芻議LNG接收站中壓縮機(jī)的技術(shù)問(wèn)題及改進(jìn)

張雪

摘 要：LNG（Liquefied Natural Gas）是液化天然氣的簡(jiǎn)稱，LNG接收站的主要作用是接收、儲(chǔ)存和氣化LNG并通過(guò)天然氣管道向燃?xì)怆姀S和城市用戶供氣，有的接收站根據(jù)需要還設(shè)置了LNG槽車裝車站，向用戶直接供應(yīng)LNG，LNG由于其巨大能源清潔性優(yōu)勢(shì)，目前在國(guó)內(nèi)得以大力發(fā)展，其中LNG接收站的建設(shè)在國(guó)內(nèi)如火如荼，根據(jù)國(guó)家能源規(guī)劃，天然氣在能源消費(fèi)中的比例逐年上升。

關(guān)鍵詞：LNG;壓縮機(jī);BOG

LNG已成為目前無(wú)法使用管輸天然氣供氣城市的主要?dú)庠椿蜻^(guò)渡氣源，也是許多使用管輸天然氣供氣城市的補(bǔ)充氣源或調(diào)峰氣源。LNG氣化站是一個(gè)接收、儲(chǔ)存和分配LNG衛(wèi)星站，也是城鎮(zhèn)或燃?xì)馄髽I(yè)把LNG從生產(chǎn)廠家轉(zhuǎn)往用戶的中間調(diào)節(jié)場(chǎng)所。LNG氣化站憑借其建設(shè)周期短以及能迅速滿足用氣市場(chǎng)需求的優(yōu)勢(shì)，已逐漸在我國(guó)東南沿海眾多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源緊缺的中小城市建成，成為永久供氣設(shè)施或管輸天然氣到達(dá)前的過(guò)渡供氣設(shè)施。

1 當(dāng)前空氣壓縮機(jī)存在的技術(shù)問(wèn)題

LNG屬于超低溫液體，在儲(chǔ)存時(shí)雖然儲(chǔ)罐具有良好的保冷絕熱功能，仍不免有熱量傳入罐內(nèi)，引起LNG蒸發(fā)形成BOG（boil-offgas），此部分BOG需要及時(shí)處理，LNG接收站一般采用直接輸出工藝和再冷凝工藝處理BOG，兩種工藝并無(wú)本質(zhì)的區(qū)別僅在通過(guò)蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)蒸發(fā)氣體的處理上有所不同。蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)主要由BOG壓縮機(jī)、再冷凝器及蒸發(fā)氣管道系統(tǒng)組成，BOG壓縮機(jī)是BOG處理的關(guān)鍵設(shè)備其作用是處理過(guò)量的蒸發(fā)氣，維持LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壓力的恒定，由于BOG壓縮機(jī)壓縮的氣體一般為烴類氣體，由于烴類氣體易燃易爆，所以為了降低烴類氣體的溫度，必須保證BOG壓縮機(jī)內(nèi)的溫度較低，現(xiàn)有技術(shù)一般采用水冷，水冷降溫限制性較大，安裝以及檢修都較為麻煩，而且其成本較高，不適于普及安裝在所有BOG壓縮機(jī)中。

國(guó)內(nèi)已建成的沿海LNG接收站，主要功能為L(zhǎng)NG進(jìn)行接收、儲(chǔ)存、加壓、氣化后，對(duì)外輸出高壓天然氣，同時(shí)可通過(guò)LNG槽車外輸;對(duì)于低溫BOG氣體的回收，主要采用直接加壓輸出工藝和再冷凝工藝。直接加壓輸出工藝是采用低溫天然氣壓縮機(jī)，將低溫低壓天然氣加壓到常溫高壓狀態(tài)，直接輸送到站外燃?xì)夤芫W(wǎng)。再冷凝工藝是將低溫的天然氣加壓、再?gòu)腖NG儲(chǔ)罐抽取LNG，兩者按一定比例在再冷凝中直接換熱，將低溫天然氣再次液化，輸送到高壓泵加壓氣化。這兩種工藝中，低溫天然氣壓縮機(jī)是低溫天然氣回收利用的關(guān)鍵設(shè)備，關(guān)系到主體設(shè)備--LNG儲(chǔ)罐的正常安全運(yùn)行。目前一般采用低溫?zé)o油往復(fù)式或迷宮式壓縮機(jī)，國(guó)內(nèi)壓縮機(jī)制造廠尚無(wú)設(shè)計(jì)、制造該類BOG壓縮機(jī)的成熟經(jīng)驗(yàn)，主要依賴進(jìn)口，設(shè)備生產(chǎn)周期長(zhǎng)，制造成本高。

2 幾種改進(jìn)的LNG接收站BOG壓縮機(jī)

2.1 多功能的LNG接收站BOG壓縮機(jī)

該LNG接收站BOG壓縮機(jī)用工藝氣入口電加熱裝置其上設(shè)有多個(gè)加熱腔，在進(jìn)氣口和排氣口以及加熱腔之間的連通部位均設(shè)有溫度檢測(cè)裝置，多個(gè)加熱腔以及位于加熱腔內(nèi)部的電加熱裝置可對(duì)進(jìn)入加熱罐體內(nèi)部的氣體實(shí)現(xiàn)分級(jí)加熱，使進(jìn)入加熱罐內(nèi)部的氣體被加熱到所設(shè)定的溫度，溫度檢測(cè)裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)過(guò)加熱故障診斷，保證壓縮機(jī)長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，還實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控進(jìn)氣口和排氣口的溫度并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;用工藝氣入口電加熱裝置其多個(gè)加熱腔內(nèi)安裝的電加熱即可單獨(dú)開(kāi)啟和關(guān)閉，也可同時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉，可根據(jù)進(jìn)入進(jìn)氣口處氣體的溫度決定電加熱裝置的數(shù)量，使氣體被加熱到所設(shè)定的溫度。

2.2 LNG接收站BOG壓縮機(jī)用大型風(fēng)冷裝置

該BOG壓縮機(jī)用大型風(fēng)冷裝置包括有支架，所述支架上設(shè)置有換熱管以及有用于對(duì)換熱管進(jìn)行吹風(fēng)冷卻的冷卻風(fēng)扇，所述冷卻風(fēng)扇包括有一級(jí)冷卻風(fēng)扇、二級(jí)冷卻風(fēng)扇以及三級(jí)冷卻風(fēng)扇，一級(jí)冷卻風(fēng)扇、二級(jí)冷卻風(fēng)扇以及三級(jí)冷卻風(fēng)扇通過(guò)主電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，還包括有中心控制裝置，所述中心控制裝置包括有用于控制主電機(jī)的集散控制系統(tǒng)和用于檢測(cè)換熱管溫度的在線測(cè)溫元件，所述在線測(cè)溫元件檢測(cè)換熱管溫度過(guò)高，傳遞信號(hào)至集散控制系統(tǒng)，集散控制系統(tǒng)根據(jù)溫度情況打開(kāi)一級(jí)冷卻風(fēng)扇、二級(jí)冷卻風(fēng)扇以及三級(jí)冷卻風(fēng)扇對(duì)換熱管進(jìn)行冷卻;還包括百葉窗，位于換熱管上方，百葉窗上窗簾角度可調(diào)設(shè)置;支架上的兩側(cè)分別向外側(cè)延伸設(shè)置形成工作臺(tái)，工作臺(tái)上分別設(shè)置有用于控制一級(jí)冷卻風(fēng)扇、二級(jí)冷卻風(fēng)扇以及三級(jí)冷卻風(fēng)扇的現(xiàn)場(chǎng)操作柱;換熱管上設(shè)置有用于BOG工藝氣體進(jìn)出的工藝氣進(jìn)氣法蘭口和工藝氣出氣法蘭口。

這一種LNG接收站BOG壓縮機(jī)用大型風(fēng)冷裝置可實(shí)現(xiàn)三級(jí)BOG工藝高溫氣體的高效冷卻;可通過(guò)三組冷卻風(fēng)扇以及百葉窗開(kāi)啟角度控制風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)每級(jí)最高135℃BOG工藝氣體冷卻至40℃;安全可靠，可以保證BOG壓縮機(jī)長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行;三組風(fēng)扇電機(jī)通過(guò)DCS和SIS可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，能夠單獨(dú)開(kāi)啟、部分開(kāi)啟、全部開(kāi)啟、和全部關(guān)閉的功能，再配合在線測(cè)溫元件，滿足在最熱月冷卻風(fēng)扇的部分或全部開(kāi)啟，最冷月冷卻風(fēng)扇的單獨(dú)開(kāi)啟或全部關(guān)閉，根據(jù)環(huán)境與工況的變化而靈活進(jìn)行冷卻的控制;大型風(fēng)冷裝置設(shè)有在線溫度監(jiān)測(cè)，當(dāng)環(huán)境溫度≥30℃，為保證冷卻器出口溫度40℃，三組風(fēng)扇電機(jī)全部開(kāi)啟;當(dāng)0℃≤環(huán)境溫度<30℃，自動(dòng)切換至二組風(fēng)扇開(kāi)啟;若環(huán)境溫度<0℃，自動(dòng)切換至一組風(fēng)扇單獨(dú)開(kāi)啟;實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化和節(jié)能減排。同時(shí)也可手動(dòng)控制三組風(fēng)扇電機(jī)，操作靈活方便。

2.3 基于常溫壓縮機(jī)回收BOG氣體的LNG接收站工藝系統(tǒng)

水路轉(zhuǎn)運(yùn)的小型LNG接收站，在功能上有別于沿海LNG接收站，實(shí)有必要優(yōu)化設(shè)計(jì)一種新的工藝系統(tǒng)，以滿足小型LNG接收站功能需要，同時(shí)也要降低整個(gè)工程的一次投資成本和建設(shè)周期，以及生產(chǎn)運(yùn)行成本?；诔貕嚎s機(jī)回收BOG氣體的LNG接收站工藝系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)LNG接收站工藝流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)置低溫氣體加熱器，將低溫天然氣加熱到常溫，再采用國(guó)產(chǎn)常溫壓縮機(jī)替代生產(chǎn)周期長(zhǎng)、制造成本高的進(jìn)口BOG壓縮機(jī)對(duì)常溫天然氣進(jìn)行壓縮，從而達(dá)到降低工程投資、縮短施工周期的目的。

基于常溫壓縮機(jī)回收BOG氣體（液化天然氣蒸發(fā)氣）的LNG（液化天然氣）接收站工藝系統(tǒng)，該工藝系統(tǒng)包括：LNG卸船臂、LNG儲(chǔ)罐（優(yōu)選是常壓儲(chǔ)罐）、LNG潛液泵、LNG裝車臂、加熱器和常溫壓縮機(jī)，其中，LNG卸船臂的LNG進(jìn)口端用于與LNG運(yùn)輸船相連接，LNG卸船臂的LNG出口端通過(guò)LNG低溫管道與LNG儲(chǔ)罐的LNG進(jìn)口端連接;常溫壓縮機(jī)的天然氣出口端通過(guò)常溫高壓天然氣管道輸送站外用戶，和/或常溫壓縮機(jī)的天然氣出口端通過(guò)常溫天然氣管道與CNG壓縮機(jī)的天然氣進(jìn)口端連接，CNG壓縮機(jī)的出口端通過(guò)CNG管道輸送到CNG加氣機(jī)，用于給CNG槽車充裝氣體后外輸。

低溫低壓的天然氣（溫度在-50℃～-160℃之間，壓力1kPa·G～30kPa·G）通過(guò)BOG低溫管道到空溫式加熱器，通過(guò)吸收空氣中的熱量加熱低溫天然氣。低溫低壓天然氣經(jīng)過(guò)空溫式加熱器加熱后氣體溫度≥-15℃，例如-15～20℃，優(yōu)選-10～15℃。加熱后的氣體再通過(guò)管道（常溫低壓天然氣管道）輸送到常溫壓縮機(jī)進(jìn)行加壓，出口壓力≥0.4MPa·G，例如0.4～1.6MPa·G，優(yōu)選1.0～1.2MPa·G，最后通過(guò)常溫天然氣管道輸送站外用戶或下一處理工藝裝置。

基于常溫壓縮機(jī)回收BOG氣體的LNG接收站工藝系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：低溫天然氣回收處理對(duì)氣體組成、流量、壓力變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性。充分利用空氣或壓縮機(jī)的熱能，正常生產(chǎn)不需要額外提供熱量。采用國(guó)產(chǎn)常溫壓縮機(jī)替代進(jìn)口昂貴的低溫天然氣壓縮機(jī)，節(jié)約工程的一次投資費(fèi)用，同時(shí)也縮短壓縮機(jī)的生產(chǎn)周期。不需額外新增加設(shè)備，可以避免不必要的一次投資及運(yùn)行能耗。

參考文獻(xiàn)：

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