LNG 接收站BOG 壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化分析

秦賽雷，王建輝，王 婕

（山東省中遠(yuǎn)天然氣技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南 250098）

0 引言

LNG（Liquefied Natural Gas，液化天然氣）的凝點(diǎn)溫度為-162 ℃，在LNG 工廠(chǎng)中LNG 儲(chǔ)存在絕熱的儲(chǔ)罐內(nèi)，由于外界熱量的侵入、儲(chǔ)罐壓力、初始充滿(mǎn)率、LNG 組分以及儲(chǔ)罐進(jìn)出料、設(shè)備做功產(chǎn)生的熱量等，使得LNG 吸收熱量而氣化[1]，形成BOG（Boil Off Gas，閃蒸氣），久而久之BOG 會(huì)使設(shè)備、儲(chǔ)罐、管線(xiàn)內(nèi)的壓力升高。為防止壓力超高而造成不必要的損失，需要一臺(tái)壓縮機(jī)將BOG 壓縮回收再處理[2]。

壓縮機(jī)是化工企業(yè)常見(jiàn)的大型設(shè)備之一，按照工作原理、結(jié)構(gòu)、氣缸類(lèi)型、工作壓力等可以分為很多種類(lèi)型。因?yàn)锽OG 氣體溫度過(guò)低（-80～-140 ℃），因此要求壓縮機(jī)可承受低溫，前些年由于技術(shù)不成熟，低溫壓縮機(jī)主要靠進(jìn)口，近幾年隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，低溫壓縮機(jī)慢慢實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

1 LNG 接收站BOG 壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化的第一步

BOG 壓縮機(jī)作為接收站的主要設(shè)備之一，在接收站有著重要作用，是LNG 接收站工藝的“心臟”[3]。但是由于前期國(guó)內(nèi)技術(shù)不成熟，國(guó)內(nèi)的接收站市場(chǎng)被進(jìn)口BOG 壓縮機(jī)占據(jù)著。近幾年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，國(guó)產(chǎn)設(shè)備慢慢普及，當(dāng)然BOG 壓縮機(jī)也是國(guó)產(chǎn)化必不可少的設(shè)備。隨著國(guó)內(nèi)科研人員的不斷探索、實(shí)驗(yàn)，2017 年4 月13 日，國(guó)內(nèi)首臺(tái)自主研發(fā)的BOG壓縮機(jī)在山東青島LNG 接收站開(kāi)車(chē)成功。與現(xiàn)有的兩臺(tái)進(jìn)口壓縮機(jī)相比，此臺(tái)壓縮機(jī)處理能力大，在后期的運(yùn)行中可以完全取代兩臺(tái)進(jìn)口壓縮機(jī)，成為回收廠(chǎng)區(qū)內(nèi)BOG 的主力，進(jìn)口壓縮機(jī)作為備用或調(diào)峰使用。

2 國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)對(duì)比

國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)為水平對(duì)稱(chēng)式BOG 壓縮機(jī)，氣缸中心與中體及機(jī)身左右對(duì)置[4]。該機(jī)共有一、二級(jí)氣缸各兩個(gè)，壓縮機(jī)在吸排氣過(guò)程不連續(xù)，導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)較大，因此一、二級(jí)氣缸吸、排氣口，設(shè)有8 個(gè)氣體緩沖罐[5]，對(duì)氣體起到緩沖作用，減少對(duì)氣閥、缸體等部件造成沖擊（圖1）[6]。

圖1 國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)簡(jiǎn)圖

國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)設(shè)置有潤(rùn)滑油系統(tǒng)，潤(rùn)滑油通過(guò)油池內(nèi)置過(guò)濾器過(guò)濾后通過(guò)進(jìn)油口分兩路進(jìn)入主、輔油泵，通過(guò)主、輔潤(rùn)滑油泵升壓進(jìn)入潤(rùn)滑油冷卻系統(tǒng)，經(jīng)冷卻后的潤(rùn)滑油由供油口進(jìn)入BOG 壓縮機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件的潤(rùn)滑，形成油膜，減少部件之間的摩擦。該機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)配備一套電加熱和兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，當(dāng)油溫較高時(shí)通過(guò)風(fēng)機(jī)直接降溫，無(wú)中間降溫介質(zhì)（圖2）。

圖2 壓縮機(jī)潤(rùn)滑油路

此臺(tái)進(jìn)口BOG 壓縮機(jī)立式迷宮式BOG 壓縮機(jī)，氣缸中心線(xiàn)垂直于地面[4]。該機(jī)共有I 級(jí)、II 級(jí)氣缸各一個(gè)，壓縮機(jī)在吸排氣過(guò)程不連續(xù)，導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)較大，因此在每一級(jí)的上游和下游均配備了脈動(dòng)阻尼器來(lái)減少管道中的氣體脈動(dòng)[5]。為進(jìn)一步減少脈動(dòng)，脈動(dòng)阻尼器上還安裝了孔板，I 級(jí)排氣與II 級(jí)進(jìn)氣共用一個(gè)脈動(dòng)阻尼器，共計(jì)3 個(gè)脈動(dòng)阻尼器（圖3）[6]。

圖3 進(jìn)口BOG 壓縮機(jī)簡(jiǎn)圖

進(jìn)口BOG 壓縮機(jī)設(shè)置有潤(rùn)滑油站和冷卻水站，潤(rùn)滑油站設(shè)置有換熱器，水給油換熱，而水的溫度控制主要是依靠冷卻水站的3 臺(tái)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)以及電加熱器系統(tǒng)控制，冷卻水系統(tǒng)不僅僅可以為潤(rùn)滑油降溫，在冬季氣溫較低時(shí)，也起到加熱作用，油溫直接影響潤(rùn)滑油的流動(dòng)性。

冷卻水系統(tǒng)為封閉循環(huán)系統(tǒng)，主要由囊式蓄能器、冷卻水泵（一開(kāi)一備）、帶有3 臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)的空冷器、電加熱器、自立式溫控三通閥、溫度、壓力、流量監(jiān)控儀表、安全閥以及相應(yīng)的連接管線(xiàn)等組成，兩臺(tái)壓縮機(jī)共用一套冷卻水系統(tǒng)，并為第三臺(tái)BOG 壓縮機(jī)留有使用余量。其作用主要是用于對(duì)壓縮機(jī)的氣缸熱夾套、十字頭滑道及油冷器進(jìn)行冷卻控制溫度在操作范圍內(nèi)。

正常運(yùn)行期間，壓縮機(jī)的齒輪油泵通過(guò)內(nèi)置式濾油器從曲柄機(jī)構(gòu)吸油，油經(jīng)油冷卻器和雙聯(lián)濾油器流至壓縮機(jī)軸承和十字頭。壓縮機(jī)啟動(dòng)前，通過(guò)預(yù)潤(rùn)滑泵向軸承和十字頭提供潤(rùn)滑油，油壓可在泄壓閥處調(diào)節(jié)。潤(rùn)滑系統(tǒng)配有電加熱器，結(jié)合油加熱器，還必須安裝一個(gè)油位開(kāi)關(guān)，以防止加熱器潤(rùn)滑油油位過(guò)低。曲柄機(jī)構(gòu)油槽中安裝有濾油器以防潤(rùn)滑系統(tǒng)中出現(xiàn)固體污染物。潤(rùn)滑系統(tǒng)配有一個(gè)油冷卻器，它將潤(rùn)滑油保持在最高溫度以下，一些油管配有電伴熱系統(tǒng)。

2.2 密封形式對(duì)比

國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)為臥式對(duì)稱(chēng)平衡壓縮機(jī)，采用特殊材料的活塞環(huán)（如特氟?。1]，實(shí)現(xiàn)密封和無(wú)油潤(rùn)滑，由于臥式機(jī)器的自身局限性，無(wú)法避免活塞環(huán)、支撐環(huán)與氣缸的直接接觸，導(dǎo)致支撐環(huán)、活塞環(huán)配件成為定期監(jiān)控、更換的要點(diǎn)部位，設(shè)置活塞桿下沉報(bào)警，接近報(bào)警值需要及時(shí)拆開(kāi)側(cè)面缸蓋，使用塞尺檢查活塞環(huán)磨損情況，磨損嚴(yán)重時(shí)，需更換活塞環(huán)，請(qǐng)重新設(shè)定報(bào)警值。由于BOG 壓縮機(jī)是低溫設(shè)備，受溫度的影響，會(huì)導(dǎo)致活塞環(huán)磨損不均勻，活塞環(huán)在活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中緩慢旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致活塞桿下沉監(jiān)測(cè)值不斷變化。

進(jìn)口BOG 壓縮機(jī)采用迷宮密封形式，采用氣體節(jié)流密封原理，壓縮機(jī)的氣缸有螺紋型齒槽，活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣體每經(jīng)過(guò)一個(gè)齒槽流速就會(huì)下降，從而實(shí)現(xiàn)密封效果。同時(shí)由于活塞與氣缸不接觸，并基于對(duì)壓縮氣體的保護(hù)，防止氣源污染，氣缸內(nèi)采用無(wú)油形式，活塞也設(shè)計(jì)有節(jié)流齒槽，無(wú)活塞環(huán)和支撐環(huán)等易損元件；BOG 壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分裝有機(jī)械密封，所壓縮氣體不會(huì)泄漏到外部環(huán)境，提高運(yùn)行的安全系數(shù)；進(jìn)口BOG 壓縮機(jī)設(shè)置機(jī)身隔離段，有效防止?jié)櫥瓦M(jìn)入氣缸、避免氣源污染。

2.3 操作、運(yùn)行對(duì)比

2.3.1 開(kāi)機(jī)步驟

國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)盤(pán)車(chē)機(jī)構(gòu)為電動(dòng)盤(pán)車(chē)，開(kāi)車(chē)時(shí)將盤(pán)車(chē)手柄盤(pán)至開(kāi)車(chē)標(biāo)志位置，開(kāi)動(dòng)盤(pán)車(chē)電機(jī)即可。國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)的開(kāi)車(chē)采用就地自動(dòng)式啟動(dòng)，具體步驟依次如下：

（1）啟動(dòng)機(jī)身油池加熱器，使機(jī)身油池溫度達(dá)到設(shè)定值。

（2）啟動(dòng)主電機(jī)吹掃裝置，直至吹掃完成亮起綠色指示燈，中控室同時(shí)接到吹掃完成信號(hào)。

（3）就地啟動(dòng)輔助油泵，并啟動(dòng)至少一臺(tái)油冷風(fēng)扇，查看油壓。

（4）將電動(dòng)盤(pán)車(chē)齒輪與飛輪嚙合，啟動(dòng)盤(pán)車(chē)電機(jī)盤(pán)車(chē)至少一圈以上，盤(pán)車(chē)完畢后脫開(kāi)盤(pán)車(chē)齒輪，復(fù)位盤(pán)車(chē)限位開(kāi)關(guān)。

（5）將壓縮機(jī)調(diào)至0%負(fù)荷，中控進(jìn)行零負(fù)荷確認(rèn)。

（6）中控手動(dòng)全開(kāi)回流線(xiàn)閥門(mén)。

（7）控制室、現(xiàn)場(chǎng)查看具備啟機(jī)條件后，由現(xiàn)場(chǎng)按下BOG 壓縮機(jī)主電機(jī)啟動(dòng)按鈕，隨即主油泵及電機(jī)冷卻風(fēng)扇自動(dòng)啟動(dòng)。

（8）主電機(jī)啟動(dòng)成功后，手動(dòng)關(guān)閉輔助油泵，并將輔助油泵選擇至遠(yuǎn)程模式，油壓低于設(shè)定值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。

（9）壓縮機(jī)啟動(dòng)成功后，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)LCP（Local Control Pannel）負(fù)荷控制在遠(yuǎn)程模式，中控提升壓縮機(jī)負(fù)荷，對(duì)壓縮機(jī)入口進(jìn)行預(yù)冷，期間負(fù)荷保持50%，BOG 壓縮機(jī)預(yù)冷全過(guò)程關(guān)注入口溫度、出口溫度；

（10）壓縮機(jī)預(yù)冷完成后，中控室手動(dòng)關(guān)閉回流線(xiàn)流量控制閥，為出口升壓，直至再冷凝器壓力。

（11）壓縮機(jī)并網(wǎng)完成后，根據(jù)管網(wǎng)需求調(diào)節(jié)壓力。

（12）壓縮機(jī)停機(jī)后手動(dòng)打開(kāi)交流勵(lì)磁機(jī)及電機(jī)空間加熱器。

進(jìn)口壓縮機(jī)每臺(tái)BOG 壓縮機(jī)的開(kāi)車(chē)步驟相同，盤(pán)車(chē)裝置為盤(pán)車(chē)棍，手動(dòng)盤(pán)車(chē)，均采用就地自動(dòng)式啟動(dòng)，具體步驟依次如下：

（1）壓縮機(jī)啟動(dòng)負(fù)荷為25%負(fù)荷啟機(jī)。

（2）在UCP（Unite Control Pannel）上選擇就地模式和自動(dòng)模式。

（3）開(kāi)車(chē)前首先應(yīng)在LOP（Local Operation Panel）上按下壓縮機(jī)啟動(dòng)按鈕，輔油泵啟動(dòng)，在輔助油泵啟動(dòng)成功的前提下利用盤(pán)車(chē)棍將電機(jī)聯(lián)軸節(jié)盤(pán)車(chē)一圈以上，出口最小回流線(xiàn)上調(diào)節(jié)閥自動(dòng)全開(kāi)。

（4）當(dāng)盤(pán)車(chē)完成后，上好飛輪罩，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)位后現(xiàn)場(chǎng)人員配合中控室完成如下操作：①在輔油泵運(yùn)行達(dá)到時(shí)間設(shè)定后，確認(rèn)潤(rùn)滑油加熱器出口溫度計(jì)溫度顯示在設(shè)定溫度以上，并且在LOP 上沒(méi)有任何錯(cuò)誤報(bào)警，當(dāng)LCP 上“準(zhǔn)備就緒”指示燈變亮，“壓縮機(jī)啟動(dòng)/運(yùn)行”指示燈閃爍，表示BOG 壓縮機(jī)具備啟動(dòng)條件；②啟動(dòng)BOG 壓縮機(jī)主電動(dòng)機(jī)，主油泵連動(dòng)啟動(dòng)；③輔油泵和主油泵同時(shí)運(yùn)行達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，確認(rèn)LOP 上輔油泵運(yùn)行指示燈熄滅，輔油泵自動(dòng)停止運(yùn)行；④壓縮機(jī)50%負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)，指示燈亮，并觀察入口溫度；⑤當(dāng)入口溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，回流閥自動(dòng)關(guān)閉，為出口升壓，當(dāng)出口壓力略高于再冷凝器壓力時(shí)出口單向閥打開(kāi)。

（5）中控室根據(jù)BOG 處理系統(tǒng)操作規(guī)程操作再冷凝器，使其運(yùn)行穩(wěn)定。

（6）BOG 壓縮機(jī)啟動(dòng)10 min 后根據(jù)儲(chǔ)罐壓力按下LOP 上“負(fù)荷控制75%”按鈕使得電磁閥驅(qū)動(dòng)卸載閥將負(fù)荷調(diào)節(jié)為75%；同此步驟，逐漸增大壓縮機(jī)負(fù)荷直至100%，此時(shí)BOG 壓縮機(jī)啟動(dòng)完成。

2.3.2 運(yùn)行維護(hù)

（1）日常運(yùn)行方面，在卸船工況下，由于卸船原因，BOG 蒸發(fā)量增大、BOG 管網(wǎng)溫度低，導(dǎo)致BOG 壓縮機(jī)進(jìn)口和出口溫度低。如果廠(chǎng)區(qū)設(shè)置BOG 直輸管線(xiàn)且為碳鋼管線(xiàn)，則對(duì)溫度要求嚴(yán)格，碳鋼最低承受溫度為-30 ℃，這就需要提高壓縮機(jī)入口溫度。通常采用壓縮機(jī)回流將熱量帶入壓縮機(jī)入口，從而保證壓縮機(jī)出口溫度達(dá)到要求：進(jìn)口BOG 壓縮機(jī)回流調(diào)節(jié)閥為成套包邏輯控制，操作難度大，不易修改；而國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)最小流量控制閥操作模式為中控人員調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)開(kāi)度便于實(shí)現(xiàn)，不受聯(lián)鎖信號(hào)控制。

（2）檢修維護(hù)方面。國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)備件由國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商提供，到貨快、價(jià)格便宜，且配件全部采用配研工藝，高精密，易操作。而進(jìn)口BOG 壓縮機(jī)備件全部從原廠(chǎng)供應(yīng)商采購(gòu)，采購(gòu)難度大，到貨時(shí)間長(zhǎng)，價(jià)格昂貴。

2.3.3 負(fù)荷調(diào)節(jié)

壓縮機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)可通過(guò)卸荷閥或余隙調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)，可在就地或DCS 進(jìn)行動(dòng)作[7]。國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)僅采用卸荷閥，0%、25%、50%、75%和100%負(fù)荷下的做功狀況見(jiàn)表1。其中，“×”卸荷閥頂開(kāi)氣閥，“√”吸氣閥正常工作。

表1 國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)的做功情況

進(jìn)口BOG 壓縮機(jī)采用卸荷閥加余隙閥配合調(diào)節(jié)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)0%負(fù)荷，100%、75%、50%及25%負(fù)荷下的做功情況見(jiàn)表2。其中，“×”表示關(guān)閉氣閥，“√”表示打開(kāi)氣閥。

表2 進(jìn)口BOG 壓縮機(jī)的做功情況

3 結(jié)論

進(jìn)口大型設(shè)備國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)是一種趨勢(shì)，能大大提高我國(guó)設(shè)備科技先進(jìn)性，提高裝備效率，減少外匯支出，經(jīng)濟(jì)效益顯著，適合我國(guó)企業(yè)發(fā)展要求，具有深遠(yuǎn)的意義和前景。進(jìn)口設(shè)備更新?lián)Q代快，備件全部從原廠(chǎng)供應(yīng)商采購(gòu)，采購(gòu)難度大，到貨時(shí)間長(zhǎng)，價(jià)格昂貴，受制于人，BOG 壓縮機(jī)不國(guó)產(chǎn)化將寸步難行。另外，國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)處理量更大，能耗低，更省電。從運(yùn)行維護(hù)角度來(lái)看，國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)有利于運(yùn)行操作和長(zhǎng)期運(yùn)行，可控以及可追溯故障源頭方式多樣。目前國(guó)產(chǎn)BOG 壓縮機(jī)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)慢慢展開(kāi)應(yīng)用，這也代表著我國(guó)科技、工業(yè)不斷向前發(fā)展。