莫偉榮, 吳軍貴, 方釗峰, 黃 凱, 唐 晨, 王彩虹

(1.杭州天然氣有限公司, 浙江 杭州 310000; 2.浙江理工大學(xué), 浙江 杭州 310018)

1 概述

隨著國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快儲氣設(shè)施建設(shè)和完善儲氣調(diào)峰輔助服務(wù)市場機(jī)制的意見》,各地踴躍建設(shè)LNG接收站,截至2021年5月,中國已建成運(yùn)行22座LNG接收站(含轉(zhuǎn)運(yùn)站、儲配站),總接收能力9 230×104t/a。LNG接收站中的BOG處理非常重要。

2 工程概況

某市城西LNG應(yīng)急氣源站(簡稱西部站)為常壓LNG儲配站,規(guī)模如下:1座4 500 m3常壓LNG儲罐;2臺1 500 m3/h空溫式BOG加熱器;4臺BOG壓縮機(jī),其中2臺為水冷,排氣量為1 000 m3/h,2臺為風(fēng)冷,排氣量為200 m3/h。BOG處理工藝:常壓LNG儲罐中BOG經(jīng)空溫式BOG加熱器加熱后,經(jīng)BOG緩沖罐進(jìn)入BOG壓縮機(jī),由壓縮機(jī)增壓后,進(jìn)入BOG調(diào)壓計量橇,進(jìn)入城市中壓燃?xì)夤芫W(wǎng)。常壓LNG儲配站BOG處理工藝流程見圖1。

圖1 常壓LNG儲配站BOG處理工藝流程

3 存在問題

隨著城市用氣量不斷上升,西部站在運(yùn)行過程中,除擔(dān)負(fù)必要的儲氣任務(wù)外,還要保障城市中壓燃?xì)夤芫W(wǎng)的供氣調(diào)峰需求,廠站日卸液車次相應(yīng)增多,因此,BOG加熱器及壓縮機(jī)都需要長時間運(yùn)轉(zhuǎn)?；谏鲜鰻顩r,發(fā)現(xiàn)存在以下問題:①隨著日卸液車次增加,BOG量也隨之增加,現(xiàn)有的2臺空溫式BOG加熱器,在冬季持續(xù)長時間卸車(卸車數(shù)量≥6車,或卸車時間≥8 h)工況下,出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)霜現(xiàn)象,加熱能力顯著下降。②BOG壓縮機(jī)制冷機(jī)組故障率逐年升高,維修時間長,費(fèi)用高,卸車受限。為解決上述問題,對BOG處理工藝流程進(jìn)行優(yōu)化改造。

4 優(yōu)化改造方案

① 工藝流程

在節(jié)能增效思路的指引下,擬利用常壓LNG儲罐的BOG冷能,BOG與壓縮機(jī)的冷卻循環(huán)水進(jìn)行換熱,實(shí)現(xiàn)動態(tài)平衡,同時解決BOG加熱和壓縮機(jī)冷卻兩方面問題。在原有空溫式BOG加熱器旁,并聯(lián)增加1臺水浴式BOG加熱器,同時對BOG壓縮機(jī)的冷卻水流程進(jìn)行改造,使2臺BOG壓縮機(jī)的冷卻水出水作為水浴式BOG加熱器的進(jìn)水,水浴式BOG加熱器出水進(jìn)入制冷機(jī)組,從制冷機(jī)組出來后作為2臺BOG壓縮機(jī)的冷卻水進(jìn)水。制冷機(jī)組只有在BOG加熱器提供的冷量不夠時才進(jìn)行制冷?？諟厥紹OG加熱器可作為備用,提高廠站運(yùn)行的穩(wěn)定性。

優(yōu)化改造方案工藝流程見圖2。

圖2 優(yōu)化改造方案工藝流程

② 設(shè)備選擇

計算得知,2臺壓縮機(jī)的余熱足以使2 400 m3/h的BOG從-140 ℃加熱到0 ℃。基于計算得到的數(shù)據(jù),選擇水浴式BOG加熱器1 臺,相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 水浴式BOG加熱器技術(shù)參數(shù)

5 優(yōu)化改造工程實(shí)際運(yùn)行情況

2020年12月,西部站進(jìn)行了上述優(yōu)化改造(現(xiàn)場照片見圖3),新增水浴式BOG加熱器,且具備了試運(yùn)行條件。于22日上午投入試運(yùn)行,并關(guān)閉2臺空溫式BOG加熱器,關(guān)閉1#、2#制冷機(jī)組。試運(yùn)行至2021年2月28日,期間采樣220次。試運(yùn)行結(jié)果如下。

圖3 現(xiàn)場照片

① 新增水浴式BOG加熱器能夠充分利用壓縮機(jī)的余熱完成BOG升溫工作,保證水浴式BOG加熱器的BOG出口溫度大于等于0 ℃,冬季連續(xù)卸液7車或8 h以上能穩(wěn)定運(yùn)行,達(dá)到了優(yōu)化改造預(yù)期目標(biāo)。降低了BOG加熱工藝對環(huán)境條件的依賴,有力保障了氣源站的應(yīng)急調(diào)峰能力,提高廠站運(yùn)行的穩(wěn)定性。

② 通過共用循環(huán)水系統(tǒng),在冬季即使卸車數(shù)量較大,也至少能保證1臺BOG壓縮機(jī)的冷卻需求而無需開啟制冷機(jī)組,一定程度實(shí)現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能。而夏季卸液,由于環(huán)境溫度較高,仍需要開啟制冷機(jī)組。改造后壓縮機(jī)排氣溫度略高于改造前排氣溫度。

③ 與2019年同期運(yùn)行狀況對比可知,優(yōu)化改造后BOG加熱工藝過程中,水浴式BOG加熱器的BOG最低出氣溫度及平均出氣溫度均明顯高于改造前,因此可知,基于優(yōu)化改造方案的實(shí)際運(yùn)行情況,冷熱能回收效果顯著。改造后比改造前經(jīng)濟(jì)效益增加約4×104元/a。

④ 改造方案中,沒能對循環(huán)水沿途的溫度變化做實(shí)時監(jiān)測,故無法對BOG壓縮機(jī)冷能利用效率進(jìn)行計算,后續(xù)需增加溫度監(jiān)測點(diǎn)。另外,可考慮對BOG管道采取保冷措施,使冷能回收利用更充分。

6 結(jié)論

對常壓LNG儲配站中的BOG處理工藝進(jìn)行改造,通過共用循環(huán)水系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中BOG冷能和BOG壓縮機(jī)余熱的回收利用,同時解決BOG加熱和BOG壓縮機(jī)冷卻兩方面問題。改造后比改造前經(jīng)濟(jì)效益顯著,有力保障了氣源站的應(yīng)急調(diào)峰能力,提高廠站運(yùn)行的穩(wěn)定性。