LNG接收站蒸发气(BOG)的静态计算

宋鹏飞，陈峰，侯建国

LNG接收站蒸发气(BOG)的静态计算

宋鹏飞，陈峰，侯建国

(中海石油气电集团技术研发中心，北京100027)

BOG估算量影响压缩机、再冷凝器、低压泵、火炬等关键设备的配置，是LNG接收站工艺计算的核心部分之一。LNG接收站BOG量的静态计算方法被用于在设计前期阶段保守估算BOG量，此法通过调整可适用于多种规模类型的LNG接收站，也适用与浮式气化船和陆上储罐相结合的接收终端类型。

BOG；静态计算；LNG接收站；压缩机

常压下LNG储存温度为-162℃，由于卸船、环境温度变化、大气压变化、管内泵电机运转等外界能量的输入，会产生大量的蒸发气(BOG)[1]。LNG接收站通过BOG处理系统对BOG进行回收，目前世界上大部分LNG接收站采用再冷凝工艺回收BOG[2]。BOG处理系统是直接影响到LNG接收站生产运营的安全性、经济性和环境保护的全厂性关键系统[3]。

BOG的计算量不仅是压缩机、再冷凝器、低压泵、火炬等LNG接收站内关键设备配置的基本设计参数，还对LNG储罐的安全运行、全厂压力系统设计、整体能耗等有重要影响[4]。LNG接收站BOG的静态计算需要分别找出接收站在不同的操作模式下BOG的产生量和减小量，不同工况下两者的差值的最大值作为接收站内BOG保守设计量。

1 计算原理

BOG的产生因素主要有以下6项：储罐、管线漏热、装槽车、装船、卸料及泵的热输入、大气压变化。BOG减小因素主要是气态外输引起。

1.1 储罐及管线漏热

储罐漏热产生BOG量(kg/h)=[储罐数量×储罐罐容(m3)×日蒸发率÷24]×BOG密度(kg/m3)

管线漏热的计算主要是在保冷循环过程中管线的漏热。保冷循环计算涉及的管线主要有：卸料管线、槽车管线、小船外输管线、低压泵至再冷凝器管线、再冷凝器至高压泵管线、高压泵至气化器管线、排净管线。

管线漏热产生BOG的量(kg/h)=各管道漏热量之和(kJ/h)÷气化潜热(kJ/kg)

管道漏热量(J/h)=管道表面积(m2)×单位面积热导率(J/(h·m2))

1.2 装车

储罐内LNG置换可容纳的BOG质量流量(kg/h)=槽车装料速率(m3/h)×储罐BOG的密度(kg/m3)

槽车回气的质量流量(kg/h)=槽车装车速率(m3/h)×槽车内BOG的密度(kg/mv)

槽车装车置换BOG量(kg/h)=槽车回气的质量流量(kg/h)-罐内LNG置换可容纳的BOG质量流量(kg/h)

1.3 装船

装船产生的BOG量包括以下几部分：装船置换、装船闪蒸及小船自蒸发气引起。

1.3.1 装船置换

小船内压力按实际情况考虑。

储罐内LNG置换可容纳的BOG质量流量(kg/h) =小船装料速率(m3/h)×储罐BOG的密度(kg/mv)

小船回气的质量流量(kg/h)=小船装料速率(m3/h) ×小船内BOG的密度(kg/m3)

小船装料置换BOG量(kg/h)=小船回气的质量流量(kg/h)-罐内LNG置换可容纳的BOG质量流量(kg/h)

1.3.2 装船闪蒸

装船产生BOG量主要包括以下几部分：焓差引起、小船舱内罐壁冷却引起、小船和储罐高差引起。

(1)焓差引起

装料臂总漏热(kJ/h)=每个装料臂热输入(kJ/h)×装料臂数量

装料泵的热量输入(kJ/h)=装料速率(m3/h)×储罐内LNG的密度(kg/m3)×重力加速度(g=9.8m/s2)×泵的扬程(m)÷泵效率÷1000

装料操作的总热输入量(kJ/h)=装料臂总漏热(kJ/h)＋装料管线热输入(kJ/h)＋装料泵的热量输入(kJ/h)

储罐与小船焓差引起的热量变化(kJ/h)﹦[储罐LNG的焓值(kJ/kg)-小船LNG的焓值(kJ/kg)]×小船装料的质量流量(kg/h)

其中：小船装料的质量流量(kg/h)=装料速率(m3/h)×储罐LNG密度(kg/m3)

进小船前的总热量输入(kJ/h)=储罐与小船焓差引起的热量变化(kJ/h)＋装料操作的总热输入量(kJ/h)

焓差引起的BOG量(kg/h)=进小船前的总热量输入(kJ/h)÷小船内LNG的潜热(kJ/kg)

(2)小船舱内罐壁冷却引起

把小船的容积等同于容积相当的储罐，然后按照储罐的计算方法计算焓差引起的BOG。

所需冷却的钢板体积(m3)=内罐钢板厚度(m)×储罐周长(m)×卸料储罐的数量×单个储罐的卸料高度(m)

罐壁冷却的热输入(kJ)=所需冷却的钢板体积(m3)×Ni9钢的密度(kg/m3)×Ni9钢的比热容(kJ/(kg·℃)) ×管壁温降(℃)

罐壁冷却的BOG产生量(kg/h)=罐壁冷却的热输入(kJ)/罐内LNG潜热(kJ/kg)/卸料时间

(3)小船与储罐高度差引起

因高度差需要的热量输入(J/h)=装料速率(m3/h) ×储罐LNG密度(kg/m3)×重力加速度(g=9.8m/s2)×高度差(m)/1000

高度差引起的BOG量(kg/h)=因高度差需要的热量输入(kJ/h)/小船LNG的潜热(kJ/kg)

1.3.3 小船自蒸发气引起

小船自蒸发产生BOG量(kg/h)=小船容积(m3)× 2%×小船日蒸发率÷24×小船LNG密度(kg/m3)

说明：2%为小船卸料后舱内的LNG比例，在运输途中产生BOG

1.4 卸料

卸料产生BOG量主要包括以下部分：卸料置换、卸料闪蒸、储罐自蒸发。与装小船的计算方法和过程基本类似，在此不再重复。

1.5 泵的热输入

泵的热输入=高压泵热输入＋低压泵热输入(1)高压泵热输入

高压泵的输出流率(kg/h)=LNG气态外输流率(kg/h)＋高压泵总孔流率(kg/h)＋ORV总孔流率(kg/h)

高压泵对回流LNG的热输入(kJ/h)=单个高压泵的热输入(kW)×高压泵的开机数量×[高压泵总孔流率(kg/h)＋ORV总孔流率(kg/h)]÷高压泵的输出流率(kg/h)×3600

高压泵热输入引起的BOG量(kg/h)=高压泵对回流LNG的热输入(kJ/h)÷罐内LNG的潜热(kJ/kg)

(2)低压泵热输入

管线保冷循环量(kg/h)=管线漏热量之和(kJ/h)/经过低压泵加压后的LNG比热容(kJ/(kg·℃))÷4℃

备注：此处管线漏热量之和不同的工况有不同的组合；4℃表示保冷循环的LNG温升。

低压泵对回流LNG的热输入(kJ/h)=单个低压泵的热输入(kW)×低压泵的开机数量×[低压泵的总孔流率(kg/h)＋高压泵总孔流率(kg/h)＋ORV总孔流率(kg/h)]/低压泵的输出流率(kg/h)×3600

低压泵热输入引起的BOG量(kg/h)=低压泵对回流LNG的热输入(kJ/h)/罐内LNG的潜热(kJ/kg)

1.6 气压变化引起

气压变化引起的BOG量=气体膨胀引起BOG量＋气压变化引起BOG量

(1)气体膨胀

BOG产生量(kg/h)=罐容(m3)×罐数量/储罐绝对压力(kPa)×气压变化率(kPa/h)×储罐BOG密度(kg/ m3)

(2)气压变化

BOG产生量(kg/h)=系数K(kg/h·m2·9.81Pa)×气液面面积(所有罐m2)×[(△Ps+10.02×dp/dt)(4/3)-△Ps(4/3)]

△Ps=所有罐BOG蒸发量(kg/h)÷系数K(kg/(h· m2·9.81Pa))÷所有罐气液面面积(m2)

1.7 气态外输(BOG减小因素)

BOG减少量(kg/h)=气态外输量(kg/h)÷储罐LNG密度(kg/m3)×储罐BOG密度(kg/m3)

2 计算举例

2.1 计算基础

某大型陆上LNG接收站工程建设规模为700万t/a，建设6座16万m3LNG储罐及相应配套气化外输设施。项目除气态外输和槽车液态外输外，考虑对小型LNG船舶反输作业。

计算将分别采用富气和贫气作为设计基础，计算接收站在不同的操作模式下产生的BOG量，并取最大BOG量工况作为BOG处理系统设备的设计基础。

2.2 计算结果

经过分别对二期各工况下富气和贫气的BOG设计量进行计算，在富气情况，无气态外输、卸料、无槽车外输、无小船外输工况下BOG设计量最大，计算结果为28.5t/h。

3 结语

静态的BOG计算是一种量化预测BOG量的手段，不同的LNG接收站根据环境参数、规模、经济性等因素调整计算方法。比如，计算中台风引起的BOG量较大，此项计算结果对BOG系统设备的能力配置影响大，计算太过保守可能会造成接收站正常运行时压缩机、再冷凝器等BOG处理系统的设备配置能力偏大，投资增大、设备能力利用率不高等问题。

静态BOG计算是目前LNG接收站工艺设计的重要环节之一，可适用于多种规模类型的陆上LNG接收站，也可通过调整后适用于浮式气化船和陆上储罐相结合的接收终端类型的BOG量预测。

[1]李亚军,夏岩.LNG接收站BOG蒸发量的影响因素及稳定性[J].低温工程,2012,(4):38-43.

[2]吕俊,张昌维.LNG接收站BOG压缩机处理能力计算及选型研究[J].化工设计,2011,21(1):14-16,30.

[3]刘浩,金国强.LNG接收站BOG气体处理工艺[J].化工设计,2006,16(1):13-16.

[4]付子航.LNG接收站蒸发气处理系统的动态设计计算模型[J].技术工程,2011,31(6):85-88.

Static calculation of BOG for LNG terminal

SONG Peng-fei,CHEN Feng,HOU Jian-guo
(Research and Development Center of CNOOC Gas and Power Group,Beijing 100027,China)

The estimation of the boil off gas(BOG),as one of the key parts of the process calculation of LNG terminal,could influence the capacity and number of key equipment like the compressor,recondenser,low pressure pump,etc.The static calculation method of BOG in LNG terminals was applied to estimate the amount of BOG in the early design stage,and it could be adjusted to be applicable for a variety of type LNG terminals,including the terminal which combined the floating regasification ship and the land storage tanks.

BOG;static calculation;LNG terminal;compressor

TE8

：A

：1001-9219(2016）01-48-03

2015-03-12；作者简介：宋鹏飞(1985-)，男，学士，工程师，从事LNG接收站设计及非常规天然气技术研究工作，电话010-56759126、13401100243，电邮songpf@cnooc.com.cn。