黃剛 李長虹（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司， 北京 100085）

LNG接收站BOG處理工藝對比及優(yōu)化

黃剛 李長虹（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司， 北京 100085）

本文介紹了LNG接收站BOG再冷凝工藝和高壓壓縮工藝流程及其各自的優(yōu)缺點。并以4×160000m3LNG接收站為研究對象，通過HYSYS軟件對這兩種工藝進(jìn)行了模擬，計算出這兩種工藝的能耗。提出將這兩種工藝結(jié)合，以實現(xiàn)在節(jié)能的同時，有效回收BOG。

LNG接收站；BOG回收；再冷凝；高壓壓縮；能耗

0　引言

BOG英文全稱Boil Off Gas，是LNG接收站內(nèi)部分LNG氣化產(chǎn)生的閃蒸氣。BOG的產(chǎn)生主要有以下幾種途徑：①吸收外部熱量產(chǎn)生BOG；②體積置換（如卸料期間、預(yù)冷期間）產(chǎn)生BOG；③泵循環(huán)運行時部分電能轉(zhuǎn)化為熱能產(chǎn)生BOG［1］。

BOG積存在LNG裝置內(nèi)會使裝置的壓力升高，存在安全隱患，所以，裝置內(nèi)的BOG氣體必須回收，才能保證LNG接收站的正常運行。目前，LNG接收站多采用再冷凝工藝或高壓壓縮工藝回收裝置產(chǎn)生的BOG。下文將對這兩種工藝進(jìn)行詳細(xì)的描述、計算，分析各自的優(yōu)缺點，并提出再冷凝和高壓壓縮的結(jié)合工藝。

2　工藝介紹

2.1BOG再冷凝工藝及其優(yōu)缺點

LNG接收站BOG再冷凝工藝主要設(shè)備包括LNG儲罐、BOG壓縮機(jī)、再冷凝器、高壓泵、氣化器。LNG儲罐內(nèi)BOG氣體溫度為-140℃，壓力為110kPa，經(jīng)過BOG壓縮機(jī)壓縮到1.0MPa后，與LNG儲罐內(nèi)低壓泵增壓的LNG（溫度為-162℃，壓力為1.0MPa）在再冷凝器中混合。由于LNG增壓后處于過冷狀態(tài)，可以利用LNG的冷能使BOG再冷凝，再冷凝后一起經(jīng)高壓泵加壓到10MPa送入氣化器。氣化器使LNG氣化成氣態(tài)天然氣，最后經(jīng)輸氣管網(wǎng)外輸。

BOG再冷凝工藝的優(yōu)點是：在LNG接收站正常外輸工況下，BOG能全部回收，且再冷凝工藝比高壓壓縮工藝回收BOG更經(jīng)濟(jì)、節(jié)能［1］，所以LNG接收站普遍采用BOG再冷凝工藝。但正是因為再冷凝工藝是充分利用LNG的冷能使BOG液化［2］，從而降低壓縮機(jī)的功率。所以在以下幾種工況下BOG將無法通過再冷凝工藝回收：①LNG接收站預(yù)冷期間產(chǎn)生的全部BOG氣體，②LNG接收站零外輸期間或小流量外輸期間產(chǎn)生的BOG氣體。

2.2BOG高壓壓縮工藝及其優(yōu)缺點

LNG接收站BOG高壓壓縮工藝主要設(shè)備包括LNG儲罐、BOG壓縮機(jī)、高壓壓縮機(jī)、高壓泵、氣化器。LNG儲罐內(nèi)BOG氣體溫度為-140℃，壓力為110kPa，經(jīng)過BOG壓縮機(jī)壓縮到1.0MPa，隨后直接由高壓壓縮機(jī)壓縮至10MPa后，送進(jìn)輸氣管網(wǎng)。LNG儲罐內(nèi)低壓泵增壓送出的LNG（溫度為-162℃，壓力為1.0MPa）直接經(jīng)高壓泵加壓到10MPa送入氣化器氣化，氣化后也送進(jìn)輸氣管網(wǎng)外輸。

高壓壓縮工藝能回收以下工況下產(chǎn)生的BOG氣體：①LNG接收站正常外輸時產(chǎn)生的BOG氣體；②LNG接收站預(yù)冷期間產(chǎn)生的部分BOG氣體；③LNG接收站零外輸期間或小流量外輸期間產(chǎn)生所有的BOG氣體。但通過下面的工藝計算可以得出高壓壓縮工藝比再冷凝工藝的能耗高許多。

3　工藝計算

LNG的主要成分是CH4［3］，以下工藝計算中LNG、LNG氣化后的BOG和外輸氣體均視為純凈的CH4。

3.1BOG再冷凝工藝計算

以一座含有4臺160000m3LNG儲罐，設(shè)計外輸量為2000×104Sm3（0℃、101.325kPa）的LNG接收站為研究對象，進(jìn)行工藝計算，參考文獻(xiàn)5中的數(shù)據(jù)：卸船時BOG最大產(chǎn)生量為20.506t/h；非卸船時BOG最大產(chǎn)生量為9.118t/h；儲罐無外輸時BOG最大產(chǎn)生量為7.262t/h［1］。

BOG壓縮機(jī)工藝計算

非卸船時BOG最大產(chǎn)生量為9.118t/h，由n=m / M可以得到BOG的摩爾流量為：nBOG= mBOG/ MBOG=9.118×103/16=570kmol/h，BOG進(jìn)出BOG壓縮機(jī)的工藝參數(shù)如下表1所示：

表1　BOG進(jìn)出BOG壓縮機(jī)的工藝參數(shù)

利用HYSYS模擬BOG壓縮機(jī)，可以得到BOG出BOG壓縮機(jī)的溫度為-9.24℃，BOG壓縮機(jī)的軸功率為669kW。

再冷凝器的工藝計算

外輸量2000×104Sm3/d=83.3×104Sm3/h，可以得到外輸氣體的摩爾質(zhì)量為：n外輸=83.3×104/22.4=3.47×104kmol/h。所以LNG進(jìn)再冷凝器的摩爾流量為：nLNG=n外輸-nBOG=3.47×104-570=3.41×104kmol/h。再冷凝器進(jìn)出物料的工藝參數(shù)如下表2所示：

表2　再冷凝器進(jìn)出物料的工藝參數(shù)

利用HYSYS模擬再冷凝器，可以得到LNG出再冷凝器的溫度為-158.1℃

高壓泵的工藝計算

LNG進(jìn)出高壓泵的工藝參數(shù)如下表3所示：

表3　LNG進(jìn)出高壓泵的工藝參數(shù)

利用HYSYS模擬高壓泵，可以得到高壓泵的軸功率為4423kW，LNG出高壓泵的溫度為-152.9℃。

因此再冷凝工藝的總能耗為669kW +4423kW=5092kW。

3.2BOG高壓壓縮工藝計算

高壓壓縮機(jī)工藝計算

由于高壓壓縮機(jī)的壓縮比較高，需采用二級壓縮［4］，一級和二級出口分別設(shè)置冷卻器，將一級和二級出口的溫度分別降至30℃。

BOG進(jìn)出高壓壓縮機(jī)的工藝參數(shù)如下表4所示：

表4　BOG進(jìn)出高壓壓縮機(jī)的工藝參數(shù)

利用HYSYS模擬高壓壓縮機(jī)，可以得到BOG出高壓壓縮機(jī)一級、二級的溫度分別為107.2℃和135.9℃，一級、二級的軸功率分別為653kW和594kW，高壓壓縮機(jī)的軸功率為653+594=1247kW。

高壓泵的工藝計算

LNG進(jìn)出高壓泵的工藝參數(shù)如下表5所示：

表5　LNG進(jìn)出高壓泵的工藝參數(shù)

利用HYSYS模擬高壓泵，可以得到高壓泵的軸功率為4291kW，LNG出高壓泵的溫度為-157℃。

因此高壓壓縮工藝的總能耗為669kW +1247kW +4291kW=6207kW。

通過對再冷凝工藝和高壓壓縮工藝的計算，可以得出正常外輸時高壓壓縮工藝比再冷凝工藝的能耗高6207.6kW -5092kW=1115kW。

4　工藝優(yōu)化

BOG再冷凝工藝和高壓壓縮工藝有各自的優(yōu)缺點，將兩種工藝相結(jié)合可以得到BOG再冷凝工藝+高壓壓縮工藝。該工藝有以下幾個優(yōu)點：（1）正常外輸期間，利用再冷凝器能回收全部BOG，并且能耗低；（2）預(yù)冷期間，利用高壓壓縮機(jī)回收預(yù)冷產(chǎn)生的部分BOG，減少BOG的浪費；（3）零外輸和小流量外輸期間，利用高壓壓縮機(jī)全部回收BOG，避免BOG的浪費。

［1］李兵，程春軍，陳功劍.LNG接收站BOG處理技術(shù)優(yōu)化［J］.油氣加工，2012，30（5）：27-30.

［2］劉浩，金國強(qiáng).LNG接收站BOG氣體處理工藝［J］.化工設(shè)計，2006，16（1）：13-16.

［3］顧安忠，等.液化天然氣技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2003.

［4］陳敏恒，等.化工原理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2006.

黃剛（1987- ）， 男，漢族，四川平昌人，本科，從事LNG工藝和配管研究。