趙順喜 謝 東

（中海福建天然氣有限責任公司，福建 莆田 351100）

0 引言

無卸料操作期間由于LNG 儲罐吸熱、管道循環(huán)保冷以及槽車排放和工藝管道上安全閥起跳等因素均會產生蒸發(fā)氣（BOG）。隨著BOG 生成量的增加，儲罐壓力會隨之升高，嚴重時可能造成儲罐超壓，對儲罐安全運行構成嚴重威脅，因此儲罐壓力的控制十分關鍵。筆者擬分析在非卸料情況下，由于自然因素、下游用戶及其他原因導致正常外輸無法連續(xù)進行時對BOG 不同的外輸處理方式。

1 BOG生成量的計算

1.1 儲罐吸熱產生的BOG量

在實際操作中對于儲罐實際蒸發(fā)量的計算通常采用經驗值估算[1]，其公式如下：

式中，M1為儲罐吸熱產生的BOG量，kg／h；A為儲罐的蒸發(fā)系數，通常為（0.05%～0.08%）／d；ρ1為儲罐中LNG 的密度，kg／m3；Ve為儲罐中LNG的實際體積，m3。

LNG 全容罐A 一般取0.05%，ρ1按436 kg／m3計算。在福建LNG3號、4號罐投產后，4 個160 000 m3儲罐每天最高可產生的BOG量高達140 t；隨著儲罐液位下降，BOG的產量有所減少。但根據承包商計算書中提供的吸熱數據可知，即使按照目前操作的最低液位4 m 計算，每天產生的BOG量仍會達到約38 t。

1.2 管線系統(tǒng)產生的BOG量

在間斷外輸期間需要考慮對管線系統(tǒng)（碼頭卸料管線、外輸管線、槽車裝車管線）循環(huán)保冷，此過程不可避免會產生BOG 氣體。管線系統(tǒng)的熱量吸入采取以下公式計算：

式中，QL為LNG管線的吸熱量，W；λ為保溫層的熱導率，W／（m·℃）；ho為保溫層外表面溫度下的傳熱系數，W／（m2·℃）；Ta為大氣溫度，℃；Ti為管道內LNG 的流體溫度，℃；L 為管道長度，m；Do為保溫層的外徑，m；Di為保溫層的內徑，m；Tk為保溫層厚度，m。

經計算碼頭循環(huán)、零輸出循環(huán)、槽車循環(huán)每天產生的BOG量分別為21 t、15 t和7 t。

1.3 罐內泵產生的BOG量

罐內泵在運行時由于做功產生熱量，這部分熱量會使儲罐的LNG 氣化產生BOG。在間斷外輸期間，要保證循環(huán)管線的冷卻，則至少有一臺低壓泵運行，因此每天可以產生約17 t BOG。

可以看出，如此龐大的BOG 產量須得到及時有效的處理，否則將對儲罐運行造成安全隱患。

2 儲罐壓力控制方式

2.1 BOG壓縮外輸

1）BOG 低壓外輸。是指BOG 氣體經低壓壓縮機壓縮后直接外輸到輸氣干線。在接收站試車投產初期，下游用戶少、用量不大、對用氣壓力要求較低的情況下，可以選擇由BOG 壓縮機壓縮之后直接進行外輸，借助于下游管網的儲氣能力以控制儲罐壓力。用BOG 壓縮機進行低壓外輸時，需要對流程進行改動：①將高壓泵進出口用大管徑跨接連通；②外輸過程中要嚴密監(jiān)控壓縮機入口分液罐的液位，防止液位過高引發(fā)壓縮機聯鎖跳車；③注意監(jiān)控壓縮機入口的BOG溫度，以防BOG攜帶LNG進入壓縮機，造成壓縮機機械性損傷（圖1）。

低壓外輸時，BOG 經壓縮機壓縮后進入再冷凝器，然后經過低壓輸出管線和高壓泵出口匯管的跨接管線進入開架式汽化器（ORV）與海水換熱后向下游用戶輸送，分離出的液體則進入排放罐，通過循環(huán)管線流回儲罐。

圖1 BOG低壓外輸工藝流程示意圖

2）BOG 高壓外輸。是指BOG 氣體經高壓壓縮機壓縮后直接外輸到輸氣干線。儲罐中BOG 氣體經高壓壓縮機加壓后達到外輸管網的壓力，高壓氣體繞過再冷凝器、高壓泵和氣化器直接進入外輸管網。通常在BOG 氣體進入壓縮機之前要經過加熱器進行加熱，避免過冷的BOG 進入壓縮機后對壓縮機造成損壞；氣體經過壓縮之后溫度較高，要經過冷卻才能輸入管網，故在壓縮機出口裝有冷卻器。

2.2 BOG再冷凝外輸

1）BOG 再冷凝高壓外輸。是指儲罐的BOG 氣體通過壓縮機加壓，儲罐內的LNG 經低壓泵輸出后與壓縮的BOG 氣體按照一定比例在再冷凝器中逆流換熱。過冷的LNG利用自身冷能將大部分BOG氣體冷凝，之后輸入高壓泵加壓，經氣化器氣化后送入輸氣干線。

實際操作中，根據儲罐及外輸管網壓力和下游用氣量，合理控制壓縮機和高壓輸出泵的負荷，利用有限的外輸空間降低儲罐壓力，防止BOG 通過火炬或儲罐安全閥放空。

2）BOG 再冷凝低壓外輸。是指BOG 氣體經低壓壓縮機壓縮后冷凝輸送至公路槽車裝車系統(tǒng)。在槽車外輸的同時，可考慮將BOG 經過壓縮機壓縮后，輸送至再冷凝器，利用LNG 的冷能將壓縮后的BOG 液化。鑒于目前槽車裝車要求至少開通7 個撬位，考慮到槽車拆裝臂的交叉間隙，裝車流量可達260～300 m3／h。啟動一臺壓縮機（處理能力約7 t／h），按進入再冷凝器的氣液比為9.2 ∶1計算，得出再冷凝器頂部的冷凝LNG 量為64 t／h（約145 m3／h），其余的LNG 則通過再冷凝器底部旁路03LV0004B輸送，具體流程見圖2。

在以上流程圖中，需對現有流程做相應的變更改造：①在高壓泵進口匯管處連一跨接至槽車12吋管道，同時設置兩個FV 閥（FV-1、FV-2）；②利用低壓外輸工藝回收BOG時，FV-1關閉，LNG流量通過03FV0001、03LV0004B 及FV-2 閥控制，輸送壓力通過03FV0001控制在500 kPa（槽車日常裝車撬內壓力為200～300 kPa）；③當高壓外輸啟動后，FV-2 閥完全關閉，FV-1 閥完全打開為槽車系統(tǒng)提供LNG。

圖2 再冷凝低壓輸出工藝流程示意圖

2.3 火炬、安全閥放空

當儲罐中的BOG 無法運用正常外輸工藝處理時，為了防止儲罐超壓，要通過火炬進行放空或通過儲罐的安全閥就地放空。

3 控制方式的比較與選擇

3.1 低壓外輸和火炬、安全閥放空

BOG 低壓外輸只適合于項目投產初期，在項目正常運營之后受外輸管網壓力及下游用戶合同壓力的限制，不能使用BOG 低壓外輸的方法來降低罐壓。在用其他方法都不能控制儲罐壓力時才能采用火炬或安全閥放空，放空氣體會產生溫室效應，污染環(huán)境，通常情況下不會使用。

3.2 BOG再冷凝高壓外輸

再冷凝高壓外輸工藝中，使用的兩臺2DL250B-2B_1 型壓縮機（每臺壓縮機有0、50%、100%三級負荷調節(jié)，處理能力為7 t／h）參考儲罐壓力步進調節(jié)負荷，控制儲罐壓力。

此工藝控制罐壓時要配套運行多臺設備，功率消耗見表1。

表1 設備功率消耗表

由表1可知，再冷凝工藝運行設備多，操作中監(jiān)控負擔大，運行中能耗大，維護成本高。尤其是再冷凝工藝需考慮儲罐中BOG 總量以及下游管網容量，有相當的局限性。

3.3 BOG高壓外輸

BOG 高壓外輸采用4M32-26／6.5-75.5 型壓縮機，使BOG 壓縮后的壓力達到外輸管網壓力直接輸送到下游天然氣管網。運行高壓壓縮機時無須開動其他設備，操作相對簡單，能耗小（壓縮機功率為2×1 250 kW），可根據罐壓對壓縮機負荷進行調節(jié)；此工藝無需LNG 冷凝，可以使下游有限管容的管網輸出更多的BOG 氣體，使儲罐壓力降低至更安全的范圍。此工藝控制罐壓受下游管網容量的限制較小，操作上更有靈活性和實用性。

3.4 BOG再冷凝低壓外輸

再冷凝低壓外輸時無需啟動高壓泵等設備，只需借助槽車裝車的LNG 冷凝回收BOG，此工藝節(jié)能效果更明顯（BOG壓縮機功率575 kW）。唯一不足的是在用此工藝回收BOG 時，再冷凝器液位受裝車流量的影響較大，增加了操作員的監(jiān)控難度。

3.5 BOG處理工況選擇

LNG 接收站在間斷外輸期間，處理BOG 的方法較多，在操作中需要針對不同工況的優(yōu)化組合，以達到最好的效果。BOG工況及對應處理方式見表2。

4 結論

1）工況1 和工況2 的處理方式中，優(yōu)先考慮BOG 再冷凝高壓外輸，但是當輸氣干線壓力處于高位（6 MPa 以上）時則優(yōu)先考慮使用BOG 高壓外輸工藝。

表2 BOG工況及對應處理方式表

2）工況3 是接收站最為常見的工況，在此工況下主要考慮采用BOG 再冷凝低壓外輸工藝控制儲罐壓力。

3）對于工況4 和工況5 只能選擇BOG 高壓外輸工藝，BOG 低壓外輸工藝不適用于正常投產的LNG接收站。

［1］王彥.LNG 接收站蒸發(fā)氣的發(fā)生與氣量計算［J］.油氣儲運，2010，29（5）：363-364.