LNG接收站外輸?shù)凸绕贐OG再冷凝工藝的優(yōu)化

亢永博，呂桂海，于 陽

（1. 中國石油天然氣勘探開發(fā)公司，北京 100034； 2. 中國寰球工程有限公司，北京 100012）

LNG接收站外輸?shù)凸绕贐OG再冷凝工藝的優(yōu)化

亢永博1，呂桂海1，于 陽2

（1. 中國石油天然氣勘探開發(fā)公司，北京 100034； 2. 中國寰球工程有限公司，北京 100012）

通過分析研究BOG溫度和BOG壓縮機壓比等主要參數(shù)對再冷凝工藝的影響，結(jié)合輸氣低谷期的外輸特點，在原工藝流程壓縮機出口處增設(shè)換熱器，通過修改流程實現(xiàn)了高壓泵出口低溫 LNG對壓縮機出口高溫BOG的預冷，既大幅降低完全冷凝BOG所需LNG量，又可節(jié)約運行能耗，實現(xiàn)了再冷凝工藝的優(yōu)化。優(yōu)化后的工藝對于提高輸氣低谷期LNG接收站的綜合經(jīng)濟效益具有重要意義，存在廣闊的應用前景。

再冷凝工藝；優(yōu)化；外輸?shù)凸绕?；LNG接收站

近年來，LNG接收站作為季節(jié)不均勻用氣的重要調(diào)節(jié)設(shè)施在國內(nèi)得到了大力發(fā)展，其啟動迅速、儲存和汽化能力大，對于地區(qū)用戶季節(jié)調(diào)峰發(fā)揮了靈活的調(diào)節(jié)作用[1]。LNG通常低溫常壓儲存，當其組分僅含甲烷時，其儲存溫度為-162.5 ℃實際中LNG的儲存溫度會隨著組分的不同而略有變化[2]。LNG儲罐的操作壓力略高于大氣壓，正常運行工況下為 18 kPa（G），卸料工況下為25 kPa（G）。盡管LNG儲罐的隔熱性能非常好，但外界熱量仍會通過罐體、管道等設(shè)備傳至被儲存的 LNG。為了維持低溫，部分 LNG會通過自蒸發(fā)吸收熱量，從而產(chǎn)生蒸發(fā)氣（BOG）。對于外輸管網(wǎng)壓力高于6 MPa的大型LNG接收站，采用直接壓縮工藝的能耗非常高，所以通常需要對BOG再冷凝，并經(jīng)泵增壓、汽化后外輸[3]。

圖1是某接收站某年LNG日外輸量的趨勢圖。

從圖可知每年的11月到次年的3月為接收站的外輸高峰期，4～10月為輸氣低谷期。該接收站有3臺16×104 m3儲罐，按儲罐日蒸發(fā)率0.05%，罐容裝載量為80%，LNG密度為450 kg/m3計算，在無卸船、無外輸工況下，每小時產(chǎn)生10.2tBOG，而該接收站的最小輸量為75 t/h。該站再冷凝器DCS控制系統(tǒng)中，LNG與BOG質(zhì)量比設(shè)定為8∶1，所以在該工況下不可能完全液化BOG。若將過剩的BOG加熱后排放至火炬燃燒，將造成了很大的浪費。因此，有必要分析外輸?shù)凸绕?LNG接收站的工藝流程，分析主要工藝參數(shù)對再冷凝工藝的影響，在此基礎(chǔ)上改進BOG的再冷凝工藝，為LNG接收站的優(yōu)化運行與管理提供指導。

圖1 某接收站LNG日外輸量歷史趨勢圖Fig. 1 Trend chart of daily LNG throughput for a receiving terminal

1 主要工藝參數(shù)對再冷凝工藝的影響

圖2為某接收站的BOG再冷凝工藝模擬流程圖，LNG儲罐產(chǎn)生的BOG經(jīng)壓縮機加壓后與低壓泵輸出的LNG在再冷凝器中換熱，通過調(diào)節(jié)LNG和BOG的流量比將蒸發(fā)氣完全冷凝液化后經(jīng)高壓泵加壓、氣化外輸[4]。

圖2 接收站BOG再冷凝工藝模擬流程圖Fig.2 Flow chart of BOG recondensation process simulationfor a receiving terminal

1.1 BOG溫度對再冷凝工藝影響

接收站LNG儲罐一般是常壓儲存，操作壓力變化不大，可近似認為定壓儲存，儲存溫度會隨著LNG的組分而有所變化。一般來說，LNG組分引起的儲存溫度變化不大，在-162～-156 ℃之間；但儲罐氣相空間的 BOG的溫度卻可在較大范圍內(nèi)變化，剛發(fā)生汽化處于氣液相平衡時和LNG的溫度相同，但隨著熱量的繼續(xù)漏入，若沒有及時排出適量的BOG，則蒸發(fā)氣溫度會持續(xù)升高，據(jù)現(xiàn)場的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可達到-140 ℃[5]。因此，研究 BOG溫度對工藝流程的影響有重要的意義。設(shè)定接收站BOG量為2 000、2 500和3 000 kg/h，其溫度在-160～-140 ℃變化時模擬結(jié)果如圖3和圖4。

1.2 BOG壓縮機壓比對再冷凝工藝影響

在圖2工藝流程模擬圖的基礎(chǔ)上，設(shè)定同一組分相同體積的LNG單位時間內(nèi)BOG量相同并保持壓縮機和低壓泵入口壓力不變（為0.12 MPa），使壓縮機和低壓泵出口壓力逐次從0.6 MPa到1.2 MPa增大，分別得出BOG壓縮機壓比與完全冷凝BOG物料比、BOG壓縮機功率關(guān)系，如圖5。

圖3 BOG溫度對壓縮機功率影響Fig. 3 Influence of BOG temperature on the compressor power

圖4 BOG溫度對冷凝所需LNG量影響Fig. 4 Influence of BOG temperature on the productionof LNGfor condensation

圖5 壓縮機壓比和物料比、功耗間關(guān)系曲線Fig.5 The relationship amongcompressor pressure ratio，the material ratio and compressor power

圖 5表明隨著壓縮機壓比的增大，完全冷凝BOG所需的LNG不斷減小。在接收站壓縮機允許的最大出口壓力下，完全冷凝BOG所需的LNG量是蒸發(fā)氣的4.77倍，即最低外輸需量可以控制在日蒸發(fā)量的5倍范圍內(nèi)。這可解釋為：實際氣體的露點溫度和臨界壓力正相關(guān)，BOG經(jīng)壓縮機加壓后壓力增大，對應的臨界溫度升高。LNG經(jīng)泵加壓后飽和壓力增大，其自身有一定的過冷度。加壓后的BOG和LNG溫差增大，BOG更易液化，BOG冷凝所需冷量減少，從而所需LNG量亦減少。

2 再冷凝工藝的流程優(yōu)化

2.1 工藝流程優(yōu)化

雖然增大 BOG的出口壓力可減少冷凝其所需的LNG量，但壓力增高時壓縮機的能耗也增大，并且壓縮機的功耗與壓比的增大呈線性關(guān)系，如何協(xié)調(diào)物料比和壓縮機的壓比之間的矛盾是解決輸氣低谷期BOG處理工藝的關(guān)鍵。

由前面分析知，冷凝BOG所需的LNG量除與BOG壓縮機的壓比有關(guān)，還與BOG的溫度有關(guān)。在壓縮機入口處BOG溫度為-140 ℃，經(jīng)過增壓之后溫度大幅度升高，甚至可以達到 0 ℃以上，而BOG再冷凝之后的溫度又降低到-140 ℃左右[6,7]，因此LNG提供的冷量用作兩部分，即：一是冷卻壓縮機加壓后的BOG，使其降溫；二是為BOG從氣態(tài)向液態(tài)的轉(zhuǎn)變提供冷量。高壓泵出口的LNG溫度一般在-150 ℃左右，則可以利用高壓泵出口的低溫LNG對加壓之后的BOG進行降溫。因此，可以在原工藝流程的基礎(chǔ)上，在BOG壓縮機出口處設(shè)置換熱器，優(yōu)化原工藝流程，得圖6。

圖6 優(yōu)化后的再冷凝工藝流程圖Fig.6 Flow chart of the optimized BOG recondensation processsimulation

優(yōu)化后的工藝流程在壓縮機出口多設(shè)置了一個換熱器，以實現(xiàn)壓縮機出口 BOG和高壓泵出口LNG的換熱。換熱后一方面回收了LNG的冷能，減少了其汽化時海水泵的功耗；另一方面可以降低BOG的溫度，減少了冷凝時對LNG量的需求。該工藝流程在 LNG外輸量較低時可起到明顯的節(jié)能效果，因為該工況下若要完全冷凝BOG則需要升高壓縮機的壓比，而采用優(yōu)化后的工藝流程后在適當降低壓縮機壓比的情況下也能達到完全冷凝 BOG的要求。

優(yōu)化后的工藝描述如下：LNG儲罐產(chǎn)生的蒸發(fā)氣經(jīng)BOG總管進入BOG氣液分離罐，分離的BOG經(jīng)壓縮機加壓后和高壓泵出口的部分 LNG在換熱器中直接換熱。將換熱器出口溫度設(shè)定為-140℃，調(diào)節(jié)LNG和BOG流量比即可實現(xiàn)對BOG的降溫。降溫后的BOG與低壓泵輸出的LNG在再冷凝器中換熱，完全液化后從再冷凝器底部輸至高壓泵加壓，而后從高壓泵輸至汽化器，汽化后外輸。

2.2 優(yōu)化前后工藝參數(shù)對比分析

從圖 7-10可以看出，優(yōu)化后高壓泵、海水泵功率和總功率較原工藝流程的功率有所降低，同時優(yōu)化后的工藝完全冷凝BOG所需LNG量大幅降低，可減少14.9%～31.0%，這對于調(diào)節(jié)輸氣負荷波動，尤其在輸氣低谷，外輸量不能完全液化BOG的工況具有重要意義。

因此，在用氣低谷期，采用優(yōu)化后的工藝流程，可在滿足完全冷凝液化BOG的前提下降低LNG的外輸量。

圖7 工藝優(yōu)化前后高壓泵功率比較Fig.7 Comparison ofthe power consumptionofhigh-pressure pump between the optimized process and the original one

圖8 工藝優(yōu)化前后海水泵功率比較Fig.8 Comparison of the power consumption of sea-water pump between the optimized process and the original one

圖9 工藝優(yōu)化前后總功率比較Fig.9 Comparison of the total power consumption between the optimized process and the original one

3 結(jié) 論

（1）輸氣低谷期間，若外輸LNG不能完全冷凝BOG時，可通過適當提高壓縮機出口壓力來減少冷凝BOG所需的LNG量，但將大幅提高該工藝的能耗，使得完全回收BOG變得不經(jīng)濟。

圖10 工藝優(yōu)化前后LNG量比較Fig.10 Comparison of the demand for LNG between the optimized process and the original one

（2）通過在壓縮機出口處設(shè)置換熱器，實現(xiàn)高壓泵出口的LNG與壓縮機出口BOG換熱，優(yōu)化了原工藝流程，降低了壓縮機出口的BOG溫度，并且可在不改變壓縮機出口壓力的情況下完全冷凝BOG。同等壓比條件下，優(yōu)化后所需的LNG量較原工藝減少了14.9%～31.0%。

［1］張成偉,蓋曉峰.LNG接收站調(diào)峰能力分析[J].石油工程建設(shè)，2008,34(2):20-22.

［2］顧安忠.液化天然氣技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2003:10-20.

［3］金光,李亞軍.LNG接收站蒸發(fā)氣體處理工藝[J].低溫工程,2011,1 79(1):51-56.

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生物刺激劑行業(yè)標準亟需完善

近年來，以腐植酸、海藻酸、氨基酸、甲殼素、魚蛋白等為代表的生物刺激劑類產(chǎn)品，正逐漸從歐美走向中國，在國內(nèi)的推廣應用日趨成熟，并逐漸被越來越多的種植者所認識和接受。數(shù)據(jù)顯示，生物刺激劑市場每年以 10%以上的速度穩(wěn)定增長，此類產(chǎn)品已經(jīng)引起國際農(nóng)化行業(yè)巨頭的重視，也成為國內(nèi)農(nóng)資生產(chǎn)企業(yè)競相搶灘布局的農(nóng)資藍海。然而，身份界定模糊不清、產(chǎn)品良莠不齊、缺乏行業(yè)規(guī)范和標準等問題依然存在。近日，中國生物刺激劑發(fā)展聯(lián)盟和中國貿(mào)促會化工分會聯(lián)合在上海舉行2017國際生物刺激劑暨肥料增效(增值)應用論壇，與會專家學者、企業(yè)家圍繞生物刺激劑的方方面面展開討論。

何為生物刺激劑?其實國內(nèi)目前對此尚沒有一個明確而統(tǒng)一的定義?，F(xiàn)實中，生物刺激劑被冠以多種不同的稱謂：植物生長促進劑、生物活性劑、土壤改良劑、生長調(diào)節(jié)劑……“事實上，這些叫法都只體現(xiàn)了生物刺激劑某一方面的功效，無法準確對其定義?！比珖柿虾屯寥勒{(diào)理劑標準化委員會副主任商照聰博士介紹說，生物刺激劑主要有8大類，包括腐植酸、復雜有機材料、有益化學元素、無機鹽(包括亞磷酸酯)、海藻提取物、甲殼素和殼聚糖衍生物、抗蒸騰劑、游離氨基酸和其他含氮物質(zhì)。隨著農(nóng)藥化肥使用量零增長行動方案的提出和消費者對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)追求的不斷提高，來源天然、具有提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)功效的生物刺激劑正好迎合了時代需求。盡管缺乏明確定義，但是憑借多年來推廣應用取得的效果，生物刺激劑的多重效果已經(jīng)毋庸置疑。

Improvement of BOG Recondensation Process for LNG Receiving Terminal During Low-throughput Period

KANG Yong-bo1,LV Gui-hai1,YU Yang2

（1. China National Oil and Gas Exploration and Development Company, Beijing 100034, China；2. China Huanqiu Contracting & Engineering Co., Ltd., Beijing 100012, China）

The influence of main parameters, such as BOG temperature and BOG compressor pressure ratio, on the process of recondensation was analyzed. Combined with the characteristics of low-throughput period, the heat exchanger was installed at the outlet of the compressor. By improving the technological process, the high-temperature BOG from the outlet of the compressor was precooled by the low temperature LNG from the outlet of the high-pressure pump. The improved method not only significantly reduced the amount of LNG required for condensing the BOG, but also saved the operation energy consumption. The optimized process is of great significance for improving the comprehensive economic benefit of the LNG receiving station during the low-throughput period of gas transmission, which has broad application prospects.

Recondensation process; Improvement; Low-throughput period; LNG receiving terminal

TE 624

A

1671-0460（2017）04-0735-04

2017-02-07

亢永博（1987-），男，陜西省寶雞市人，助理工程師，雙碩士學位，2015年畢業(yè)于中國石油大學（北京）和俄羅斯烏法國立石油技術(shù)大學，主要從事液化天然氣、油氣田地面工程等領(lǐng)域的設(shè)計和研究工作。E-mail：kangyongbo@cnpcint.com。