李賀
摘 ?要:以唐山LNG接收站為例,描述了站內(nèi)BOG處理的基本工藝流程,并對(duì)各項(xiàng)工藝進(jìn)行了分析和對(duì)比,得出不同工藝各自的優(yōu)勢與不足,對(duì)各工藝適宜的工況做出了闡述。
關(guān)鍵詞:BOG處理;LNG接收站
前言:
BOG指LNG吸收外界熱量后蒸發(fā)產(chǎn)生的氣體,主要為甲烷。儲(chǔ)罐、管線與環(huán)境換熱,設(shè)備運(yùn)行內(nèi)熱等都會(huì)導(dǎo)致BOG的產(chǎn)生。以唐山LNG接收站為例,站內(nèi)建設(shè)有5臺(tái)BOG壓縮機(jī),1臺(tái)增壓壓縮機(jī),1臺(tái)再冷凝器用于處理BOG。站內(nèi)BOG產(chǎn)生速度約為20t/h,需要處理的BOG量達(dá)480t/天,達(dá)到每小時(shí)約7萬元的經(jīng)濟(jì)當(dāng)量(天然氣價(jià)格以2.5元/Nm3計(jì))??紤]到巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益,完善的BOG處理系統(tǒng)是十分必要的。
一、LNG接收站常見的BOG處理方式
接收站BOG的處理工藝包括直接壓縮工藝、再冷凝工藝、排放至火炬和排放至大氣。前兩種通過站內(nèi)設(shè)備的處理,實(shí)現(xiàn)了BOG的回收利用,是一般外輸工況下最普遍的處理方法;后兩種是零外輸或緊急工況下的處理方案。
(一)、直接壓縮工藝
直接壓縮工藝是接收站內(nèi)BOG的主要處理工藝之一。首先BOG進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行初次壓縮,壓縮后的氣體通過增壓機(jī)再次加壓,達(dá)到外輸?shù)膲毫?biāo)準(zhǔn)后與外輸管線中的NG匯合輸送至下游站點(diǎn),從而達(dá)到處理BOG的目的。
(二)、再冷凝工藝
再冷凝工藝是站內(nèi)另一重要的BOG處理工藝。將加壓后的BOG與過冷的LNG混合液化,通過高壓泵加壓,再通過氣化器氣化外輸。主要涉及BOG壓縮機(jī)、再冷凝器以及下游氣化外輸設(shè)備。
BOG經(jīng)壓縮機(jī)加壓后在再冷凝器內(nèi)與低壓輸出總管引流到再冷凝器的LNG混合,將BOG液化為LNG。再冷凝器內(nèi)設(shè)有低溫不銹鋼的超級(jí)拉西環(huán)填料,用以使BOG與LNG充分混合。進(jìn)入再冷凝器LNG的質(zhì)量流量會(huì)根據(jù)BOG的流量不斷變化,通過保證二者之比,使再冷凝器的液位在填料層處保持穩(wěn)定。
(三)、排放至火炬
將BOG通過火炬總管排放至火炬點(diǎn)燃?;鹁嫔显O(shè)有長明燈,以保證火炬有即排即用的能力。排放火炬處理BOG是接收站BOG處理工藝的補(bǔ)充,主要在零外輸?shù)忍厥夤r以及儲(chǔ)罐壓力過高時(shí)BOG處理,以防壓力過高損壞設(shè)備。由于燃燒BOG的經(jīng)濟(jì)成本過高,并且有悖于綠色低碳的發(fā)展觀念,一般情況下僅作特殊工況的處理方案。
(四)、排放至大氣
排放至大氣屬于緊急情況下的BOG處理方案。接收站設(shè)有高點(diǎn)排放設(shè)施,當(dāng)儲(chǔ)罐壓力超過設(shè)定值時(shí),儲(chǔ)罐頂部的PSV閥起跳,將過多BOG氣體排放至安全處大氣中。排放至大氣是用于保護(hù)儲(chǔ)罐等設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)。
二、BOG處理工藝的分析
(一)工藝流程
正常工況下直接壓縮工藝和再冷凝工藝是接收站BOG處理的主要方式。直接壓縮工藝和再冷凝工藝在流程上區(qū)別主要在經(jīng)BOG壓縮機(jī)處理后BOG的去向。直接壓縮工藝原理比較簡單,對(duì)BOG經(jīng)兩次加壓后直接外輸;再冷凝工藝需對(duì)初次加壓的BOG進(jìn)行液化,通過高壓泵加壓,再通過氣化器氣化后外輸。
(二)設(shè)備和穩(wěn)定性
相比再冷凝工藝,直接壓縮工藝的核心設(shè)備增壓機(jī)需要將BOG壓縮到較高的壓力,設(shè)備功耗比較高,并且機(jī)體振動(dòng)較大,對(duì)出口管線的穩(wěn)定性提出了一定的要求;另外,設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的熱量,需要各種冷卻系統(tǒng)降溫,設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜。相比之下,再冷凝工藝的核心設(shè)備再冷凝器則較為節(jié)能,并且易于維護(hù)。除此之外,再冷凝器位于高壓泵組的上游,其本質(zhì)為壓力容器,可在高壓泵的入口起到緩沖罐的作用,從而使高壓泵的運(yùn)行更加穩(wěn)定。
(三)工藝處理能力
單獨(dú)使用直接壓縮工藝和再冷凝工藝中的一種就能滿足接收站BOG最大處理量的要求。再冷凝器的最大處理能力優(yōu)于增壓機(jī)。但再冷凝器下游建有多臺(tái)高壓泵,高壓泵管線保冷產(chǎn)生的BOG還需進(jìn)行再處理,這導(dǎo)致了處理能力的浪費(fèi)。
(四)外輸量的限制
考慮到再冷凝工藝需要用LNG冷凝BOG,為了充分冷凝,二者需要達(dá)到一定流量比。即投用再冷凝器對(duì)最小外輸量有要求;而直接壓縮工藝則能夠達(dá)到低外輸量情況的需求。
(五)冷能利用的影響
通常為了更好的利用LNG的冷能,在LNG接收站旁會(huì)建有空氣分離、冷凍倉庫、深冷粉碎等依附LNG的配套廠區(qū)。例如唐山LNG接收站旁的空氣分離廠,需要利用LNG的低溫分離液化的空氣。
在再冷凝器中冷凝BOG后輸出的LNG溫度已有所升高,使得輸出到空分廠的LNG對(duì)空分效率產(chǎn)生影響,這是用再冷凝工藝處理BOG的限制條件。直接壓縮工藝則不受冷能利用的影響。
三、BOG處理工藝的選擇
接收站外輸量較高時(shí),一方面足以保證再冷凝器處理BOG的LNG用量,另一方面,此時(shí)運(yùn)行了較多的高壓泵,再冷凝器作為高壓泵入口緩沖罐,可以保證高壓泵的平穩(wěn)運(yùn)行;另外,此期間LNG流量較大,冷凝BOG對(duì)輸送到冷能利用工廠的LNG溫度影響較小,此時(shí)使用再冷凝工藝處理BOG比較合適。
外輸量較低時(shí),由于再冷凝器的流量限制,且投用再冷凝器對(duì)冷能利用的影響很大,因此冷能利用投用時(shí)或處于小外輸量時(shí)采用直接壓縮工藝。
前兩種方案是接收站日常氣化外輸?shù)恼9r下的處理工藝,當(dāng)接收站處于零外輸工況時(shí),只能盡量使儲(chǔ)罐維持在較高的壓力,并將無法利用的BOG排向火炬燃燒處理,以維護(hù)設(shè)備和管線的安全;當(dāng)儲(chǔ)罐壓力超過罐頂安全閥設(shè)定值時(shí),PSV會(huì)起跳,直接將BOG排向大氣,以強(qiáng)行降壓保護(hù)儲(chǔ)罐,這些是非正常工況下的BOG處理工藝。
四、總結(jié)
LNG接收站BOG處理主要包括直接壓縮工藝、再冷凝工藝、排放至火炬和排放至大氣。直接壓縮工藝原理簡單,可在外輸量低時(shí)使用,對(duì)冷能利用沒有影響,但功耗較高,存在一定的維護(hù)成本;再冷凝工藝節(jié)能,有較高的處理效率,且再冷凝器可以起到緩沖罐作用,但該工藝有最小外輸量的限制,再冷凝器出口的LNG溫度升高也會(huì)影響到冷能利用的效率;另外兩種方案作為BOG處理系統(tǒng)的補(bǔ)充,解決緊急工況BOG的問題。四種處理工藝優(yōu)勢互補(bǔ),組成了完善的BOG處理系統(tǒng),是接收站安全平穩(wěn)運(yùn)行的保障。
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