大型LNG接收站BOG处理工艺优化研究

郭慧军，逯国英，宋义伟，郝瑞梅



大型LNG接收站BOG处理工艺优化研究

郭慧军，逯国英，宋义伟，郝瑞梅

（中国石油集团工程设计有限责任公司 华北分公司，河北 任丘 062552）

介绍了几种不同的LNG接收站BOG处理工艺，分析了再冷凝工艺、直接压缩工艺及直接压缩+再冷凝工艺等不同BOG处理工艺的特点和适用范围，并以某LNG接收站为例，给出了BOG处理方式的比选及优化思路，提出了BOG“零”排放的理念。

LNG接收站；BOG处理；优化

1 概述

LNG作为一种清洁能源在国内应用越来越广泛，我国在沿海地区已经先后建成投产深圳大鹏、福建莆田、上海洋山港、江苏如东、辽宁大连和浙江宁波等数座大型LNG接收站，截止2015年，全国共有12座大型LNG接收站投入运营，LNG进口总量累计达到1.17亿t[1]，其中广东大鹏LNG共接卸700船，接卸总量突破4 500万t，相当于原油1亿t。这些大型LNG接收站的建立，对保障国内能源供应，优化能源结构，缓解经济快速发展造成的环境保护压力具有重要的意义[2]。

LNG接收站的主要功能是接收、储存LNG，并将LNG再气化后通过天然气管道向下游用户供气或将液态LNG通过槽车直接送出。生产过程全部为物理过程，无化学反应及化学变化，因此接收站的主要工艺系统包括：LNG低温接卸工艺系统、LNG低温储存工艺系统、低温加压工艺系统、低温槽车装车工艺系统、加热气化工艺系统、BOG处理工艺系统、火炬放空工艺系统、管道输送工艺系统。其中BOG 处理工艺系统是LNG接收站所有工艺系统的核心组成部分，直接关系到LNG接收站安全平稳运行[3-5]。

2 常用的BOG处理工艺

在LNG在运输和储存过程中，尽管采取了很多保冷措施，但LNG仍会大量挥发形成BOG（Boil Off Gas，即蒸发气）。BOG的产生是由于LNG输送泵运转产生热量、卸料及外输时体积置换、压力差、闪蒸、环境热量对系统的侵入等原因造成的。以16×104m3LNG储罐为例，若日蒸发量为0.05%，则怎每天产生4.8×104m3BOG[6]，这些BOG不进行处理将造成大量的能源浪费和经济损失，同时也会对环境造成恶劣影响。因此，BOG 处理系统的合理配置不仅能为接收站的安全节能运行提供保障，而且也能节省投资、降低运营成本。因此，如何正确合理地回收BOG是LNG接收站工艺的关键。

目前，已建LNG接收站BOG的处理工艺较多，包括以下几种[7]：

上述工艺在LNBG接收站内均有应用，但目前国内LNG接收站主要应用的工艺为再冷凝工艺和直接压缩工艺两种[8-12]。

2.1 再冷凝工艺

再冷凝工艺是以LNG作为冷源，与通过压缩机加压至一定压力的后的BOG气体在再冷凝器中进行混合冷凝后，再经高压输送泵加压，在气化单元气化后进入管道外输。主要由储罐、压缩机入口缓冲罐、低温BOG压缩机、再冷凝器、高压输送泵气化器等组成，流程示意见图1。

图1 再冷凝工艺流程示意图

再冷凝工艺的核心设备是再冷凝器，其主要作用一是冷凝BOG，而是作为LNG高压泵的入口缓冲罐，使内部液位高度满足LNG高压泵入口NPSH要求[12]。

2.2 直接压缩外输工艺

直接压缩外输工艺指BOG通过外输增压BOG压缩机直接加压达到外输管网压力后外输。主要由储罐、加热器、压缩机入口缓冲罐、外输增压BOG压缩机组成，流程示意见图2。

图2 直接压缩工艺流程示意图

采用该工艺进行BOG压缩外输，当储罐BOG生成量较大而外输需求较小时，BOG压缩外输无法保证储罐的压力稳定，因此需要部分放空或者采用再冷凝等辅助工艺才能保证储罐的压力稳定，同时，若大量采用直接压缩工艺，项目的能耗较大。

3 BOG处理工艺优化

结合直接压缩工艺和再冷凝工艺的特点，从运行灵活、节能、环保及资源回收的角度考虑，大型LNG接收站可考虑采用再冷凝+直接压缩的混合处理工艺[13]，即在再冷凝装置具备运行条件时，BOG处理采用再冷凝工艺，反之，则采用直接压缩工艺。

与其它两种处理工艺相比，再冷凝+直接压缩混合处理工艺的能耗及投资居于其它两种处理工艺之间。三种BOG工艺的优缺点详细对比见表1。

表1 BOG处理工艺的优缺点对比

LNG接收站BOG处理方式应综合考虑LNG接收站的功能定位、实际运行模式、设备投资及运行能耗等关键因素，通过比选分析确定。以某拟建LNG接收站为例，其BOG处理量为7 t/h，当BOG再冷凝工艺年运行天数达到365 d，即气化外输条件可满足BOG再冷凝装置全年运行时，费用现值对比见表2。根据对比可知，当BOG可全年不间断运行时，BOG再冷凝工艺能耗及费用现值均最低，由此可见，运行时间越长，再冷凝工艺的节能效果越明显。

表2 再冷凝工艺全年不间断运行时费用现值对比表

考虑BOG的放空损失，当BOG再冷凝工艺年运行天数降至360 d时，不同工艺的费用现值对比见表3。根据计算及对比可知，当BOG再冷凝工艺停运时间达到5 d时，BOG再冷凝工艺与直接压缩机工艺的费用现值即会持平，BOG再冷凝工艺的节能优势消失。其主要原因在于BOG大量放空，造成的经济损失较大。

表3 再冷凝工艺年运行天数小于360 d时费用现值对比表

随着BOG再冷凝工艺运行天数的降低，BOG再冷凝工艺费用现值将会急剧增加，再冷凝+直接压缩混合处理工艺的费用现值也会进一步增加，当BOG再冷凝工艺运行天数降至90天左右时，直接压缩+再冷凝工艺的费用现值与直接压缩工艺持平。费用现值对比见表4。

表4 再冷凝工艺年运行天数90天时费用现值对比表

根据上述对比可以，该接收站不同运行模式下的优选BOG处理工艺见表5。

表5 BOG处理工艺选择表

一般来说，气源型LNG接收站外输气量较大，持续气化外输的时间较长，因此，可优先考虑采用再冷凝+直接压缩的混合处理工艺。

4 结论

通过对大型LNG接收站BOG的不同处理工艺进行对比，可以得出以下结论：

（1）直接压缩工艺虽然具有一次性投资低的特点，但对于大型气源型LNG接收站，因其BOG量较大，因此为满足外输需要，能耗较大，运行费用高，一般不建议使用。该工艺更适用于BOG量较小的内河接收站或调峰站。

（2）对于大型的气源型LNG接收站，再冷凝工艺具有能耗低的优点，在BOG全年不间断运行时，其综合能耗和费用现值均最低。但当运行过程中出现装置停运情况，由于BOG大量放空，经济损失急剧增加。因此，该工艺适用于全年持续外输的大型LNG站场。

（3）对于再冷凝装置存在停运可能性的气源型LNG接收站，采用再冷凝+直接压缩的混合处理工艺较为合理，运行灵活性也进一步增强。一般情况下，气源型LNG接收站BOG气体量相对较大，天然气外输压力较高， 节能效果更为明显，另外作为稳定的供气气源，气化外输持续进行，一般可确保BOG 气体再冷凝的冷源，在BOG再冷凝装置停运期间，可采用直接压缩工艺，避免BOG的放空燃烧。因此，再冷凝+直接压缩混合处理工艺将成为大型LNG接收站BOG处理工艺的发展方向。

总之，对于LNG接收站，应该根据其功能定位、运行模式、BOG产生量、运行能耗及环境保护等多因素综合考虑，通过比选确定最为合理的BOG处理方式，实现BOG“零”排放。

［1］都大永,姚红.关于LNG接收站储罐运营周转率的探索[J].国际石油经济,2016,24(10):86-95.

［2］刘名瑞,陈天佐.LNG接收站及其工艺发展现状[J].当代化工, 2014, 43(6): 1057-1059, 1063.

［3］王赟,贺三,战永辉,等．移动式小型BOGＧ增压再液化装置功耗的模拟计算[J]．油气储运，2015，34(6):662-666．

［4］陈雪，马国光．流程参数对LNG接收终端蒸发气再冷凝工艺流程性能的影响[J]．石油与天然气化工,2008,37(2)：100-104．

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［6］李兆慈，王敏，亢永博.LNG接收站BOG的再冷凝工艺[J]．化工进展,2011,30(S):521-524.

［7］付子航．LNG接收站蒸发气处理系统静态设计计算模型[J]．天然气工业，2011,31(1)：83-85．

［8］王小尚,刘景俊,李玉星,等. LNG接收站BOG处理工艺优化-以青岛LNG接收站为例[J]. 天然气工业，2014,34(4):125-130.

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［13］李兵,程香军,陈功剑.LNG接收站 BOG处理技术优化[J].油气储运,2012, 30(5): 27-30.

Optimization of BOG Treatment Processes in LNG Terminals

,,,

（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

郭慧军（1972-），男，河北任丘人，教授级高级工程师，1993年毕业于石油大学石油加工专业，研究方向：油气储运设计工作。E-mail：cpe_guohuijun@126.com。