滨海LNG接收站BOG再冷凝器工艺及控制系统

嵇 俊

(中海油江苏天然气有限责任公司，江苏 盐城 224500)

LNG接收站蒸发气的产生主要是由于外界能量输入造成低温LNG气化所致，如泵运转、外界热量导入、大气压变化、环境影响及LNG注入储罐时造成罐内LNG体积变化等[1]。BOG若不及时处理会造成储罐超压，超压气体将排入火炬燃烧，造成大量能量浪费，既不经济也不环保。因此，合理有效地回收利用BOG成为接收站安全稳定运行、提高经济效益的重要组成部分。本文结合江苏滨海LNG接收站的BOG处理工艺，研究了其工艺及控制系统，着重分析了压力、液位控制逻辑，为后续接收站的投产运行提供参考。

1 BOG处理工艺

滨海LNG接收站BOG处理工艺包括加压外输工艺与再冷凝工艺。

1.1 BOG加压外输工艺

滨海LNG接收站一期配置2台BOG低压压缩机，单台设备能力7500 Am3/h，同时配置2台BOG高压压缩机与低压压缩机串联使用，单台设备能力1980 Am3/h。当接收站投产初期外输量较少或出现零外输工况时，高压压缩机将低压压缩机输出的BOG加压到外输压力，进行气态外输。加压外输工艺如图1所示。

图1 BOG加压外输工艺示意图

1.2 BOG再冷凝工艺

滨海LNG接收站配置1台BOG再冷凝器。低压压缩机加压后的蒸发气与储罐低压泵输送的过冷LNG在再冷凝器内混合，直接接触传热传质，冷凝后的液体与另一部分低压LNG混合后，经过LNG高压泵加压，送至LNG气化器进行气化外输。再冷凝器主要有三个功能：一是再冷凝BOG；二是作为高压泵的入口缓冲器[2]；三是满足高压外输泵入口NPSH值的要求。再冷凝工艺如图2所示。

图2 BOG再冷凝工艺示意图

2 再冷凝器工艺系统

2.1 再冷凝器基本结构

滨海LNG接收站再冷凝器采用裙座支撑式结构，设置6层操作平台，本体采用单壳单罐设计，内部构件主要有进料管、气液分布盘、拉西环填料层、填料支撑板及破涡器[3]，外形尺寸上部4.2mI.D.×6.3 m，下部5.0mI.D.×6.0 m，设计温度-165～120℃，设计压力1.82 MPa/FV。再冷凝器的基本结构如图3所示。

图3 再冷凝器结构示意图

2.2 再冷凝器工艺描述

过冷LNG和BOG从容器顶部进入再凝器，气体流和液体流通过填料层，使LNG均匀分布并与BOG之间产生一个直接换热面，气相BOG完全冷凝。再冷凝器设有旁路，未进入再冷凝器的LNG通过旁路与再冷凝的LNG混合后进入高压泵，旁路也可保证再冷凝器检修时不影响LNG的正常输出。再冷凝器设有流量比例控制系统，根据BOG流量控制进入再冷凝器的LNG流量，以确保进入高压泵的LNG处于过冷状态，保证高压泵不会产生气蚀。再冷凝器上部设有过压保护及补气装置，保证再冷凝器运行安全。再冷凝器的工艺流程如图4所示。

图4 再冷凝器工艺流程示意图

3 再冷凝器控制系统

滨海LNG接收站再冷凝器的运行稳定主要通过控制再冷凝器压力和液位实现。再冷凝器控制系统如图5所示。

图5 再冷凝器控制系统示意图

3.1 压力控制

3.1.1 正常压力控制

正常操作下，操作人员可以通过选择开关03SSW3002手动选择03PIC3009或03FIC3002调节进入再冷凝器的LNG流量维持压力的相对稳定。

(1)PIC控制模式：通过再冷凝器顶部的压力控制器03PIC3009，控制03FV3002A/B的开度，调节进入再冷凝器的LNG量，达到控制再冷凝器压力的目的；

(2)FIC控制模式：根据进入再冷凝器顶部的BOG流量(经03FY3010温压补偿)[5]结合预设的液气比率R，通过流量控制器03FIC3002控制03FV3002A/B的开度。经HYSYS软件模拟，滨海LNG接收站再冷凝器不同操作压力下的液气比如图6所示。

图6 滨海LNG接收站再冷凝器不同操作压力下的液气比R

3.1.2 超压控制

当再冷凝器压力过高，超过设定点时，通过03PIC3011控制调节阀03PV3011开度排出过量BOG气体至BOG总管，降低再冷凝器压力。当压力继续上升，达到压力高高设定点时，触发ESD-03-110信号,联锁关闭对应的紧急切断阀门，保证再冷凝器系统安全。

3.1.3 低压控制

当再冷凝器压力过低，低于设定点时，通过03PIC3010控制调节阀03PV3010开度补充外输气体至再冷凝器内，升高再冷凝器压力，保证再冷凝器正常运行。

3.2 液位控制

3.2.1 正常液位控制

正常操作下，再冷凝器正常液位范围通过03LIC3001控制再冷凝器旁路调节阀03LV3001A/B开度调整LNG流量实现，维持再冷凝器处于适当的LNG液位。

再冷凝器检修时，可通过旁路保证LNG的正常输出，此时操作人员可通过选择开关03SSW3001手动选择03PIC3006的控制模式，实现03PIC3006控制再冷凝器旁路调节阀03LV3001A/B开度。

3.2.2 超驰控制

当液位过高，超过了设定点时，液位控制器03LIC3001将向运算器03PY3009发送输出值，从03PIC3009及03LIC3001输出值中高选，通过03PIC3009或03LIC3001控制调节阀03FV3002A/B的开度调节LNG的流量，维持再冷凝器液位或气相空间压力。当液位继续上升，达到液位高高设定点时，触发ESD-03-109信号,联锁关闭对应的紧急切断阀门；当液位持续下降，到达液位低低设定点时，触发ESD-03-108信号,联锁关闭对应的紧急切断阀门，以保证再冷凝器系统的安全与稳定

4 结论

滨海LNG接收站再冷凝器采用上述压力、液位串级控制模式，对于接收站精细化管理、提高BOG处理效率、提升设备的工艺安全性都有着积极影响。上述控制逻辑的研究和分析为后续接收站的投产运行提供了参考。对于03PIC3009或03FIC3002两种再冷凝器压力控制模式，待接收站投产运行后，可通过实际运行效果，对比分析两种模式的优缺点，确定长期运行模式，并实现进一步的优化。