唐維華

(吉林省華生燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司，吉林四平136000)

1 概述

吉林省華生燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司建設(shè)西八大新門站(以下簡(jiǎn)稱新門站)，在新門站建設(shè)中設(shè)有液化天然氣(LNG)氣化站及LNG加氣站內(nèi)容。由于LNG工藝的特殊性，必然要產(chǎn)生BOG氣體。同時(shí)BOG的壓力只有0.7 MPa，而城市天然氣管網(wǎng)運(yùn)行壓力為1.0 MPa，因此，BOG無(wú)法直接進(jìn)入城市天然氣管網(wǎng)。為了實(shí)現(xiàn)BOG的有效利用，本文研究BOG回收系統(tǒng)。

2 BOG的產(chǎn)生量

新門站中的LNG工程主要包括LNG氣化站及LNG加氣站。BOG產(chǎn)生的主要部位及原因是LNG氣化站及LNG加氣站儲(chǔ)罐冷損及槽車卸車引起。根據(jù)規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定對(duì)BOG產(chǎn)生量進(jìn)行測(cè)算。

① 對(duì)于LNG氣化站儲(chǔ)罐，根據(jù)GB 18443.5—2010《真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗(yàn)方法 第5部分：靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)量》(以下簡(jiǎn)稱GB 18443.5—2010)第8.2.2條，100 m3的立式LNG儲(chǔ)罐的日蒸發(fā)率為0.2%，經(jīng)計(jì)算，4臺(tái)100 m3的立式LNG儲(chǔ)罐每日產(chǎn)生的BOG量為480 m3。

② 對(duì)于LNG加氣站儲(chǔ)罐，根據(jù)GB 18443.5—2010第8.2.2條，60 m3的臥式LNG儲(chǔ)罐的日蒸發(fā)率為0.316%，經(jīng)計(jì)算，該儲(chǔ)罐每日產(chǎn)生的BOG量為120 m3。

③ LNG槽車卸車產(chǎn)生BOG，按0.6 MPa工作壓力，根據(jù)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)算，則每車BOG量為350 m3。

由于無(wú)法計(jì)算未來(lái)槽車卸車頻度及準(zhǔn)確損耗，BOG回收系統(tǒng)中的BOG壓縮機(jī)選型暫以LNG氣化站及LNG加氣站儲(chǔ)罐產(chǎn)生的BOG量作為依據(jù)。LNG槽車卸車產(chǎn)生的BOG按常規(guī)工藝放散。同時(shí)，其他設(shè)備和管道產(chǎn)生的BOG按常規(guī)工藝放散。

根據(jù)以上考慮和計(jì)算，每日產(chǎn)生的BOG量約600 m3，年產(chǎn)生的BOG量約21.9×104m3。如果不進(jìn)行回收，則每年造成的經(jīng)濟(jì)損失按照LNG全年平均價(jià)格5 000 元/t計(jì)算，每年的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)70×104元。

3 BOG回收系統(tǒng)

3.1 基本情況

門站距離市區(qū)約10 km，正常輸配時(shí)主氣源為中石化1.6 MPa的管道天然氣，門站將接收的管道天然氣調(diào)壓至1.0 MPa，通過(guò)10 km次高壓管道輸送至市區(qū)，在進(jìn)入市區(qū)前進(jìn)行二次調(diào)壓，將壓力調(diào)整為0.2 MPa進(jìn)入市區(qū)中壓管網(wǎng)。

此門站中LNG氣化站僅作為應(yīng)急儲(chǔ)備使用，只有上游中石化管道天然氣斷供時(shí)，LNG氣化站才啟用。氣化站啟動(dòng)時(shí)，將LNG儲(chǔ)罐中的LNG氣化后，按照0.5 MPa壓力輸送至市區(qū)，經(jīng)二次調(diào)壓至0.2 MPa，進(jìn)入市區(qū)中壓管網(wǎng)。由于上游氣源斷供屬于突發(fā)情況，LNG氣化量可能低于市區(qū)實(shí)際需求量，按照優(yōu)先保證居民、學(xué)校、供暖的原則進(jìn)行限量供應(yīng)。

前期已建成的門站中，在考慮LNG氣化站及LNG加氣站BOG放散時(shí)，已經(jīng)在LNG氣化站設(shè)置處理能力為500 m3/h的水浴式BOG加熱器，能夠?qū)OG加熱到5 ℃以上。

在考慮BOG回收過(guò)程中，關(guān)鍵需要解決因BOG壓力低于主氣源供氣壓力，無(wú)法直接進(jìn)入城市管網(wǎng)的問(wèn)題。

3.2 BOG回收總體方案

① LNG氣化站僅作為應(yīng)急氣源，啟動(dòng)時(shí)輸出天然氣壓力為0.5 MPa。正常情況下門站出口壓力為1.0 MPa，BOG壓縮機(jī)出口壓力設(shè)定為1.1 MPa。因此，LNG氣化站的BOG回收系統(tǒng)僅在此LNG氣化站靜止時(shí)啟動(dòng)，即LNG氣化站運(yùn)行期不進(jìn)行BOG回收。LNG加氣站在加氣及靜止時(shí)均正?；厥誃OG。在運(yùn)行時(shí)，LNG氣化站和LNG加氣站無(wú)法回收的BOG直接進(jìn)行放散處理。

② 在LNG氣化站及LNG加氣站的儲(chǔ)罐設(shè)置壓力傳感器，將壓力數(shù)據(jù)傳輸至站區(qū)控制系統(tǒng)。

③ 將LNG氣化站及LNG加氣站的BOG回收管道，匯總至BOG回收系統(tǒng)，即BOG壓縮機(jī)房。

④ 建設(shè)BOG壓縮機(jī)房，其中設(shè)置BOG緩沖罐及小型壓縮機(jī)。壓縮機(jī)的啟停由站區(qū)控制系統(tǒng)控制。

⑤ 當(dāng)LNG儲(chǔ)罐壓力達(dá)到0.7 MPa時(shí)，BOG壓縮機(jī)啟動(dòng)，將BOG壓力提升至1.1 MPa(略高于城市天然氣管網(wǎng)1.0 MPa的運(yùn)行壓力)，通過(guò)出站管道進(jìn)入城市天然氣管網(wǎng)。當(dāng)LNG儲(chǔ)罐壓力低至0.4 MPa時(shí)，BOG壓縮機(jī)自動(dòng)關(guān)閉。

⑥ 當(dāng)LNG氣化站運(yùn)行時(shí)，由于氣化后輸出天然氣壓力為0.5 MPa，低于BOG回收系統(tǒng)的輸出壓力(1.1 MPa)，因此，此時(shí)LNG氣化站和LNG加氣站產(chǎn)生的BOG不回收，直接放散。

⑦ BOG回收系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行自動(dòng)控制及手動(dòng)雙重操作系統(tǒng)，實(shí)施自動(dòng)提示、報(bào)警及人工啟動(dòng)相結(jié)合，安全性高。

⑧ 采用LNG氣化站現(xiàn)有的BOG加熱器將LNG氣化站和LNG加氣站的BOG加熱到5 ℃以上，然后BOG進(jìn)入緩沖罐、BOG壓縮機(jī)。BOG壓縮機(jī)選用常規(guī)的天然氣壓縮機(jī)。

3.3 LNG氣化站BOG回收工藝流程

LNG氣化站BOG回收工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 LNG氣化站BOG回收工藝流程

LNG作為四平市備用氣源，只有在中石化氣源斷供時(shí)才啟動(dòng)。通過(guò)儲(chǔ)罐增壓器給LNG儲(chǔ)罐增壓，LNG由LNG儲(chǔ)罐進(jìn)入空溫式氣化器進(jìn)行氣化，再通過(guò)調(diào)壓橇將壓力調(diào)整為0.5 MPa，然后進(jìn)入城市天然氣管網(wǎng)。此時(shí)，BOG不回收，直接放散。

當(dāng)冬季室外溫度低于-20 ℃時(shí)，為了防止后續(xù)管道和設(shè)備被低溫氣體損壞，需要通過(guò)水浴式復(fù)熱器進(jìn)行加熱升溫，保證LNG氣化后的天然氣能夠達(dá)到5 ℃以上，再通過(guò)調(diào)壓橇，然后進(jìn)入城市天然氣管網(wǎng)。此時(shí)，BOG不回收，直接放散。

只有在LNG氣化站靜止時(shí)(即氣化工藝系統(tǒng)不運(yùn)行時(shí))，BOG回收系統(tǒng)才運(yùn)行。LNG儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG經(jīng)過(guò)BOG加熱器進(jìn)行加熱升溫，將BOG升溫至5 ℃以上，保證低溫氣體不會(huì)對(duì)BOG回收系統(tǒng)的管道和設(shè)備造成損傷。在LNG儲(chǔ)罐達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，啟動(dòng)BOG壓縮機(jī)，將BOG壓力提升至1.1 MPa，然后進(jìn)入城市天然氣管網(wǎng)。

3.4 LNG加氣站BOG回收工藝流程

LNG加氣站BOG回收工藝流程見(jiàn)圖2。

LNG加氣機(jī)與LNG儲(chǔ)罐通過(guò)氣相管連通，達(dá)到加氣機(jī)與儲(chǔ)罐的壓力平衡。

啟動(dòng)LNG潛液泵，將儲(chǔ)罐中LNG通過(guò)加氣機(jī)輸送至待加氣車輛，完成加氣過(guò)程。潛液泵在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，使泵池中的LNG升溫；在潛液泵不工作時(shí)，因受到外部環(huán)境影響，泵池中的LNG也會(huì)升溫。而升溫會(huì)引起泵池內(nèi)壓力提高，為保護(hù)潛液泵安全使用，將泵池的氣相空間與儲(chǔ)罐的氣相空間連通，保證潛液泵在低溫下安全運(yùn)行。

LNG加氣站儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG，經(jīng)過(guò)BOG加熱器加熱，將溫度提升至5 ℃以上，并通過(guò)管道與LNG氣化站的BOG回收管道連接，統(tǒng)一進(jìn)行回收。在LNG儲(chǔ)罐達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，啟動(dòng)壓縮機(jī)，將BOG壓力提升至1.1 MPa，然后進(jìn)入城市天然氣管網(wǎng)。

如果出現(xiàn)中石化天然氣氣源斷供情況，LNG氣化站啟動(dòng)，氣化后輸出氣體壓力為0.5 MPa，低于BOG回收壓力(1.1 MPa)，因此，此時(shí)LNG加氣站的BOG直接放散。

3.5 設(shè)備選型

BOG壓縮機(jī)選擇DFW-1.5/(4-7)-11型，主機(jī)為D型、一級(jí)壓縮、雙作用活塞式壓縮機(jī)。進(jìn)氣溫度為0～40 ℃,進(jìn)口壓力為0.4～0.7 MPa，出口壓力為1.1 MPa，出口工況體積流量為1.5 m3/min。冷卻方式采用風(fēng)冷，氣缸采用無(wú)油潤(rùn)滑。壓縮機(jī)額定電功率為22 kW，轉(zhuǎn)速為730 r/min。

BOG緩沖罐設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa,容積為1 m3。為節(jié)約設(shè)備占地，在采購(gòu)時(shí)要求廠家將緩沖罐橇裝在BOG壓縮機(jī)上。

由于LNG氣化站和LNG加氣站產(chǎn)生的BOG利用已有的水浴式BOG加熱器進(jìn)行加熱，統(tǒng)一回收。因此，在BOG回收系統(tǒng)改造工程中不需要增加BOG加熱設(shè)備。

4 投資及投資回收期

① 投資費(fèi)用

BOG回收系統(tǒng)主要投資項(xiàng)目包含儲(chǔ)罐的傳感系統(tǒng)、BOG壓縮機(jī)(含緩沖罐)、壓縮機(jī)房、BOG回收自控系統(tǒng)等費(fèi)用，見(jiàn)表1。由于各儲(chǔ)罐本身自帶壓力傳感系統(tǒng)，因此，此部分費(fèi)用忽略。BOG壓縮機(jī)房占地不計(jì)算費(fèi)用。由于在BOG回收系統(tǒng)改造工程中不需要增加BOG加熱設(shè)備，因此，此部分的投資不考慮。

表1 BOG壓縮機(jī)及機(jī)房費(fèi)用

② 壓縮機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用

壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)功率為22 kW，處理量為500 m3/h。按照每日需要處理BOG量為600 m3計(jì)算，每日運(yùn)行1.2 h，用電量26.4 kW·h，電價(jià)按1元/(kW·h)計(jì)，每日運(yùn)行費(fèi)用僅為26.4 元，運(yùn)行成本幾乎可以忽略。

③ BOG加熱器的運(yùn)行費(fèi)用

實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，水浴式BOG加熱器需進(jìn)行水浴加熱的運(yùn)行時(shí)間非常短，因此，其運(yùn)行費(fèi)用可以忽略不計(jì)。

④ 投資回收期

每日回收BOG約600 m3，則每年回收BOG約219 000 m3，約156.42 t。LNG價(jià)格按5 000元/t計(jì)算，BOG回收每年可挽回經(jīng)濟(jì)損失約78×104元，靜態(tài)投資回收期為0.7 a。

⑤ 運(yùn)行效果

目前LNG氣化站、LNG加氣站及BOG回收系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行2 a，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，回收效果明顯。

5 結(jié)論

① 通過(guò)建設(shè)BOG回收系統(tǒng)，可以使LNG氣化站及LNG加氣站的BOG得到回收利用。

② BOG回收系統(tǒng)已運(yùn)行2 a，使用平穩(wěn)，回收效果明顯，為燃?xì)馄髽I(yè)節(jié)能降耗作出較大貢獻(xiàn)。