黃剛 李長虹（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)。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(jì)算出這兩種工藝的能耗。提出將這兩種工藝結(jié)合，以實(shí)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(yùn)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(yùn)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(jì)算，分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)，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(diǎn)

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(diǎn)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?yàn)樵倮淠に囀浅浞掷肔NG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(diǎn)

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(jì)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(jì)算

LNG的主要成分是CH4［3］，以下工藝計(jì)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(jì)算

以一座含有4臺160000m3LNG儲罐，設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算

高壓壓縮機(jī)工藝計(jì)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(jì)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(jì)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(diǎn)，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(diǎn)：（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(fèi)；（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(fèi)。

［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(jì)，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。