壓縮機(jī)在天然氣槽車BOG回收中的應(yīng)用

無(wú)錫華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰?承燦赟 陸田軍 韓如聰

壓縮機(jī)在天然氣槽車BOG回收中的應(yīng)用

無(wú)錫華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰?承燦赟 陸田軍 韓如聰

為減少常規(guī)LNG槽車卸車方式存在的缺陷帶來(lái)的損失，在儲(chǔ)配站搭建了一套基于BOG氣體壓縮機(jī)的LNG槽車卸車系統(tǒng)。結(jié)合無(wú)錫新區(qū)儲(chǔ)配站具體實(shí)例，介紹了此套卸車系統(tǒng)的組成、工作流程以及系統(tǒng)搭建過(guò)程中改造工程的實(shí)施方案。最后結(jié)合此系統(tǒng)具體的運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了深入分析，總結(jié)了系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的優(yōu)勢(shì)與不足。

LNG儲(chǔ)配站 BOG壓縮機(jī) LNG槽車卸車系統(tǒng)

1 LNG槽車卸車系統(tǒng)應(yīng)用背景

1.1 無(wú)錫市LNG用氣分析

為了減小城市天然氣使用量隨季節(jié)變化的波動(dòng)給城市天然氣持續(xù)、穩(wěn)定供應(yīng)造成的影響，無(wú)錫華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰驹跓o(wú)錫新區(qū)建造了一座液化天然氣(LNG)儲(chǔ)配站進(jìn)行液化天然氣存儲(chǔ)、氣化調(diào)峰及對(duì)外輸送。

無(wú)錫新區(qū) LNG儲(chǔ)配站作為城市用氣應(yīng)急調(diào)峰的重要組成部分，擁有容量150 m3的LNG真空粉末罐8臺(tái)，擔(dān)負(fù)著冬季調(diào)峰供氣的重要職能。

近幾年隨著城市燃?xì)庑枨罅康脑龃螅鄳?yīng)的調(diào)峰氣量也在不斷增加，LNG的需求量逐年提升(見圖1)。加之2014年儲(chǔ)配站LNG儲(chǔ)罐充裝平臺(tái)建設(shè)完成并投入使用，更加大了LNG的使用量。為此新區(qū)LNG儲(chǔ)配站每年要接收大量LNG作為備用氣源、用氣高峰時(shí)的調(diào)峰氣源和過(guò)渡氣源，以及LNG儲(chǔ)罐充裝用氣。

圖1 新區(qū)LNG儲(chǔ)配站每年接收槽車數(shù)量

由圖1可以看出，隨著無(wú)錫市用氣量的增加以及LNG儲(chǔ)罐充裝平臺(tái)的建成使用，LNG每年的使用量在逐步增加，新區(qū) LNG儲(chǔ)配站在 2013年和2014年分別接收LNG槽車351輛和475輛，均有大幅增加。以此接收數(shù)量預(yù)估，未來(lái)儲(chǔ)配站每年要接收大約 500輛槽車 LNG，假設(shè)以每車平均載重20 t，1 t=1 400 m3計(jì)算，每年大約接收1 400萬(wàn)m3的天然氣。大量 LNG槽車的接收任務(wù)對(duì)新區(qū)儲(chǔ)配站卸車系統(tǒng)有了更高的要求，減少卸車過(guò)程中的損失成了卸車時(shí)的首要任務(wù)。新區(qū)儲(chǔ)配站供氣時(shí)段主要集中在冬季用氣高峰時(shí)期，因此每年接收槽車卸氣的高峰也是在冬季。

1.2 常規(guī)槽車卸車分析

無(wú)錫公司以前采用常規(guī)的LNG槽車卸車方式，即使用儲(chǔ)配站卸車設(shè)備直接將LNG輸送到LNG儲(chǔ)罐中。由于受LNG儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力的影響，卸車后槽車內(nèi)會(huì)殘留大量的BOG氣體，因此造成卸車凈重要低于上游LNG供應(yīng)商出廠的充裝凈重。這種卸車不徹底，導(dǎo)致大量LNG在卸車過(guò)程中損失。無(wú)錫公司每年要接收大量LNG槽車卸氣，由于卸車不徹底，每年給公司造成大約幾十萬(wàn)元經(jīng)濟(jì)損失。

為了回收LNG槽車卸車后殘余的BOG氣體，使卸車更徹底，無(wú)錫公司引入一套BOG氣體壓縮機(jī)卸車系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以將槽車內(nèi)BOG氣體加熱回溫、加壓后輸送到城市中壓管網(wǎng)系統(tǒng)中。這套系統(tǒng)使槽車卸車更徹底，有效地降低了卸車過(guò)程的損失，降低一級(jí)輸差。

2 LNG槽車卸車工藝系統(tǒng)的組成和實(shí)施方案

2.1 工藝系統(tǒng)的組成

LNG槽車卸車工藝系統(tǒng)的組成見圖2。

圖2 LNG槽車卸車工藝系統(tǒng)組成示意

從圖2工藝系統(tǒng)組成示意圖中可以看出，這套系統(tǒng)中的核心設(shè)備為BOG氣體壓縮機(jī)。除此之外，主要設(shè)備還有增壓氣化器、BOG氣體加熱器、水循環(huán)冷卻系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。另外還包括供電網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、調(diào)壓器和渦輪流量計(jì)等輔助設(shè)備。圖2中虛線框部分為此次系統(tǒng)改造新增加的設(shè)備，其他是儲(chǔ)配站原有設(shè)備，此系統(tǒng)在充分利用已有設(shè)備基礎(chǔ)上改造完成。

系統(tǒng)中增壓氣化器用于給槽車LNG儲(chǔ)罐增壓，便于LNG輸出；BOG加熱器用于對(duì)槽車內(nèi)輸出的低溫BOG氣體進(jìn)行加熱回溫，使BOG氣體溫度達(dá)到滿足壓縮機(jī)進(jìn)口要求的溫度；水循環(huán)冷卻系統(tǒng)用于對(duì)BOG氣體壓縮機(jī)工作過(guò)程中冷卻降溫；電氣控制系統(tǒng)則包含壓縮機(jī)、水泵等設(shè)備的反饋控制和供電系統(tǒng)；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則包含壓縮機(jī)工作情況、氣體溫度和閥門狀態(tài)的監(jiān)控和自動(dòng)控制系統(tǒng)。調(diào)壓器用于調(diào)節(jié)壓縮機(jī)出口氣體的壓力，使BOG氣體壓力適于城市中壓管網(wǎng)。渦輪流量計(jì)用于計(jì)量輸送到城市管網(wǎng)中的天然氣量，在槽車卸車時(shí)則輔助計(jì)量回收的BOG氣體量。

2.2 系統(tǒng)工作流程

基于BOG氣體壓縮機(jī)的LNG槽車卸車系統(tǒng)的工作流程如圖3所示。

圖3 LNG槽車卸車系統(tǒng)工作流程示意

LNG槽車首先利用儲(chǔ)配站中卸車設(shè)備將 LNG直接輸送到LNG儲(chǔ)罐中，當(dāng)槽車內(nèi)壓力下降到與LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壓力相當(dāng)時(shí)，無(wú)法繼續(xù)卸車，此時(shí)槽車內(nèi)仍剩余可觀的BOG氣體。然后則需要BOG氣體壓縮機(jī)系統(tǒng)對(duì)殘余BOG氣體進(jìn)行回收利用，回收流程大致如下：

(1)回收槽車 BOG氣體前，首先要關(guān)閉儲(chǔ)罐BOG氣體出口閥門；

(2)BOG氣體由槽車經(jīng)低溫管道輸送到BOG加熱器，加熱回溫；

(3)加熱回溫后的氣體由BOG壓縮機(jī)吸入加壓后輸出到常溫燃?xì)夤艿乐校?/p>

(4)加壓后氣體經(jīng)由調(diào)壓器調(diào)壓以及其他處理工藝后輸入到城市中壓管網(wǎng)中；

(5)渦輪流量計(jì)對(duì)回收的BOG氣體量進(jìn)行計(jì)量。

2.3 工藝系統(tǒng)實(shí)施方案

本工程實(shí)施方案主要包括BOG氣體壓縮機(jī)工藝系統(tǒng)實(shí)施方案和壓縮機(jī)前后工藝管道的改造工程實(shí)施方案兩個(gè)部分。如圖4中所示，虛線和實(shí)線框分別代表了上面兩個(gè)主要工程實(shí)施方案。

圖4 工藝系統(tǒng)實(shí)施方案

BOG氣體壓縮機(jī)工藝系統(tǒng)實(shí)施方案主要是為安裝壓縮機(jī)設(shè)備建設(shè)一些輔助系統(tǒng)設(shè)施。此實(shí)施方案主要包括自動(dòng)控制系統(tǒng)的建設(shè)、室外電氣系統(tǒng)的敷設(shè)、配電系統(tǒng)室內(nèi)電氣系統(tǒng)建設(shè)、水循環(huán)冷卻系統(tǒng)建設(shè)以及室外防雷接地建設(shè)。

其中BOG氣體壓縮機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)是本系統(tǒng)的重要部分?？刂葡到y(tǒng)選用技術(shù)先進(jìn)，性能可靠的PLC控制系統(tǒng)，且系統(tǒng)開放性能好。本系統(tǒng)采用集中控制和就地監(jiān)測(cè)相結(jié)合的控制方案，為保證本工程的運(yùn)行安全、設(shè)備安全以及事故狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)安全停車，本工程設(shè)置了信號(hào)聯(lián)鎖和緊急停車系統(tǒng)。通過(guò)本系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)BOG壓縮機(jī)內(nèi)溫度、BOG壓縮機(jī)進(jìn)/出口壓力、BOG加熱器出口溫度、調(diào)壓器進(jìn)出口壓力等運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)某個(gè)參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警和自動(dòng)緊急停車。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中主要配置監(jiān)測(cè)點(diǎn)及其作用：

(1)BOG氣體壓縮機(jī)要求進(jìn)口溫度-5~40℃，因此在壓縮機(jī)入口處安置溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)進(jìn)口氣體溫度，防止溫度過(guò)低損壞壓縮機(jī)。

(2)BOG氣體壓縮機(jī)后接常溫燃?xì)夤艿?，因此在壓縮機(jī)出口處安置溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)出氣口氣體溫度，防止溫度太低損壞燃?xì)夤艿馈?/p>

(3)BOG氣體壓縮內(nèi)部溫度傳感器，監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)部溫度的變化，防止壓縮機(jī)運(yùn)行溫度過(guò)高造成損壞。

(4)BOG氣體壓縮機(jī)進(jìn)/出口壓力監(jiān)測(cè)。防止進(jìn)/出口壓力超出允許范圍造成壓縮機(jī)故障。

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與野外調(diào)查結(jié)束后，學(xué)生把實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題，疑點(diǎn)難點(diǎn)反饋給教師并提交實(shí)習(xí)報(bào)告，教師對(duì)學(xué)生展現(xiàn)的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力進(jìn)行反思和總結(jié)，再進(jìn)行答疑解惑。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)和調(diào)查鞏固和加深所學(xué)知識(shí)，拓寬知識(shí)廣度，增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，對(duì)理論知識(shí)的理解也更為深刻[5]。

(5)調(diào)壓器進(jìn)/出口壓力監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)壓力是否符合管道輸送范圍。

另一工程實(shí)施方案則是BOG氣體壓縮機(jī)前后工藝管道改造工程方案，這是本實(shí)施方案中的主要工程部分。由圖4可以看出，主要包含管道改造工程平面布置方案、動(dòng)火改造置換方案、動(dòng)火相接方案和BOG氣體壓縮機(jī)置換調(diào)試方案。在工程設(shè)計(jì)實(shí)施時(shí)其中一些主要的工藝設(shè)定為：BOG壓縮機(jī)前、后管路設(shè)計(jì)壓力均為 0.8 MPa；調(diào)壓器前管路設(shè)計(jì)壓力為 0.8 MPa，調(diào)壓器后管路設(shè)計(jì)壓力為 0.4 MPa；調(diào)壓前管道安全閥設(shè)定壓力0.74 MPa，調(diào)壓后管道安全閥設(shè)定壓力0.4 MPa；BOG氣體壓縮機(jī)的主要參數(shù)為：吸氣壓力0.1~0.5 MPa，排氣壓力0.6 MPa，最大通過(guò)能力2 m3/min。BOG加熱器前管道為低溫管道，BOG加熱器后的管道為常溫碳鋼管道。

3 系統(tǒng)成效分析

3.1 槽車卸氣虧損計(jì)算算法

無(wú)錫公司LNG槽車卸氣虧損重量計(jì)算方法如下：

LNG供應(yīng)商在槽車充裝 LNG時(shí)會(huì)根據(jù)充裝LNG前的車輛重量與充裝后的毛重計(jì)算出差值作為L(zhǎng)NG充裝凈重，假設(shè)為m1；而在我們儲(chǔ)配站卸氣時(shí)，會(huì)根據(jù)LNG卸車前的毛重與卸車后的槽車重量計(jì)算出差值作為我們的卸氣凈重，假設(shè)為m2；儲(chǔ)配站卸氣凈重與供應(yīng)商充裝凈重的差值(m2-m1)作為計(jì)算虧損重量的一個(gè)基準(zhǔn)值，假設(shè)為 m，即m=m2-m1。

與LNG供銷商進(jìn)行結(jié)算時(shí)是以m為基準(zhǔn)的(卸氣差在±1%范圍內(nèi)屬于允許的范疇，這里假設(shè)每車為20 t進(jìn)行計(jì)算)。當(dāng)m小于-0.2 t時(shí)，結(jié)算時(shí)以卸氣凈重加上0.2 t計(jì)算(m2+0.2 t)；當(dāng)m大于-0.2 t小于0.2 t時(shí)，結(jié)算時(shí)以供應(yīng)商的充裝凈重計(jì)算(m1)；當(dāng)m大于0.2時(shí)，結(jié)算時(shí)以卸氣凈重減去0.2 t計(jì)算(m2-0.2)。

因此槽車每車卸車虧損重量為：假設(shè)每槽車虧損質(zhì)量為Δm，則可用下式表示。

Δm總為一年的卸車虧損重量，n為一年的卸車數(shù)量。

傳統(tǒng)卸車方式是利用儲(chǔ)配站設(shè)備直接向 LNG儲(chǔ)罐中卸氣。由于儲(chǔ)罐中壓力處于0.3~0.4 MPa之間，造成槽車卸車后殘留，因此實(shí)際卸車情況大部分是卸車凈重小于充裝凈重，即m<0。也就是說(shuō)我們公司在卸車過(guò)程中多處于虧損狀態(tài)。圖5表示了近幾年內(nèi)無(wú)錫公司卸車時(shí)平均每車的卸氣差(以結(jié)算充裝凈重為基準(zhǔn)），雖然每年每車卸氣差沒(méi)有太大變動(dòng)，但隨著卸車量數(shù)的增加，卸車損失的總量仍在增大。圖5中2014年10月后卸氣差明顯減小，原因是10月份開始使用壓縮機(jī)進(jìn)行槽車卸車，通過(guò)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算可以得出，使用壓縮機(jī)卸車后卸氣差比以前減小了 54%，BOG壓縮機(jī)卸車系統(tǒng)對(duì)于回收槽車內(nèi)的殘余氣體具有明顯作用。

圖5 近幾年無(wú)錫公司平均每車的卸氣差

如果按LNG5 500元/t的價(jià)格計(jì)算，每年由于卸車虧損造成的經(jīng)濟(jì)損失p為：p=Δm總·5 500元。

從圖 5可以看出往年常規(guī)卸車方式每車卸車平均損失約0.16 t，按2014年總共卸車475輛計(jì)算，由于卸車虧損重量造成的經(jīng)濟(jì)損失約42萬(wàn)元。

3.2 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

引入基于BOG氣體壓縮機(jī)的LNG槽車卸車系統(tǒng)后，有效回收了殘余的BOG氣體，降低了卸車虧損重量。BOG氣體壓縮機(jī)通過(guò)兩個(gè)月的運(yùn)行和監(jiān)控，統(tǒng)計(jì)得出平均每車的卸車損失由0.16 t下降到0.06 t。假設(shè)以未來(lái)3年平均每年卸車500輛估算，對(duì)該卸車系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1和表2所示。

表1 BOG壓縮機(jī)LNG槽車卸車系統(tǒng)測(cè)算結(jié)果

其中計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：峰平平均電價(jià)為0.85元/kWh；以設(shè)備使用年限為 15年計(jì)算設(shè)備每年折舊額；卸車時(shí)BOG氣體壓縮機(jī)以及水泵工作時(shí)間平均每車為15 min；由于設(shè)備操作簡(jiǎn)單，未增加額外人員管理運(yùn)行，計(jì)算時(shí)忽略了人力成本。

表2 LNG槽車卸車系統(tǒng)項(xiàng)目投資現(xiàn)金流量

由上式從壓縮機(jī)系統(tǒng)投入運(yùn)行起計(jì)算出項(xiàng)目靜態(tài)投資回收期為2.36年，表明該項(xiàng)目投資回收速度較快，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然影響靜態(tài)投資回收期主要敏感因素是卸氣的車數(shù)，因此由于灌裝平臺(tái)的投入使用，卸氣量會(huì)有很大的增加，實(shí)際的靜態(tài)投資回收期會(huì)縮短很多。

4 結(jié)語(yǔ)

此系統(tǒng)采用常溫BOG氣體壓縮機(jī)，在回收低溫BOG天然氣時(shí)，對(duì)氣體組成、流量、壓力變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性。充分利用了空氣的熱能對(duì) BOG氣體進(jìn)行加熱回溫，正常運(yùn)行不需要額外提供熱量。采用國(guó)產(chǎn)常溫壓縮機(jī)替代昂貴的進(jìn)口低溫天然氣壓縮機(jī)，節(jié)約工程的一次投資費(fèi)用，同時(shí)也縮短壓縮機(jī)的運(yùn)行周期。

本系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)對(duì)于水循環(huán)冷卻系統(tǒng)并不是十分需要。由于現(xiàn)在卸車回收BOG氣體量有限，壓縮機(jī)持續(xù)工作時(shí)間并不是很長(zhǎng)；加之BOG氣體為低溫氣體，即使加熱回溫后溫度依然偏低，對(duì)壓縮機(jī)有一定的冷卻作用，并且壓縮機(jī)的工作高峰集中在冬季，氣溫較低。因此壓縮機(jī)在工作過(guò)程中僅靠風(fēng)冷足以滿足工作溫度要求。

Application of BOG Compressors in the LNG Tank Unload System

Wuxi China Resources Gas Co., Ltd. Cheng Chanyun Lu Tinjun Han Rucong

A set of LNG tank unload system based on BOG Compressors has been established to reduce the loss caused by defects of traditional LNG tank unload system. Combined with the example of the storage & distribution station in Wuxi New District, the composition of the system is introduced, and advantages and disadvantages by analyzing its economics are summarized as well.

LNG storage & distribution station, BOG compressor, LNG tank unload system