LNG接收站BOG處理工藝優(yōu)化及能耗分析

摘 要：針對(duì)LNG接收站BOG處理工藝優(yōu)化問(wèn)題，本次研究結(jié)合目前我國(guó)常見(jiàn)的LNG接收站BOG處理工藝，對(duì)BOG處理過(guò)程中的能耗進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)上，提出BOG處理的工藝優(yōu)化措施，為推動(dòng)我國(guó)BOG處理領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。研究表明：當(dāng)外輸量與外輸壓力逐漸升高時(shí)，采用再冷凝方法的BOG處理工藝能耗相對(duì)較低，低于直接壓縮方法對(duì)BOG進(jìn)行處理，如果BOG的量逐漸升高，再冷凝方法較為節(jié)能;在對(duì)處理工藝進(jìn)行優(yōu)化之前，其能耗在2600kW左右，對(duì)處理工藝進(jìn)行優(yōu)化以后，其能耗在1900kW左右，處理工藝能耗下降25%左右，使得LNG接收站可以處于安全高效且經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：LNG接收站;BOG處理;能耗分析;工藝優(yōu)化;再冷凝

0 前言

LNG低溫輸送是一種常見(jiàn)的輸送模式，在LNG低溫輸送的過(guò)程中，非常容易出現(xiàn)蒸發(fā)氣化問(wèn)題，進(jìn)而形成BOG，為了保障LNG接收站可以始終處理安全高效的運(yùn)行狀態(tài)，需要對(duì)BOG進(jìn)行回收處理[1]。目前，常見(jiàn)的BOG處理工藝相對(duì)較多，不同處理工藝的能耗存在較大的差別，如果處理工藝所需要的能耗相對(duì)較大，則會(huì)給LNG接收站帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)壓力[2]。

1 LNG接收站BOG處理工藝能耗分析

目前，在我國(guó)各個(gè)LNG接收站中，常見(jiàn)的BOG處理工藝可以分為四種類(lèi)型，分別是直接壓縮處理、再冷凝處理、熱交換處理以及再液化處理，其中前兩種處理工藝的應(yīng)用相對(duì)較廣[3]。直接壓縮處理工藝中最重要的設(shè)備為壓縮機(jī)，其流程為將BOG進(jìn)行壓縮，使得BOG的壓力與外輸管道的壓力相同，然后將BOG直接輸送到外輸管網(wǎng)中，在這整個(gè)過(guò)程中，并不需要對(duì)BOG進(jìn)行冷卻處理，該種處理方法所需要的設(shè)備為壓縮機(jī)、高壓泵、換熱器;再冷凝處理工藝中最重要的設(shè)備為高壓泵，其流程為將BOG進(jìn)行深度壓縮，進(jìn)而使得BOG的液化溫度不斷升高，將BOG輸送到冷凝器中將其與LNG相互混合，然后對(duì)其進(jìn)行液化處理，將液化后的氣體輸送到管道中，在管道中氣體將會(huì)氣化，使用該種方法可以使得壓縮機(jī)的能耗得到降低，但是會(huì)增加高壓泵的能耗，該種處理方法所需要的設(shè)備為低壓泵、壓縮機(jī)、高壓泵、再冷凝器、氣化器。

以我國(guó)的某LNG接收站為例，對(duì)這兩種類(lèi)型的處理工藝進(jìn)行全面研究，該接收站的天然氣輸量為100000kg/h，在LNG進(jìn)料和出料的過(guò)程中，都會(huì)出現(xiàn)氣化問(wèn)題，因此會(huì)產(chǎn)生大量的BOG，BOG的產(chǎn)生量為每小時(shí)5000kg，該接收站內(nèi)的LNG會(huì)進(jìn)入到外輸管網(wǎng)，管網(wǎng)的運(yùn)行壓力為6MPa，使用軟件模擬的方式對(duì)直接壓縮處理措施和再冷凝處理措施進(jìn)行模擬，模擬發(fā)現(xiàn)，如果使用直接壓縮處理方法，則高壓泵的能耗為514.4kW，壓縮機(jī)的能耗為728.2kW;如果使用再冷凝處理方法，則低壓泵的能耗為59.11kW，高壓泵的能耗為478.7kW，壓縮機(jī)的能耗為274.4kW，通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，使用再冷凝處理工藝可以節(jié)約能耗34%左右。外輸量會(huì)對(duì)兩種不同處理工藝的能耗產(chǎn)生重要影響，改變天然氣的外輸量后發(fā)現(xiàn)，隨著天然氣輸量的不斷提升，兩種類(lèi)型處理工藝中的高壓泵能耗都會(huì)不斷增加，雖然直接壓縮處理方法的能耗不斷升高，但是再冷凝處理工藝的能耗基本保持不變，僅有小幅度的提升，再冷凝處理工藝中的低壓泵能耗增加較小，總體而言，隨著天然氣輸量的不斷提升，再冷凝處理工藝的能耗相對(duì)較低。外輸壓力也是影響處理工藝能耗的重要因素，在不斷提高外輸壓力的前提下，兩種處理工藝中高壓泵的能耗都會(huì)不斷的提升，直接壓縮處理工藝中高壓泵能耗的提升相對(duì)較快。

2 LNG接收站BOG處理工藝優(yōu)化

為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能及環(huán)保的基本目標(biāo)，該LNG接收站將會(huì)使用壓縮和冷凝相互結(jié)合的方法對(duì)BOG進(jìn)行處理，首先使用壓縮機(jī)對(duì)BOG進(jìn)行處理，使得BOG的液化溫度不斷提升，然后將BOG輸入到冷凝器中，冷凝器中的BOG將會(huì)充分利用LNG自身的冷能，進(jìn)而使得再冷凝過(guò)程中的能耗可以得到降低，但是在這個(gè)過(guò)程中，在BOG經(jīng)過(guò)壓縮以后與LNG同時(shí)進(jìn)入再冷凝器之前，需要使用高壓泵將其輸入到氣化器中，在這個(gè)過(guò)程中壓縮機(jī)出口位置處的壓力將會(huì)升高，這使得壓縮機(jī)的能耗也得到提升。在LNG接收站的輸量相對(duì)較大時(shí)，高壓泵和低壓泵的運(yùn)行能耗都會(huì)提升，部分BOG處理設(shè)備的處理量會(huì)隨著輸量的提升而增加。盡管天然氣的輸量可以增加，但是壓縮機(jī)存在一個(gè)最大處理量，壓縮機(jī)在使用的過(guò)程中無(wú)法對(duì)過(guò)多的BOG進(jìn)行處理，此時(shí)再冷凝器的能耗將會(huì)降低。壓縮和冷凝相對(duì)結(jié)合的處理工藝中，關(guān)鍵的處理設(shè)備主要有BOG分離罐、壓縮機(jī)、加熱器、浸沒(méi)燃燒式氣化器、低壓泵、再冷凝器、高壓泵以及開(kāi)架式氣化器。

目前，在LNG接收站中，為了降低儲(chǔ)罐內(nèi)壁的壓力，一般都是使用過(guò)冷儲(chǔ)存的方式對(duì)LNG進(jìn)行保存，因此，儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度一般為-170℃。我國(guó)大多數(shù)接收站中壓縮機(jī)的最大處理量為6700kg/h，如果天然氣的需求量相對(duì)較大，則壓縮機(jī)將無(wú)法完成BOG的處理任務(wù)，在另一方面，還可能會(huì)出現(xiàn)天然氣輸量相對(duì)較大，但是BOG的量相對(duì)較小的問(wèn)題，針對(duì)這兩種問(wèn)題，本次研究提出的工藝優(yōu)化思路為：使用過(guò)冷的LNG對(duì)BOG進(jìn)行全面的冷卻處理，進(jìn)而達(dá)到LNG冷能利用的目的，根據(jù)氣體狀態(tài)方程，如果氣壓的壓強(qiáng)得到提升，則其溫度也會(huì)升高，在現(xiàn)有的處理工藝中，雖然也采取措施使得BOG的液化溫度得到了提升，使得BOG更容易被液化，但這整個(gè)過(guò)程就相當(dāng)于對(duì)BOG進(jìn)行加熱再冷卻。在加熱再冷卻的過(guò)程中，存在嚴(yán)重的冷熱交換問(wèn)題，壓縮機(jī)出口位置處的溫度必然會(huì)升高，壓縮機(jī)的能耗就會(huì)增加，如果可以使用LNG的冷能對(duì)BOG進(jìn)行處理，不但可以降低壓縮機(jī)出口位置處的溫度，還可以降低加熱再冷凝過(guò)程中的能耗，通過(guò)該種措施就可以實(shí)現(xiàn)處理工藝的優(yōu)化。優(yōu)化有的處理工藝中所需要的設(shè)備為壓縮機(jī)、換熱器、分離器、加熱器、浸沒(méi)燃燒式氣化器、低壓泵、高壓泵以及開(kāi)架式氣化器。

在過(guò)冷的LNG與BOG都進(jìn)入到換熱器之后，就會(huì)進(jìn)行熱交換的反應(yīng)，進(jìn)而使得氣體轉(zhuǎn)化為液態(tài)形式，液態(tài)的氣體會(huì)與LNG共同進(jìn)入到高壓泵之中，在經(jīng)過(guò)氣化以后才能進(jìn)行外輸。如果可以將壓縮機(jī)出口位置處的壓力維持在0.2MPa左右，則可以使得壓縮機(jī)出口位置處的溫度大大降低，雖然BOG的液化溫度降低相對(duì)較少，但是由于大量的過(guò)冷LNG已經(jīng)進(jìn)入到換熱器之中，所以可以實(shí)現(xiàn)BOG液化的目的。在對(duì)處理工藝進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，減少了耗能元件的使用，這使得壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不再受輸量的影響，壓縮機(jī)的出口壓力可以始終保持在0.2MPa左右，可以使得BOG的液化過(guò)程順利進(jìn)行。

假如我國(guó)某接收站中使用的儲(chǔ)罐容積為480000m3，壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的最大處理量為6700kg/h，使用軟件模擬的方式對(duì)處理工藝優(yōu)化前后的能耗進(jìn)行全面的分析，分析發(fā)現(xiàn)，在對(duì)處理工藝進(jìn)行優(yōu)化之前，壓縮機(jī)的運(yùn)行能耗為248.9kW，低壓泵的能耗為186kW，高壓泵的能耗為1629kW，加熱器的能耗為57.42kW，再冷凝器的能耗為456.4kW;在對(duì)處理工藝進(jìn)行優(yōu)化以后，壓縮機(jī)的能耗為28.87kW，低壓泵的能耗為186kW，高壓泵的能耗為1642kW，加熱器的能耗為133.90，綜合而言，在優(yōu)化之后，BOG處理工藝的能耗可以降低25%，可以使用LNG的冷能對(duì)BOG進(jìn)行液化處理，全面實(shí)現(xiàn)接收站節(jié)能的基本目標(biāo)。

3 結(jié)論

通過(guò)本次研究可以發(fā)現(xiàn)，最常見(jiàn)的BOG處理工藝有兩種類(lèi)型，分別是直接壓縮處理工藝以及再冷凝處理工藝，兩種處理工藝中，再冷凝處理工藝在使用過(guò)程中的能耗相對(duì)較低，同時(shí)，如果BOG的處理量不斷提升，則再冷凝處理工藝的使用效果將會(huì)更加明顯。同時(shí)，在對(duì)BOG處理工藝進(jìn)行優(yōu)化以后，使用LNG自身冷能對(duì)BOG進(jìn)行液化，此時(shí)處理工藝的能耗可以降低25%左右，完全符合接收站安全高效且經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐凱，朱祚良，吳明，等.LNG接收站BOG再冷凝工藝優(yōu)化與能耗分析[J].當(dāng)代化工，2019（5）：1032-1035.

[2]王小尚，劉景俊，李玉星，等.LNG接收站BOG處理工藝優(yōu)化——以青島LNG接收站為例[J].天然氣工業(yè)，2014 （04）：125-130.

[3]薛倩，劉名瑞，肖文濤，等.LNG接收站BOG處理工藝優(yōu)化及功耗分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2016（4）：376-380.

作者簡(jiǎn)介：

王善強(qiáng)（1979- ），男，山東平度人，中級(jí)工程師，從事LNG接收站工藝設(shè)計(jì)工作。