回收BOG製作高壓瓶裝金屬切焊氣設備的製作方法
2023-05-13 06:14:41 5
本實用新型涉及BOG的回收、催化和高壓充瓶技術領域，具體是回收LNG儲罐或槽車內的BOG，注入增益劑活化後作為金屬切焊氣並高壓充瓶的設備。
背景技術：
在近代世界工業燃氣領域，乙炔氣在金屬切焊工藝中仍處於壟斷地位，但因其易燃易爆，安全係數低，生產過程中耗能耗電，汙染環境，生產成本偏高，以至在生產、存儲、運輸、使用、環保及價格方面存在諸多缺陷和隱患，發展受到了很大限制，許多國家都在研製新的更安全、更節能的金屬切焊氣。我國機械工業部一九九五年在全國乙炔生產會議上明確不再審批新建擴建電石廠、乙炔廠，現有的廠家面臨轉產的境地。國家科委早在八五期間，就極力推廣石油氣（如"丙烷氣"、"丙烯氣"、"丙烯混合氣"等等）替代乙炔氣，但由於這些產品的燃燒溫度，預熱時間、耗氣量、使用效率以及黑色金屬焊接、噴塗、熱處理，切割大、厚金屬材料等實際應用方面都存在著一些難以克服的缺點。相比之下，在天然氣中添加少量的稀土有機化合物的增益劑，發揮其助燃、阻聚、催化等特殊功能。添加劑與基料能完全相互溶解，在燃燒狀態下可以改變火焰頻率及波長，激化甲烷介質，使之能釋放出更多的熱能，同時抑制燃燒焰向外輻射，火焰更加集中，以達到更高溫度（3300 ℃以上），成本僅為乙炔切焊成本的40％，因而成為當今最高效、最經濟、最環保、最安全的金屬切焊氣。
再者、自天然氣西氣東輸管線貫通以來，為了滿足日益增長的天然氣需要，我國已從國外大量進口LNG（液化天然氣），國內也建成有LNG液化工廠，不久的將來，LNG將會成為天然氣在我國普及的另一種重要方式，發展前景廣闊。但是由於LNG儲罐或槽車內LNG的日蒸發率可高達1～2%，這部分蒸發氣體（溫度較低，一般為-80～-162℃）簡稱BOG (Boil Off Gas閃蒸汽)，BOG的比重較空氣重，而且易燃易爆，國內數以千計的LNG衛星站、調峰站和LNG加液站均沒有配置低溫BOG回收裝置，在運營中BOG超壓必須向大氣排放，排放的BOG約為其儲存LNG體積的1-2%，這部分BOG若不加以回收利用，任由其排放在空氣中，不僅造成能源的極大浪費，還嚴重的汙染了空氣（CH4的汙染程度相當同體積CO2汙染程度的21倍）。
技術實現要素：
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種回收BOG製作高壓瓶裝金屬切焊氣設備，該設備將回收的LNG儲罐或槽車內產生的BOG經升溫、活化後再充填到高壓儲氣瓶組中作為金屬切焊氣使用，不僅將LNG儲罐或槽車內產生的BOG加以回收，代替高能耗、重汙染的乙炔作為新型切焊氣使用，解決了新型金屬切焊氣稀缺的問題，還為國內LNG儲罐或槽車產生的BOG提供最佳的回收利用途徑，保護了環境、提高了安全係數，而且整個設備結構緊湊，運輸、安裝和操作維修都較方便。
為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案：回收BOG製作高壓瓶裝金屬切焊氣設備，包括底座和撬體，撬體安裝在底座上，底座上設有BOG氣源進口，撬體內集成有空溫式升溫器、調壓計量系統、緩衝罐、增益劑加注系統、天然氣壓縮機、高壓儲氣瓶組和加氣機，空溫式升溫器的進氣口與BOG氣源進口管道相接，空溫式升溫器的氣源出口經過調壓計量系統與緩衝罐的進氣口相接，所述的增益劑加注系統與緩衝罐的進液口管道相接，緩衝罐的出氣口與天然氣壓縮機的相接，天然氣壓縮機的出氣口分為兩路，一路經過高壓儲氣瓶組與加氣機相接，另一路直接與加氣機相接，所述的空溫式升溫器、調壓計量系統、增益劑加注系統、緩衝罐、天然氣壓縮機、高壓儲氣瓶組和加氣機均安裝在底座上。
所述的增益劑加注系統由增益劑儲罐、隔膜泵和單片機控制器組成，增益劑儲罐內裝有稀土增益劑，增益劑儲罐與隔膜泵連接，所述的隔膜泵由單片機控制器控制，隔膜泵工作壓力0.2～0.76 MPa、最大輸出壓力1.73 MPa、單行程加液量20～400 mg/次、頻率1～200次/分。
所述的緩衝罐的工作容積為0.5 m3，工作壓力為1.6 MPa；所述的天然氣壓縮機的額定排氣壓力為25.0 MPa；所述的高壓儲氣瓶組包括至少兩個高壓儲氣瓶，單個高壓儲氣瓶額定工作壓力為25.0 MPa，高壓儲氣瓶組可以在充瓶作業更換儲氣瓶時儲氣，充瓶時補氣，避免天然氣壓縮機頻繁停機；所述的加氣機的額定壓力為25.0 MPa。
為簡單說明問題起見，以下對本實用新型所述的回收BOG製作高壓瓶裝金屬切焊氣設備均簡稱本設備。
本設備可以用於液化天然氣汽車(LNGV)加液站、液化-壓縮天然氣汽車（L-CNGV）加氣站、LNG衛星站或調峰站的LNG儲罐運營過程產生的BOG以及LNG槽車卸液後餘留BOG的回收再利用。本設備可以將回收的BOG經過溫控式氣化器升溫、調壓計量、稀土增益劑活化處理製取稀土BOG作為金屬切焊氣，再經天然氣增壓機增壓至25.0 MPa後直接利用加氣機進行充瓶，或者先充入高壓儲氣瓶組儲存，再根據需要利用加氣機充瓶，不僅達到經濟、高效地回收利用BOG的目的，生產的金屬切焊氣還可以替代高能耗、重汙染、易爆炸的乙炔氣，充分發揮其相當高的節能減排功效。在使用時，可以將本設備設置在LNG衛星站、調峰站或LNGV加液站等的LNG儲罐的BOG排放口附近，利用連接管線將排放的BOG引人本設備的BOG進氣口，經過空溫式升溫器升溫至-25～-15℃，經調壓計量系統調壓計量後洩入緩衝罐中緩衝、穩壓，增益劑加注系統自動加注稀土增益劑，兩者在緩衝罐中充分混合、活化，以提高BOG的燃燒熱值和切焊溫度，減少單位消耗量，大幅度提高切焊速度，然後再經過天然氣壓縮機增壓至20.0～25.0 MPa，送入高壓儲氣瓶組儲存，通過加氣機計量充入切焊氣瓶中作為金屬切焊氣使用，大大增加金屬切焊氣充裝量，以供市場需要。
本實用新型通過添加稀土增益劑形成的金屬切焊氣的切焊溫度可達3300℃，較乙炔提高600～900 ℃，大幅度提高了熱效率，降低了燃料消耗，切焊速度比乙炔快，成本僅為乙炔的30～40%，焊割工具與乙炔一樣，無須更換割具，高壓金屬切焊氣瓶的額定壓力為20.0 MPa，相同體積儲存氣量為乙炔的13.33倍，且不需要裝特殊的氣化裝置。在有效提高火焰溫度，省燃氣而延長燃燒時間的同時，耗氧量減少15%以上，工件的焊割切口平整、不掛渣，比乙炔割口窄0.5毫米，切焊過程不回火、不爆鳴、不產生磷化氫、硫化氫等有毒氣體，燃燒完全；基本消除了一氧化碳和碳氫化物的排放及汙染環境的三廢排放，大幅減少了二氧化碳的排放，實現了低碳排放。
利用本設備可以實現BOG的回收再利用，既提高了LNG儲罐或槽車內BOG的利用率，為國內LNG儲罐或槽車產生的BOG找到最佳回收利用途徑，增加了經濟效益；又通過對BOG進行活化和增壓處理，提高了BOG的燃燒熱值和高壓金屬切焊氣瓶內金屬切焊氣的儲存量，突破新型金屬切焊氣推廣、利用的瓶頸，為我國金屬切焊提供經濟、高效氣源，節能減排，具有相當高的社會經濟效益。
而且，通過BOG活化獲得的金屬切焊氣對鋼鐵類金屬容器不腐蝕、不發生化學反應，不掛壁、不結晶、無沉澱物、不堵塞瓶咀，也不影響鋼瓶的使用壽命。更重要的是為國內數以千計缺少BOG回收裝備的LNG衛星站、調峰站、LNGV加液站運營中，產生的BOG回收利用提供高效、經濟實惠的成套設備，填補國內空白。
附圖說明
圖1是本實用新型回收BOG製作高壓瓶裝金屬切焊氣設備的俯視圖。
圖2是本實用新型回收BOG製作高壓瓶裝金屬切焊氣設備的主視圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型的實施例作具體描述：
實施例一
回收BOG製作高壓瓶裝金屬切焊氣設備，如圖1和圖2所示，包括底座10和撬體20，撬體20安裝在底座10上，底座10上設有BOG氣源進口11、安全閥排放口12和排汙口13，撬體20內安裝有空溫式升溫器1、調壓計量系統2、緩衝罐3、增益劑加注系統4、天然氣壓縮機5、高壓儲氣瓶組6和加氣機7，空溫式升溫器1的進氣口與BOG氣源進口11管道相接，空溫式升溫器1的氣源出口經過調壓計量系統2與緩衝罐3的進氣口相接，所述的增益劑加注系統4與緩衝罐3的進液口相接，緩衝罐3的出氣口與天然氣壓縮機5的相接，天然氣壓縮機5的出氣口分為兩路，一路經過高壓儲氣瓶組6與加氣機7相接，另一路直接與加氣機7相接，天然氣壓縮機5與加氣機7之間的管道上設有閥82，天然氣壓縮機5與高壓儲氣瓶組之間的管道上設有閥83，高壓儲氣瓶組6又與加氣機7相接，高壓儲氣瓶組6與加氣機7之間的管道上設有閥81，從天然氣壓縮機5出來的氣體既可以直接利用加氣機7進行充瓶，也可以先在高壓儲氣瓶組6中儲存，在需要時，再利用加氣機7充瓶。所述的空溫式升溫器1、調壓計量系統2、緩衝罐3、增益劑加注系統4、天然氣壓縮機5、高壓儲氣瓶組6和加氣機7均安裝在底座10上。
所述的緩衝罐3的工作容積為0.5 m3，工作壓力為1.6 MPa.。
所述的增益劑加注系統4包括增益劑儲罐41、單片機控制器43和隔膜泵42，增益劑儲罐41內裝有稀土增益劑，增益劑儲罐41與隔膜泵42連接，所述的隔膜泵42由單片機控制器43控制，隔膜泵42工作壓力0.2～0.76 MPa、最大輸出壓力1.73 MPa、單行程加液量2～40 mg/次、頻率1～100次/分。
所述的天然氣壓縮機5為DF-0.66/(2-6)-250型天然氣壓縮機，氣缸、級間冷卻器風冷、少油潤滑，傳動機構壓力油潤滑；吸氣壓力0.2～0.6 MPa，排氣壓力25.0 MPa，排氣量115～275 Nm3/h，電機功率45 kW，軟啟動、PLC 控制。
所述的高壓儲氣瓶組6包括兩隻高壓儲氣瓶61，單個高壓儲氣瓶61的水容積為0.212 m3，額定壓力25.0 MPa，可充分利用不充瓶或換瓶空餘時間向高壓儲氣瓶組6內充氣，充瓶時利用高壓儲氣瓶組6來提高充瓶效率，避免天然氣壓縮機5頻繁停機。
所述的加氣機7為單槍加氣機，單槍加氣機的額定壓力為25.0 MPa。
利用本實施例的設備回收BOG製作高壓瓶裝金屬切焊氣的方法，包括以下步驟：
（1）升溫：將LNG槽車出氣口與BOG氣源進口11連接，使LNG槽車內餘壓為0.3 MPa的BOG進入空溫式升溫器1，經過空溫式升溫器1升溫至-20℃；
（2）穩壓：升溫後的BOG經調壓計量系統2調壓至0.3 MPa後計量後洩入緩衝罐3內緩衝、穩壓，緩衝罐3內氣體壓力為0.3 MPa；
（3）活化：增益劑加注系統4在單片機控制器43控制下按照6 g V8稀土增益劑/1 Nm3 BOG的比例將增益劑儲罐41內的V8稀土增益劑泵入緩衝罐3中，調節天然氣壓縮機5的吸氣壓力為0.3 MPa，排氣量為157 Nm3/h，V8稀土燃料增益劑注入的流量為15.7 g/min，V8土燃料增益劑與緩衝罐3內的BOG充分混合、催化、活化，使BOG轉化為稀土BOG金屬切焊氣；
（4）增壓、充瓶：將緩衝罐3內的稀土BOG金屬切焊氣經天然氣壓縮機5壓縮至25.0 MPa後充入高壓儲氣瓶組6中儲存，再根據需要利用單槍加氣機7充入高壓金屬切焊氣瓶中用作金屬切焊氣，直至達到高壓金屬切焊氣瓶的額定壓力20.0MPa。
採用120 L、20.0 MPa的高壓金屬切焊氣瓶，則每瓶可充裝2.38 Nm3稀土BOG金屬切焊氣，本設備每小時可充裝66瓶稀土BOG金屬切焊氣。
用本實施例的設備，按照本實施例的方法製作的「稀土BOG金屬切焊氣」與「SQ天然氣」性質相同，切割鋼坯、連鑄板時所消耗的燃氣，按體積計，若需用1體積本實施例製作的「稀土BOG金屬切焊氣」，就相當用1.5～2.5體積的純天然氣，或4～6體積的焦爐煤氣。換言之，按每年1.5×106 m3 的稀土BOG金屬切焊氣所完成的切焊工作量計算，相當於 3.0×106m3甲烷、或1300噸/乙炔、或1300噸/丙烷所完成的切焊工作量。
假設一年需要1.5×106 m3稀土BOG金屬切焊氣，其燃氣生產成本和排放氧化碳量與現有的切焊氣相比，結果如表1所示：
表1 不同燃氣的生產成本及CO2排放量
由表1可見，使用稀土BOG金屬切焊氣後成本大幅下降，二氧化碳的排放量也大幅降低，屬低碳環保的清潔能源。而且從大量生產實踐證明，「稀土BOG金屬切焊氣」對鋼鐵類金屬容器不腐蝕、不發生化學反應，不掛壁、不結晶、無沉澱物、不堵塞瓶嘴，也不影響鋼瓶的使用壽命。
本實施例製作的「稀土BOG金屬切焊氣」，能完全替代乙炔進行切割、焊接、烤校和噴塗，具有預熱時間短、切割、加熱速度快等優勢。
實施例二
回收BOG製作高壓瓶裝金屬切焊氣設備，如圖1和圖2所示，包括底座10和撬體20，撬體20安裝在底座10上，底座10上設有BOG氣源進口11、安全閥排放口12和排汙口13，撬體20內安裝有空溫式升溫器1、調壓計量系統2、緩衝罐3、增益劑加注系統4、天然氣壓縮機5、高壓儲氣瓶組6和加氣機7，空溫式升溫器1的進氣口與BOG氣源進口11管道相接，空溫式升溫器1的氣源出口經過調壓計量系統2與緩衝罐3的進氣口相接，所述的增益劑加注系統4與緩衝罐3的進液口相接，緩衝罐3的出氣口與天然氣壓縮機5的相接，天然氣壓縮機5的出氣口分為兩路，一路經過高壓儲氣瓶組6與加氣機7相接，另一路直接與加氣機7相接，天然氣壓縮機5與加氣機7之間的管道上設有閥82，天然氣壓縮機5與高壓儲氣瓶組之間的管道上設有閥83，高壓儲氣瓶組6又與加氣機7相接，高壓儲氣瓶組6與加氣機7之間的管道上設有閥81，從天然氣壓縮機5出來的氣體既可以直接利用加氣機7進行充瓶，也可以先在高壓儲氣瓶組6中儲存，在需要時，再利用加氣機7充瓶。所述的空溫式升溫器1、調壓計量系統2、緩衝罐3、增益劑加注系統4、天然氣壓縮機5、高壓儲氣瓶組6和加氣機7均安裝在底座10上。
所述的緩衝罐3的工作容積為0.5 m3，工作壓力為1.6 MPa.。
所述的增益劑加注系統4包括增益劑儲罐41、單片機控制器43和隔膜泵42，增益劑儲罐41內裝有稀土增益劑，增益劑儲罐41與隔膜泵42連接，所述的隔膜泵42由單片機控制器43控制，隔膜泵42工作壓力0.2～0.76 MPa、最大輸出壓力1.73 MPa、單行程加液量20～400 mg/次、頻率1～200次/分。
所述的天然氣壓縮機5為VF-2/(2-5)-250型天然氣壓縮機，吸氣壓力0.2～0.5 MPa，排氣壓力25.0 MPa，排氣量357～712 Nm3/h，電機功率132 kW，軟啟動、PLC 控制。
所述的高壓儲氣瓶組6包括兩隻高壓儲氣瓶61，單個高壓儲氣瓶61的水容積為0.212 m3，額定壓力25.0 MPa，可充分利用不充瓶或換瓶空餘時間向高壓儲氣瓶組6內充氣，充瓶時利用高壓儲氣瓶組6來提高充瓶效率，避免天然氣壓縮機5頻繁停機。
所述的加氣機7為雙槍加氣機，雙槍加氣機的額定壓力為25.0 MPa。
回收BOG製作高壓瓶裝金屬切焊氣的方法，包括以下步驟：
（1）升溫：將LNG衛星站或調峰站儲罐排放BOG的出氣口與與BOG氣源進口11連接，將進氣壓力控制為0.5 MPa的BOG進入空溫式升溫器1，經過空溫式升溫器1升溫至-25℃；
（2）穩壓：升溫後的BOG經調壓計量系統2調壓至0.5 MPa計量後洩入緩衝罐3內緩衝、穩壓，緩衝罐3內氣體壓力為0.5 MPa；
（3）活化：增益劑加注系統4在單片機控制器43控制下按照5 g SQ-I稀土增益劑/1 Nm3 BOG的比例將增益劑儲罐41內的SQ-I稀土增益劑泵入緩衝罐3中，調節天然氣壓縮機5的吸氣壓力為0.5 MPa，排氣量為712 Nm3/h，SQ-I稀土燃料增益劑注入的流量為59.4 g/min，SQ-I稀土燃料增益劑與緩衝罐3內的BOG充分混合、催化、活化，使BOG轉化為稀土BOG金屬切焊氣；
（4）增壓、充瓶：將緩衝罐3內的稀土BOG金屬切焊氣經天然氣壓縮機5壓縮至25.0 MPa後充入高壓儲氣瓶組6中儲存，再根據需要利用雙槍加氣機7充入高壓金屬切焊氣瓶中用作金屬切焊氣，直至達到高壓金屬切焊氣瓶的額定壓力。採用120L、20.0 MPa高壓金屬切焊氣瓶，則每瓶可充裝2.38 Nm3稀土BOG金屬切焊氣，本設備每小時可充裝299瓶稀土BOG金屬切焊氣。