LNG接收站BOG处理工艺优化及能耗分析

摘 要：针对LNG接收站BOG处理工艺优化问题，本次研究结合目前我国常见的LNG接收站BOG处理工艺，对BOG处理过程中的能耗进行深入分析，在此基础上，提出BOG处理的工艺优化措施，为推动我国BOG处理领域的进一步发展奠定基础。研究表明：当外输量与外输压力逐渐升高时，采用再冷凝方法的BOG处理工艺能耗相对较低，低于直接压缩方法对BOG进行处理，如果BOG的量逐渐升高，再冷凝方法较为节能;在对处理工艺进行优化之前，其能耗在2600kW左右，对处理工艺进行优化以后，其能耗在1900kW左右，处理工艺能耗下降25%左右，使得LNG接收站可以处于安全高效且经济的运行状态。

关键词：LNG接收站;BOG处理;能耗分析;工艺优化;再冷凝

0 前言

LNG低温输送是一种常见的输送模式，在LNG低温输送的过程中，非常容易出现蒸发气化问题，进而形成BOG，为了保障LNG接收站可以始终处理安全高效的运行状态，需要对BOG进行回收处理[1]。目前，常见的BOG处理工艺相对较多，不同处理工艺的能耗存在较大的差别，如果处理工艺所需要的能耗相对较大，则会给LNG接收站带来较大的经济压力[2]。

1 LNG接收站BOG处理工艺能耗分析

目前，在我国各个LNG接收站中，常见的BOG处理工艺可以分为四种类型，分别是直接压缩处理、再冷凝处理、热交换处理以及再液化处理，其中前两种处理工艺的应用相对较广[3]。直接压缩处理工艺中最重要的设备为压缩机，其流程为将BOG进行压缩，使得BOG的压力与外输管道的压力相同，然后将BOG直接输送到外输管网中，在这整个过程中，并不需要对BOG进行冷却处理，该种处理方法所需要的设备为压缩机、高压泵、换热器;再冷凝处理工艺中最重要的设备为高压泵，其流程为将BOG进行深度压缩，进而使得BOG的液化温度不断升高，将BOG输送到冷凝器中将其与LNG相互混合，然后对其进行液化处理，将液化后的气体输送到管道中，在管道中气体将会气化，使用该种方法可以使得压缩机的能耗得到降低，但是会增加高压泵的能耗，该种处理方法所需要的设备为低压泵、压缩机、高压泵、再冷凝器、气化器。

以我国的某LNG接收站为例，对这两种类型的处理工艺进行全面研究，该接收站的天然气输量为100000kg/h，在LNG进料和出料的过程中，都会出现气化问题，因此会产生大量的BOG，BOG的产生量为每小时5000kg，该接收站内的LNG会进入到外输管网，管网的运行压力为6MPa，使用软件模拟的方式对直接压缩处理措施和再冷凝处理措施进行模拟，模拟发现，如果使用直接压缩处理方法，则高压泵的能耗为514.4kW，压缩机的能耗为728.2kW;如果使用再冷凝处理方法，则低压泵的能耗为59.11kW，高压泵的能耗为478.7kW，压缩机的能耗为274.4kW，通过分析可以发现，使用再冷凝处理工艺可以节约能耗34%左右。外输量会对两种不同处理工艺的能耗产生重要影响，改变天然气的外输量后发现，随着天然气输量的不断提升，两种类型处理工艺中的高压泵能耗都会不断增加，虽然直接压缩处理方法的能耗不断升高，但是再冷凝处理工艺的能耗基本保持不变，仅有小幅度的提升，再冷凝处理工艺中的低压泵能耗增加较小，总体而言，随着天然气输量的不断提升，再冷凝处理工艺的能耗相对较低。外输压力也是影响处理工艺能耗的重要因素，在不断提高外输压力的前提下，两种处理工艺中高压泵的能耗都会不断的提升，直接压缩处理工艺中高压泵能耗的提升相对较快。

2 LNG接收站BOG处理工艺优化

为了实现节能及环保的基本目标，该LNG接收站将会使用压缩和冷凝相互结合的方法对BOG进行处理，首先使用压缩机对BOG进行处理，使得BOG的液化温度不断提升，然后将BOG输入到冷凝器中，冷凝器中的BOG将会充分利用LNG自身的冷能，进而使得再冷凝过程中的能耗可以得到降低，但是在这个过程中，在BOG经过压缩以后与LNG同时进入再冷凝器之前，需要使用高压泵将其输入到气化器中，在这个过程中压缩机出口位置处的压力将会升高，这使得压缩机的能耗也得到提升。在LNG接收站的输量相对较大时，高压泵和低压泵的运行能耗都会提升，部分BOG处理设备的处理量会随着输量的提升而增加。尽管天然氣的输量可以增加，但是压缩机存在一个最大处理量，压缩机在使用的过程中无法对过多的BOG进行处理，此时再冷凝器的能耗将会降低。压缩和冷凝相对结合的处理工艺中，关键的处理设备主要有BOG分离罐、压缩机、加热器、浸没燃烧式气化器、低压泵、再冷凝器、高压泵以及开架式气化器。

目前，在LNG接收站中，为了降低储罐内壁的压力，一般都是使用过冷储存的方式对LNG进行保存，因此，储罐的设计温度一般为-170℃。我国大多数接收站中压缩机的最大处理量为6700kg/h，如果天然气的需求量相对较大，则压缩机将无法完成BOG的处理任务，在另一方面，还可能会出现天然气输量相对较大，但是BOG的量相对较小的问题，针对这两种问题，本次研究提出的工艺优化思路为：使用过冷的LNG对BOG进行全面的冷却处理，进而达到LNG冷能利用的目的，根据气体状态方程，如果气压的压强得到提升，则其温度也会升高，在现有的处理工艺中，虽然也采取措施使得BOG的液化温度得到了提升，使得BOG更容易被液化，但这整个过程就相当于对BOG进行加热再冷却。在加热再冷却的过程中，存在严重的冷热交换问题，压缩机出口位置处的温度必然会升高，压缩机的能耗就会增加，如果可以使用LNG的冷能对BOG进行处理，不但可以降低压缩机出口位置处的温度，还可以降低加热再冷凝过程中的能耗，通过该种措施就可以实现处理工艺的优化。优化有的处理工艺中所需要的设备为压缩机、换热器、分离器、加热器、浸没燃烧式气化器、低压泵、高压泵以及开架式气化器。

在过冷的LNG与BOG都进入到换热器之后，就会进行热交换的反应，进而使得气体转化为液态形式，液态的气体会与LNG共同进入到高压泵之中，在经过气化以后才能进行外输。如果可以将压缩机出口位置处的压力维持在0.2MPa左右，则可以使得压缩机出口位置处的温度大大降低，虽然BOG的液化温度降低相对较少，但是由于大量的过冷LNG已经进入到换热器之中，所以可以实现BOG液化的目的。在对处理工艺进行优化的过程中，减少了耗能元件的使用，这使得压缩机运行过程中不再受输量的影响，压缩机的出口压力可以始终保持在0.2MPa左右，可以使得BOG的液化过程顺利进行。

假如我国某接收站中使用的储罐容积为480000m3，压缩机运行过程中的最大处理量为6700kg/h，使用软件模拟的方式对处理工艺优化前后的能耗进行全面的分析，分析发现，在对处理工艺进行优化之前，压缩机的运行能耗为248.9kW，低压泵的能耗为186kW，高压泵的能耗为1629kW，加热器的能耗为57.42kW，再冷凝器的能耗为456.4kW;在对处理工艺进行优化以后，压缩机的能耗为28.87kW，低压泵的能耗为186kW，高压泵的能耗为1642kW，加热器的能耗为133.90，综合而言，在优化之后，BOG处理工艺的能耗可以降低25%，可以使用LNG的冷能对BOG进行液化处理，全面实现接收站节能的基本目标。

3 结论

通过本次研究可以发现，最常见的BOG处理工艺有两种类型，分别是直接压缩处理工艺以及再冷凝处理工艺，两种处理工艺中，再冷凝处理工艺在使用过程中的能耗相对较低，同时，如果BOG的处理量不断提升，则再冷凝处理工艺的使用效果将会更加明显。同时，在对BOG处理工艺进行优化以后，使用LNG自身冷能对BOG进行液化，此时处理工艺的能耗可以降低25%左右，完全符合接收站安全高效且经济的运行要求。

参考文献：

[1]唐凯，朱祚良，吴明，等.LNG接收站BOG再冷凝工艺优化与能耗分析[J].当代化工，2019（5）：1032-1035.

[2]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 （04）：125-130.

[3]薛倩，刘名瑞，肖文涛，等.LNG接收站BOG处理工艺优化及功耗分析[J].油气储运，2016（4）：376-380.

作者简介：

王善强（1979- ），男，山东平度人，中级工程师，从事LNG接收站工艺设计工作。