的程序和监测到的参数，自动调整装置的运行状态，实现智能化运行，提高装置的可靠性和稳定性。

4.2 预计效果分析

通过仿真模拟软件，分析该装置投入运行后可以在BOG回收方面预计会取得的成效。通过仿真结果分析可知，该装置投入运行后，其BOG回收率预计会超过85%，这意味着大量原本可能被排放浪费的BOG得以有效回收，并重新转化为可利用的LNG，从而极大地减少了能源的浪费，提高了能源利用效率。

在液氮消耗方面，相较于传统的处理方式，该装置使用后，预计可成功降低约40%的液氮用量。这不仅降低了运营成本，还减少了液氮的采购和运输等环节的工作量。同时，有效缓解了储备站因BOG处理不当而带来的压力，全面改善了储备站的运营状况，提高了储备站的服务质量和运营效率。

4.3 投入使用后的预计经济效益分析

虽然目前国内无实际案例，但通过成本核算模型预测，扣除装置购置、安装及运行维护成本后，长期运营有望展现出投资回收期短、运行成本低的优势，为企业节约可观成本。以该储备站的模拟结果来看，使用该装置后，预计每年能够节约成本可达到20万元。这一经济效益来源于多个方面。首先，液氮消耗的降低会直接减少运营成本中的液氮采购费用，每年可节省约15万元。其次，由于装置的稳定运行和良好维护，设备维护的频率和成本也有所降低，每年节约5万元。更为重要的是，该储备站因实现了环保合规，可以避免潜在的环保处罚，这不仅能保护企业的经济利益，还能提升企业的社会形象。这一预计效果分析，充分证明了基于液氮冷凝的BOG循环回收利用装置，在实际应用中的可行性和显著的经济优势，为推动能源产业的可持续发展提供了有力的实践支撑。

5 结语

综上所述，本研究深入探讨了基于液氮冷凝的BOG循环回收利用装置的应用价值与实践成效。通过系统性分析装置的结构设计、运行原理及实际应用案例，研究结果表明该装置在技术创新性、环境效益和经济可行性等方面具有显著优势。

从技术层面来看，该装置采用先进的液氮冷凝技术，通过精确控制的冷量传递过程，实现了BOG的高效冷凝与回收。研究发现，装置的多路径运行模式不仅确保了系统运行的灵活性，更为LNG储备站的BOG处理提供了全方位解决方案。基于液氮冷凝的BOG循环回收利用装置，代表了LNG行业BOG处理技术的重要发展方向。该技术的推广应用能够提升LNG产业的整体能效水平，还将为行业的可持续发展注入新动力。

参考文献

[1]黄中峰,程德才,左鑫,等.基于液氮冷凝的BOG循环回收利用装置:CN202222424321.7[P].

[2]林素辉.LNG储罐预冷方式和BOG回收技术分析[J].化工管理,2023(8):60-63.

[3]潘怀刚,何思迅,廖彩云.一种带BOG冷凝回收系统的LNG自增压卸车装置:CN201820955707.1[P].

[4]贾学文,韩泽,李敬源.一种车载BOG回收再利用装置:CN201922287546.0[P].CN211551158U[2025-02-24].

[5]何大壮,王志云.一种BOG冷却回收装置:CN202020044009.3[P].

（作者单位：1西安秦华燃气集团有限公司；2西安市燃气规划设计院有限公司）