任 東

（廣東惠州液化天然氣有限公司，廣東 惠州 516000）

LNG接收站對BOG的處理方式，主要采用再冷凝工藝和直接壓縮外輸工藝[1]，兩者都能夠有效地處理過量的BOG，維持儲罐壓力的穩(wěn)定，但再冷凝工藝的適用性更廣，因此廣泛應用于各LNG接收站。但是對于調峰型LNG接收站，在低外輸量的工況下，外輸所需的LNG大部分來自于再冷凝器的上部，進入再冷凝器底部的LNG量較少，如果不采取正確的措施加以控制，會導致再冷凝器的出口溫度過高，引起高壓泵汽蝕，不利于生產穩(wěn)定運行。

1 LNG接收站BOG的再冷凝工藝流程

BOG氣體經BOG入口的分液罐進行氣液分離后，進入BOG壓縮機，經過兩級壓縮后進入再冷凝器上部。儲罐中的LNG經低壓泵加壓后分成兩路，一路去再冷凝器上部，由調節(jié)閥FV-03001調節(jié)LNG量，用于冷凝經BOG壓縮機加壓后的BOG；另一路經過再冷凝器下部，與冷凝液混合后供給高壓泵，通過氣化器入口的流量調節(jié)閥調節(jié)外輸量，氣化后輸送至計量站，然后進入高壓管網。

2 BOG再冷凝工藝的控制關鍵

再冷凝工藝的核心設備是再冷凝器，其上部用于BOG冷凝，下部則為高壓泵提供緩沖。再冷凝工藝操作穩(wěn)定的關鍵，是要保證再冷凝器液位和壓力的穩(wěn)定，同時要滿足高壓泵入口溫度的要求，避免高壓泵發(fā)生汽蝕。因此，再冷凝工藝控制的關鍵參數有再冷凝器液位、高壓泵吸入口飽和蒸汽壓差、冷凝BOG所需的LNG與BOG的質量比等。

圖1 再冷凝器工藝流程圖

2.1 再冷凝器的液位

再冷凝器液位主要由其頂部壓力、底部壓力及LNG的密度決定。當頂部與底部的壓力差增大，進入再冷凝器的LNG密度減小時，液位升高，反之則降低，計算公式如下[2]：

式中，L為再冷凝器液位，m；P2為再冷凝器底部壓力，MPa；P1為再冷凝器頂部壓力，MPa；ρ為LNG的密度，kg·m-3；g為重力常數，N·kg-1。

由上式可以看出，當(P2-P1) 增大時，再冷凝器的液位L上升，反之則下降；當LNG的密度增大時，再冷凝器的液位下降，反之則上升。

2.2 再冷凝器的壓力

再冷凝器的底部壓力，等于其頂部的氣相空間壓力加上再冷凝器內液相的靜壓，其底部壓力也是高壓泵的入口壓力，所以要使高壓泵不發(fā)生汽蝕，就必須保證再冷凝器的底部壓力與進入高壓泵的飽和蒸汽的壓差達到高壓泵的最小標準。飽和蒸汽的壓差過低時，高壓泵會出現振動過大、汽蝕等問題，影響外輸運行，因此，再冷凝器的頂部、底部壓力是保持接收站穩(wěn)定運行的重要參數。

再冷凝器頂部壓力P1主要通過控制上部冷凝的LNG量實現。當進入再冷凝器的BOG量發(fā)生變化時，可適當調節(jié)上部FV閥的開度，控制再冷凝器的壓力維持在0.68～0.72MPa之間。控制再冷凝器的出口壓力P2，就是調節(jié)高壓泵吸入口的飽和蒸汽壓差，目的是防止高壓泵出現汽蝕而導致損傷。

飽和蒸汽壓差的計算公式如下：

式中，T為高壓泵入口LNG的溫度，℃；PT為溫度為T時的飽和蒸汽壓，MPa；P2為再冷凝器底部壓力，MPa；PDI為高壓泵入口的飽和蒸汽壓差，MPa。

由上述公式可以看出，PDI受高壓泵入口LNG的溫度和再冷凝器底部壓力的影響。高壓泵入口LNG的溫度，由再冷凝器出口的LNG溫度和流量，以及再冷凝器下部LNG的溫度和流量決定，因此PDI主要受到再冷凝器的底部壓力、再冷凝器出口的LNG溫度和流量，以及再冷凝器下部的LNG溫度和流量的影響。

2.3 冷凝BOG所需的LNG與BOG的質量比

在BOG再冷凝工藝中，控制好冷凝BOG所需的LNG與BOG的質量比，是再冷凝器保持平穩(wěn)運行的前提，主要由進入再冷凝器的BOG流量、壓力和溫度等工藝參數決定。

進入再冷凝器的BOG流量由BOG壓縮機的負荷決定。隨著BOG壓縮機的負荷提高，進入再冷凝器的BOG流量增大，進入再冷凝器的過冷LNG的流量也要增大，反之則減小。

進入再冷凝器的BOG壓力即為BOG壓縮機的出口壓力。隨著壓縮機的出口壓力增大，BOG的冷凝溫度升高，再冷凝所需的冷量增大，冷凝進入再冷凝器BOG所需的LNG的物料比也逐漸增大。

3 外輸量較小時再冷凝工藝的控制難點

外輸量較小時，由于所需氣化的LNG量較小，再冷凝器出口的LNG溫度相對較高，基本接近飽和態(tài)，這些溫度較高的LNG有一部分通過高壓段保冷返回LNG儲罐，在儲罐內重新閃蒸，釋放BOG。此種工況下，接收站產生的BOG量比正常外輸時要多，同時形成了BOG循環(huán)冷凝，降低了BOG的冷凝效率，使得儲罐的壓力比正常外輸時上升更快。有研究表明，某LNG接收站以最小外輸量進行外輸時，BOG壓縮機的負荷至少要達到100%，才可保證儲罐壓力平衡。BOG壓縮機在100%負荷運行時，所需冷凝的LNG量較大，會導致再冷凝器底部進入的LNG量減小，最終使得與冷凝液混合后的LNG溫度過高，造成飽和蒸汽壓升高。溫度升高后，LNG會由過冷液體轉化為氣體，下游管線形成氣液兩相流后，可能導致高壓泵的振動較大，嚴重時造成汽蝕，損壞高壓泵。

3.1 高壓泵入口溫度的控制

以某LNG接收站為例，其高壓泵的入口壓力一般控制在0.73MPa。從不同組分LNG的P-T圖可知，當壓力為0.73MPa時，貧液LNG的臨界溫度最低，為-131℃，為了保證安全，最好還留有5℃左右的操作余量，即當高壓泵入口壓力為0.73MPa時，為了保證高壓泵不發(fā)生汽蝕，其入口溫度最好維持在-136℃以下。

低壓泵輸出的LNG，在進入再冷凝器前的溫度一般為-158℃，進入再冷凝器內與BOG換熱后的冷凝液溫度，一般最低為-130℃。實際操作中，在外輸量較小的工況時，為了維持儲罐的壓力，BOG壓縮機基本保持100%負荷運行，此時外輸所需氣化的LNG大部分都由再冷凝器上部而來，通過再冷凝器底部的LNG量很少，導致高壓泵的入口溫度一般都高于-136℃，極可能造成高壓泵汽蝕。

3.2 影響B(tài)OG再冷凝的LNG量

以某LNG接收站為例，非卸船期間，為維持儲罐壓力穩(wěn)定，BOG壓縮機一般以100%的負荷運行，此時-140℃左右的BOG進入壓縮機增壓后，溫度升至10℃左右，經再冷凝后溫度降至-130℃左右。BOG再冷凝時，LNG不僅要為BOG從氣態(tài)到液態(tài)的相變提供冷量，還要為其降溫過程提供冷量。表1為實際運行時BOG再冷凝工藝的數據，此時BOG量為9t·h-1。從表1可以看出，當BOG壓力一定時，進入再冷凝器的BOG溫度越低，冷凝所需的BOG量越少；當BOG溫度一定時，BOG的壓力越高，其臨界溫度越高，越易液化，將BOG再冷凝所需的冷量就越少。當BOG的壓力和溫度都不變時，接收站產生的BOG量越少，冷凝BOG所需的LNG量就越少，因此影響B(tài)OG再冷凝用LNG量的主要因素，是需要處理的BOG量和溫度。

表1 BOG的壓力、溫度對冷凝所需LNG量的影響

3.3 工況的調整

BOG壓縮機的負荷不同，其處理量相差較大，負荷調節(jié)后會導致進入再冷凝器的BOG量大幅變化，對再冷凝器的壓力影響較大。另外，再冷凝器上的進液控制閥FV閥具有一定的調節(jié)滯后性，調整壓縮機負荷后，可能導致多余的BOG無法及時冷凝，使得再冷凝器的壓力過高，如不及時控制，可能會導致壓縮機的出口壓力高高而聯鎖跳車，也可能因BOG過度冷凝而使得再冷凝器的壓力降低，高壓補氣閥打開，嚴重時會導致高壓泵的入口壓力低低聯鎖跳車。

槽車站的多輛車同時裝車，交叉加速、減速，均會導致低壓輸出總管的壓力波動較大，影響再冷凝器底部的壓力以及進入再冷凝器的LNG量，導致再冷凝器的液位和壓力不穩(wěn)定。

4 改進措施

4.1 提高再冷凝器的操作壓力

某LNG接收站再冷凝器的操作壓力為0.68～0.72MPa。最小外輸工況時，在確保壓縮機運行正常的前提下，應盡量控制再冷凝器的壓力在0.7MPa左右，此時可通過控制再冷凝器調節(jié)閥FV-03001，控制冷凝的LNG量，進而調節(jié)再冷凝器的壓力。

4.2 調整再冷凝器的氣液比

某LNG接收站再冷凝器氣液比的正常范圍在8～10之間。最小外輸工況時，可根據壓縮機處理的BOG量，調整對應的LNG量。如果運行期間壓縮機的負荷發(fā)生變化，應及時手動調節(jié)冷凝LNG的控制閥FV-03001，以盡量減少調節(jié)閥的滯后影響，確保再冷凝器的壓力、液位穩(wěn)定。

4.3 合理調節(jié)裝車量

槽車裝車加速或降速時，會導致低壓輸出總管的波動較大，影響再冷凝器底部的壓力及進入再冷凝器的LNG量，尤其在最小外輸工況時，槽車加速或降速，會導致再冷凝器的液位、壓力的波動較大。因此裝車過程中應避免全部車輛同時加速或降速，可根據裝車撬數，對半加速降速，即一半的裝車加速時，另外一半裝車降速。

5 結論

低外輸工況下，再冷凝器的平穩(wěn)控制是LNG接收站安全平穩(wěn)運行的關鍵。本文針對LNG接收站在低外輸工況下BOG再冷凝工藝的控制難點，在不改變現有工藝及設備的前提下，提出了相應的解決措施，這些解決措施有利于確保再冷凝器的液位、壓力穩(wěn)定，同時可有效控制再冷凝器的出口溫度，避免高壓泵發(fā)生汽蝕。