LNG接收站BOG處理工藝優(yōu)化

鄭元杰

摘要：LNG 接收站 BOG 處理工藝分再冷凝和高壓壓縮兩種，均有其不足。 就再冷凝工藝而言，接收站無外輸時 BOG 只能采取放空或火炬燃燒等措施進(jìn)行處理;就高壓壓縮工藝而言，接收站外輸期時無法回收 LNG 的冷能。 為此，分別采用靜態(tài)模型、動態(tài)模型等計算方法分別計算無外輸期和有外輸期間最大 BOG 產(chǎn)生量，弄清各種工況下 BOG 的產(chǎn)生量。在此基礎(chǔ)上，從 BOG 產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，分析降低接收站產(chǎn)生 BOG 的措施。結(jié)果表明，優(yōu)化 BOG 壓縮機(jī)組合可有效回收產(chǎn)生的 BOG。建議在接收站設(shè)計、建設(shè)過程中，應(yīng)綜合考慮再冷凝工藝和直接壓縮機(jī)工藝，采取措施降低 BOG 的產(chǎn)生， 實(shí)現(xiàn) BOG 的有效回收利用。

關(guān)鍵詞：再冷凝;BOG 處理;LNG 接收站;安全管理;壓縮機(jī)

前言

近年來液化天然氣項目快速發(fā)展，國內(nèi)已經(jīng)運(yùn)營LNG 接收站項目有福建、廣東大鵬、上海、大連等 LNG 接收站項目，? 這些接收站均是由七大部分組成，即 LNG 卸料碼頭、LNG 儲罐、LNG 罐內(nèi)泵、外輸泵、LNG 汽化器（通常采用 ORV 和 SUV 兩種汽化器）、蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)（BOG 處理系統(tǒng)）、公用工程及安全控制系統(tǒng)與基礎(chǔ)設(shè)施等部門組成。 其中 BOG 處理系統(tǒng)是 LNG 接收站核心部分，是 LNG 接收站安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。 科學(xué)合理的BOG 處理工藝可節(jié)約投資和降低生產(chǎn)成本。

關(guān)于 BOG 的回收處理工藝國內(nèi)學(xué)者作了大量的理論研究：2000 年上海交通大學(xué)楊曉東等人針對國外 BOG 回收的發(fā)展情況討論了 BOG 再液化回收BOG 的優(yōu)缺點(diǎn);2005 年中國石化石油勘探開發(fā)研究院徐正斌等人從上下游一體化效益等方面闡述了BOG 再冷凝方案的優(yōu)勢;2006 年中國石化集團(tuán)上海工程有限公司劉浩等人從能耗角度闡述了 BOG 冷凝后處理工藝比直接壓縮外輸更為節(jié)能等。 這些研究的前提是 LNG 接收站總能提供足夠 BOG 再液化的冷量， 同時 LNG 接收站下游用戶能持續(xù)不斷大量接收LNG 接收站輸出的 LNG 或 NG。

本文從 LNG 接收站實(shí)際情況出發(fā)，考慮自然因素及外界不可抗力等因素造成 LNG 儲罐液位低于緊急液位以下無法外輸情況時的 BOG 回收，及下游用戶需求量降低時 BOG 回收等多種工況條件下，LNG 接收站BOG 直接壓縮和再冷凝工藝的優(yōu)化分析。

1現(xiàn)有 BOG 處理工藝及能耗

1.1現(xiàn)有工藝流程

目前，LNG 接收站 BOG 處理工藝主要分為直接壓縮工藝、再冷凝工藝、BOG 間接熱交換工藝以及蓄冷式再液化工藝。通常，LNG接收站采用前兩種工外輸出口直接壓縮工藝：①直接壓縮工藝的能耗主要來源于壓縮機(jī)，其工藝流程特點(diǎn)是將 BOG 壓縮至與外輸壓力相同，直接進(jìn)入外輸管網(wǎng)，此過程中 BOG 不經(jīng)過任何冷再冷凝工藝卻處理;②再冷凝工藝的能耗主要來源于高壓泵，其工藝流程特點(diǎn)是 BOG 經(jīng)壓縮機(jī)壓縮使其液化溫度升高，經(jīng)再冷凝器與 LNG 混合后液化，并重新回到外輸管道中氣化輸出，此過程中壓縮機(jī)能耗得以節(jié)省，但同時也增加了高壓泵的能耗。

1.2不同 BOG 處理工藝能耗分析

以某 LNG 接收站為例，該站天然氣外輸量為100 000 kg/h，由于 LNG 在進(jìn)料、出料等過程氣化，每小時產(chǎn)生 BOG 約 5 000 kg。根據(jù)外輸管網(wǎng)需求，外輸壓力為 6 MPa，現(xiàn)采用直接壓縮工藝和再冷凝工藝對該 LNG 接收站 BOG 進(jìn)行處理。利用 HYSYS 軟件對兩種 BOG 處理工藝進(jìn)行數(shù)值模擬，與直接壓縮工藝相比，再冷凝工藝節(jié)約能耗 34%。

1.3 BOG 產(chǎn)生量計算

BOG 產(chǎn)生量還沒通用的計算方法，目前主要有靜態(tài)模型、LNG 儲罐內(nèi) BOG 動態(tài)模擬、LNG 接收站蒸發(fā)氣系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計模型和工程設(shè)計估算等計算方法。

1.3.1無外輸工況下 BOG 產(chǎn)生量

采用工程設(shè)計估算法計算接收站無外輸工況下BOG 的產(chǎn)生量。 LNG 接收站無外輸工況下，BOG 主要來自儲罐的自然蒸發(fā)、啟動罐內(nèi)泵和循環(huán)保冷管線漏熱產(chǎn)生的 BOG。

1.3.1.1LNG 儲罐蒸發(fā)的 BOG 產(chǎn)生量

LNG 靜態(tài)蒸發(fā)率一般為 0.05 %。 以 LNG 組分密度 456 kg/m3 為例，在儲罐液位緊急低（該液位下啟罐內(nèi)泵將發(fā)生氣蝕）和儲罐滿液 2 種工況下計算儲罐在靜態(tài)條件下的 BOG 產(chǎn)生量。 在液位緊急低時，根據(jù)國外總承包商 CB&I 提供的罐容計算表儲罐內(nèi)的液相重量為 4 392.235 t。 那么，某 LNG 接收站 4 臺 160 000 m3 儲罐，BOG 產(chǎn)生量為：

儲罐液位緊急低情況下 Wt =儲罐罐容×蒸發(fā)率/24=366 kg/h;儲罐滿液情況下 Wt =儲罐罐容×蒸發(fā)率/24=5 000 kg/h。即儲罐靜態(tài)情況下 BOG 產(chǎn)生量在 0.366～5 t/h 之間，最大的 BOG 產(chǎn)生量為 5 t/h。

1.3.1.2啟動罐內(nèi)泵保冷循環(huán)的 BOG 產(chǎn)生量

在接收站無外輸工況下， 啟動 LNG 儲罐罐內(nèi)泵對接收站進(jìn)行全廠保冷，使接收站的管道和設(shè)備保持冷態(tài)，在下次外輸時能快速啟動，恢復(fù)生產(chǎn)。

LNG 儲罐啟動 1 臺罐內(nèi)泵即可滿足全廠的保冷要求，LNG 儲罐罐內(nèi)泵流量為 370 m3/h，罐內(nèi)泵的效率為73 %，揚(yáng)程為 220 m，那么轉(zhuǎn)化為熱能為 145 kW。 合計產(chǎn)生 BOG 約 999 kg/h，即 0.999 t/h。

1.3.1.3循環(huán)保冷管線漏熱的 BOG 產(chǎn)生量

經(jīng)過計算， 某 LNG 接收站保冷循環(huán)管線面積為7330 m2，管道保冷層采用厚度為 150 mmPUR，最大的漏熱系數(shù)約為 25 W/m2，那么計算 BOG 的產(chǎn)生量為：Wp =管道面積×漏熱系數(shù)=1 263 kg/h=1.263 t/h

2結(jié)論

（1）隨著外輸量及外輸壓力的增加，再冷凝 BOG處理工藝能耗小于直接壓縮 BOG 處理工藝能耗，但當(dāng) BOG 量增大時，再冷凝工藝節(jié)能效果更加明顯。

（2）利用 HYSYS 軟件分別對優(yōu)化前后 BOG處理工藝進(jìn)行能耗分析，BOG 處理工藝優(yōu)化前后能耗分別為 2 677.82 kW、1 990.77 kW，優(yōu)化后 BOG 處理工藝節(jié)約能耗約 25.66%，實(shí)現(xiàn)了 LNG 接收站安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

OG 處理可采用再冷凝或高壓壓縮工藝， 同時應(yīng)考慮采取相應(yīng)的措施降低 BOG 的產(chǎn)生量。 減少BOG 的產(chǎn)生應(yīng)從系統(tǒng)的漏熱、回儲罐的 LNG 閃蒸、儲罐置換產(chǎn)生的 BOG 等幾個方面綜合考慮， 優(yōu)化 BOG 處理技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]張寧，徐雅，沈愜，等. 基于大冷量斯特林制冷機(jī)的 LNG 加氣站 BOG 再液化回收技術(shù)