大型LNG接收站BOG處理工藝優(yōu)化研究

郭慧軍，逯國英，宋義偉，郝瑞梅

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大型LNG接收站BOG處理工藝優(yōu)化研究

郭慧軍，逯國英，宋義偉，郝瑞梅

（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 華北分公司，河北 任丘 062552）

介紹了幾種不同的LNG接收站BOG處理工藝，分析了再冷凝工藝、直接壓縮工藝及直接壓縮+再冷凝工藝等不同BOG處理工藝的特點(diǎn)和適用范圍，并以某LNG接收站為例，給出了BOG處理方式的比選及優(yōu)化思路，提出了BOG“零”排放的理念。

LNG接收站；BOG處理；優(yōu)化

1 概述

LNG作為一種清潔能源在國內(nèi)應(yīng)用越來越廣泛，我國在沿海地區(qū)已經(jīng)先后建成投產(chǎn)深圳大鵬、福建莆田、上海洋山港、江蘇如東、遼寧大連和浙江寧波等數(shù)座大型LNG接收站，截止2015年，全國共有12座大型LNG接收站投入運(yùn)營，LNG進(jìn)口總量累計(jì)達(dá)到1.17億t[1]，其中廣東大鵬LNG共接卸700船，接卸總量突破4 500萬t，相當(dāng)于原油1億t。這些大型LNG接收站的建立，對保障國內(nèi)能源供應(yīng)，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，緩解經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展造成的環(huán)境保護(hù)壓力具有重要的意義[2]。

LNG接收站的主要功能是接收、儲(chǔ)存LNG，并將LNG再氣化后通過天然氣管道向下游用戶供氣或?qū)⒁簯B(tài)LNG通過槽車直接送出。生產(chǎn)過程全部為物理過程，無化學(xué)反應(yīng)及化學(xué)變化，因此接收站的主要工藝系統(tǒng)包括：LNG低溫接卸工藝系統(tǒng)、LNG低溫儲(chǔ)存工藝系統(tǒng)、低溫加壓工藝系統(tǒng)、低溫槽車裝車工藝系統(tǒng)、加熱氣化工藝系統(tǒng)、BOG處理工藝系統(tǒng)、火炬放空工藝系統(tǒng)、管道輸送工藝系統(tǒng)。其中BOG 處理工藝系統(tǒng)是LNG接收站所有工藝系統(tǒng)的核心組成部分，直接關(guān)系到LNG接收站安全平穩(wěn)運(yùn)行[3-5]。

2 常用的BOG處理工藝

在LNG在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中，盡管采取了很多保冷措施，但LNG仍會(huì)大量揮發(fā)形成BOG（Boil Off Gas，即蒸發(fā)氣）。BOG的產(chǎn)生是由于LNG輸送泵運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱量、卸料及外輸時(shí)體積置換、壓力差、閃蒸、環(huán)境熱量對系統(tǒng)的侵入等原因造成的。以16×104m3LNG儲(chǔ)罐為例，若日蒸發(fā)量為0.05%，則怎每天產(chǎn)生4.8×104m3BOG[6]，這些BOG不進(jìn)行處理將造成大量的能源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也會(huì)對環(huán)境造成惡劣影響。因此，BOG 處理系統(tǒng)的合理配置不僅能為接收站的安全節(jié)能運(yùn)行提供保障，而且也能節(jié)省投資、降低運(yùn)營成本。因此，如何正確合理地回收BOG是LNG接收站工藝的關(guān)鍵。

目前，已建LNG接收站BOG的處理工藝較多，包括以下幾種[7]：

上述工藝在LNBG接收站內(nèi)均有應(yīng)用，但目前國內(nèi)LNG接收站主要應(yīng)用的工藝為再冷凝工藝和直接壓縮工藝兩種[8-12]。

2.1 再冷凝工藝

再冷凝工藝是以LNG作為冷源，與通過壓縮機(jī)加壓至一定壓力的后的BOG氣體在再冷凝器中進(jìn)行混合冷凝后，再經(jīng)高壓輸送泵加壓，在氣化單元?dú)饣筮M(jìn)入管道外輸。主要由儲(chǔ)罐、壓縮機(jī)入口緩沖罐、低溫BOG壓縮機(jī)、再冷凝器、高壓輸送泵氣化器等組成，流程示意見圖1。

圖1 再冷凝工藝流程示意圖

再冷凝工藝的核心設(shè)備是再冷凝器，其主要作用一是冷凝BOG，而是作為LNG高壓泵的入口緩沖罐，使內(nèi)部液位高度滿足LNG高壓泵入口NPSH要求[12]。

2.2 直接壓縮外輸工藝

直接壓縮外輸工藝指BOG通過外輸增壓BOG壓縮機(jī)直接加壓達(dá)到外輸管網(wǎng)壓力后外輸。主要由儲(chǔ)罐、加熱器、壓縮機(jī)入口緩沖罐、外輸增壓BOG壓縮機(jī)組成，流程示意見圖2。

圖2 直接壓縮工藝流程示意圖

采用該工藝進(jìn)行BOG壓縮外輸，當(dāng)儲(chǔ)罐BOG生成量較大而外輸需求較小時(shí)，BOG壓縮外輸無法保證儲(chǔ)罐的壓力穩(wěn)定，因此需要部分放空或者采用再冷凝等輔助工藝才能保證儲(chǔ)罐的壓力穩(wěn)定，同時(shí)，若大量采用直接壓縮工藝，項(xiàng)目的能耗較大。

3 BOG處理工藝優(yōu)化

結(jié)合直接壓縮工藝和再冷凝工藝的特點(diǎn)，從運(yùn)行靈活、節(jié)能、環(huán)保及資源回收的角度考慮，大型LNG接收站可考慮采用再冷凝+直接壓縮的混合處理工藝[13]，即在再冷凝裝置具備運(yùn)行條件時(shí)，BOG處理采用再冷凝工藝，反之，則采用直接壓縮工藝。

與其它兩種處理工藝相比，再冷凝+直接壓縮混合處理工藝的能耗及投資居于其它兩種處理工藝之間。三種BOG工藝的優(yōu)缺點(diǎn)詳細(xì)對比見表1。

表1 BOG處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對比

LNG接收站BOG處理方式應(yīng)綜合考慮LNG接收站的功能定位、實(shí)際運(yùn)行模式、設(shè)備投資及運(yùn)行能耗等關(guān)鍵因素，通過比選分析確定。以某擬建LNG接收站為例，其BOG處理量為7 t/h，當(dāng)BOG再冷凝工藝年運(yùn)行天數(shù)達(dá)到365 d，即氣化外輸條件可滿足BOG再冷凝裝置全年運(yùn)行時(shí)，費(fèi)用現(xiàn)值對比見表2。根據(jù)對比可知，當(dāng)BOG可全年不間斷運(yùn)行時(shí)，BOG再冷凝工藝能耗及費(fèi)用現(xiàn)值均最低，由此可見，運(yùn)行時(shí)間越長，再冷凝工藝的節(jié)能效果越明顯。

表2 再冷凝工藝全年不間斷運(yùn)行時(shí)費(fèi)用現(xiàn)值對比表

考慮BOG的放空損失，當(dāng)BOG再冷凝工藝年運(yùn)行天數(shù)降至360 d時(shí)，不同工藝的費(fèi)用現(xiàn)值對比見表3。根據(jù)計(jì)算及對比可知，當(dāng)BOG再冷凝工藝停運(yùn)時(shí)間達(dá)到5 d時(shí)，BOG再冷凝工藝與直接壓縮機(jī)工藝的費(fèi)用現(xiàn)值即會(huì)持平，BOG再冷凝工藝的節(jié)能優(yōu)勢消失。其主要原因在于BOG大量放空，造成的經(jīng)濟(jì)損失較大。

表3 再冷凝工藝年運(yùn)行天數(shù)小于360 d時(shí)費(fèi)用現(xiàn)值對比表

隨著BOG再冷凝工藝運(yùn)行天數(shù)的降低，BOG再冷凝工藝費(fèi)用現(xiàn)值將會(huì)急劇增加，再冷凝+直接壓縮混合處理工藝的費(fèi)用現(xiàn)值也會(huì)進(jìn)一步增加，當(dāng)BOG再冷凝工藝運(yùn)行天數(shù)降至90天左右時(shí)，直接壓縮+再冷凝工藝的費(fèi)用現(xiàn)值與直接壓縮工藝持平。費(fèi)用現(xiàn)值對比見表4。

表4 再冷凝工藝年運(yùn)行天數(shù)90天時(shí)費(fèi)用現(xiàn)值對比表

根據(jù)上述對比可以，該接收站不同運(yùn)行模式下的優(yōu)選BOG處理工藝見表5。

表5 BOG處理工藝選擇表

一般來說，氣源型LNG接收站外輸氣量較大，持續(xù)氣化外輸?shù)臅r(shí)間較長，因此，可優(yōu)先考慮采用再冷凝+直接壓縮的混合處理工藝。

4 結(jié)論

通過對大型LNG接收站BOG的不同處理工藝進(jìn)行對比，可以得出以下結(jié)論：

（1）直接壓縮工藝雖然具有一次性投資低的特點(diǎn)，但對于大型氣源型LNG接收站，因其BOG量較大，因此為滿足外輸需要，能耗較大，運(yùn)行費(fèi)用高，一般不建議使用。該工藝更適用于BOG量較小的內(nèi)河接收站或調(diào)峰站。

（2）對于大型的氣源型LNG接收站，再冷凝工藝具有能耗低的優(yōu)點(diǎn)，在BOG全年不間斷運(yùn)行時(shí)，其綜合能耗和費(fèi)用現(xiàn)值均最低。但當(dāng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)裝置停運(yùn)情況，由于BOG大量放空，經(jīng)濟(jì)損失急劇增加。因此，該工藝適用于全年持續(xù)外輸?shù)拇笮蚅NG站場。

（3）對于再冷凝裝置存在停運(yùn)可能性的氣源型LNG接收站，采用再冷凝+直接壓縮的混合處理工藝較為合理，運(yùn)行靈活性也進(jìn)一步增強(qiáng)。一般情況下，氣源型LNG接收站BOG氣體量相對較大，天然氣外輸壓力較高， 節(jié)能效果更為明顯，另外作為穩(wěn)定的供氣氣源，氣化外輸持續(xù)進(jìn)行，一般可確保BOG 氣體再冷凝的冷源，在BOG再冷凝裝置停運(yùn)期間，可采用直接壓縮工藝，避免BOG的放空燃燒。因此，再冷凝+直接壓縮混合處理工藝將成為大型LNG接收站BOG處理工藝的發(fā)展方向。

總之，對于LNG接收站，應(yīng)該根據(jù)其功能定位、運(yùn)行模式、BOG產(chǎn)生量、運(yùn)行能耗及環(huán)境保護(hù)等多因素綜合考慮，通過比選確定最為合理的BOG處理方式，實(shí)現(xiàn)BOG“零”排放。

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Optimization of BOG Treatment Processes in LNG Terminals

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（China Petroleum Engineering Co., Ltd. North China Company, Hebei Renqiu 062552，China）

BOG treatment processes of LNG terminal were introduced, such as BOG recondensation system, BOG direct compression process and so on. Characteristics and application scopes of different BOG treatment processes were analyzed. How to select suitable BOG treatment process was discussed.On this basis, the concept of BOG “zero emission” was presented.

LNG terminal; BOG treatment processes; Optimization

TE 624

A

1671-0460（2017）06-1165-03

2016-11-27

郭慧軍（1972-），男，河北任丘人，教授級高級工程師，1993年畢業(yè)于石油大學(xué)石油加工專業(yè)，研究方向：油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)工作。E-mail：cpe_guohuijun@126.com。