LNG接收站BOG处理工艺优化

郑元杰

摘要：LNG 接收站 BOG 处理工艺分再冷凝和高压压缩两种，均有其不足。 就再冷凝工艺而言，接收站无外输时 BOG 只能采取放空或火炬燃烧等措施进行处理;就高压压缩工艺而言，接收站外输期时无法回收 LNG 的冷能。 为此，分别采用静态模型、动态模型等计算方法分别计算无外输期和有外输期间最大 BOG 产生量，弄清各种工况下 BOG 的产生量。在此基础上，从 BOG 产生的机理出发，分析降低接收站产生 BOG 的措施。结果表明，优化 BOG 压缩机组合可有效回收产生的 BOG。建议在接收站设计、建设过程中，应综合考虑再冷凝工艺和直接压缩机工艺，采取措施降低 BOG 的产生， 实现 BOG 的有效回收利用。

关键词：再冷凝;BOG 处理;LNG 接收站;安全管理;压缩机

前言

近年来液化天然气项目快速发展，国内已经运营LNG 接收站项目有福建、广东大鹏、上海、大连等 LNG 接收站项目，  这些接收站均是由七大部分组成，即 LNG 卸料码头、LNG 储罐、LNG 罐内泵、外输泵、LNG 汽化器（通常采用 ORV 和 SUV 两种汽化器）、蒸发气处理系统（BOG 处理系统）、公用工程及安全控制系统与基础设施等部门组成。 其中 BOG 处理系统是 LNG 接收站核心部分，是 LNG 接收站安全运行的基础。 科学合理的BOG 处理工艺可节约投资和降低生产成本。

关于 BOG 的回收处理工艺国内学者作了大量的理论研究：2000 年上海交通大学杨晓东等人针对国外 BOG 回收的发展情况讨论了 BOG 再液化回收BOG 的优缺点;2005 年中国石化石油勘探开发研究院徐正斌等人从上下游一体化效益等方面阐述了BOG 再冷凝方案的优势;2006 年中国石化集团上海工程有限公司刘浩等人从能耗角度阐述了 BOG 冷凝后处理工艺比直接压缩外输更为节能等。 这些研究的前提是 LNG 接收站总能提供足够 BOG 再液化的冷量， 同时 LNG 接收站下游用户能持续不断大量接收LNG 接收站输出的 LNG 或 NG。

本文从 LNG 接收站实际情况出发，考虑自然因素及外界不可抗力等因素造成 LNG 储罐液位低于紧急液位以下无法外输情况时的 BOG 回收，及下游用户需求量降低时 BOG 回收等多种工况条件下，LNG 接收站BOG 直接压缩和再冷凝工艺的优化分析。

1现有 BOG 处理工艺及能耗

1.1现有工艺流程

目前，LNG 接收站 BOG 处理工艺主要分为直接压缩工艺、再冷凝工艺、BOG 间接热交换工艺以及蓄冷式再液化工艺。通常，LNG接收站采用前两种工外输出口直接压缩工艺：①直接压缩工艺的能耗主要来源于压缩机，其工艺流程特点是将 BOG 压缩至与外输压力相同，直接进入外输管网，此过程中 BOG 不经过任何冷再冷凝工艺却处理;②再冷凝工艺的能耗主要来源于高压泵，其工艺流程特点是 BOG 经压缩机压缩使其液化温度升高，经再冷凝器与 LNG 混合后液化，并重新回到外输管道中气化输出，此过程中压缩机能耗得以节省，但同时也增加了高压泵的能耗。

1.2不同 BOG 處理工艺能耗分析

以某 LNG 接收站为例，该站天然气外输量为100 000 kg/h，由于 LNG 在进料、出料等过程气化，每小时产生 BOG 约 5 000 kg。根据外输管网需求，外输压力为 6 MPa，现采用直接压缩工艺和再冷凝工艺对该 LNG 接收站 BOG 进行处理。利用 HYSYS 软件对两种 BOG 处理工艺进行数值模拟，与直接压缩工艺相比，再冷凝工艺节约能耗 34%。

1.3 BOG 产生量计算

BOG 产生量还没通用的计算方法，目前主要有静态模型、LNG 储罐内 BOG 动态模拟、LNG 接收站蒸发气系统动态设计模型和工程设计估算等计算方法。

1.3.1无外输工况下 BOG 产生量

采用工程设计估算法计算接收站无外输工况下BOG 的产生量。 LNG 接收站无外输工况下，BOG 主要来自储罐的自然蒸发、启动罐内泵和循环保冷管线漏热产生的 BOG。

1.3.1.1LNG 储罐蒸发的 BOG 产生量

LNG 静态蒸发率一般为 0.05 %。 以 LNG 组分密度 456 kg/m3 为例，在储罐液位紧急低（该液位下启罐内泵将发生气蚀）和储罐满液 2 种工况下计算储罐在静态条件下的 BOG 产生量。 在液位紧急低时，根据国外总承包商 CB&I 提供的罐容计算表储罐内的液相重量为 4 392.235 t。 那么，某 LNG 接收站 4 台 160 000 m3 储罐，BOG 产生量为：

储罐液位紧急低情况下 Wt =储罐罐容×蒸发率/24=366 kg/h;储罐满液情况下 Wt =储罐罐容×蒸发率/24=5 000 kg/h。即储罐静态情况下 BOG 产生量在 0.366～5 t/h 之间，最大的 BOG 产生量为 5 t/h。

1.3.1.2启动罐内泵保冷循环的 BOG 产生量

在接收站无外输工况下， 启动 LNG 储罐罐内泵对接收站进行全厂保冷，使接收站的管道和设备保持冷态，在下次外输时能快速启动，恢复生产。

LNG 储罐启动 1 台罐内泵即可满足全厂的保冷要求，LNG 储罐罐内泵流量为 370 m3/h，罐内泵的效率为73 %，扬程为 220 m，那么转化为热能为 145 kW。 合计产生 BOG 约 999 kg/h，即 0.999 t/h。

1.3.1.3循环保冷管线漏热的 BOG 产生量

经过计算， 某 LNG 接收站保冷循环管线面积为7330 m2，管道保冷层采用厚度为 150 mmPUR，最大的漏热系数约为 25 W/m2，那么计算 BOG 的产生量为：Wp =管道面积×漏热系数=1 263 kg/h=1.263 t/h

2结论

（1）随着外输量及外输压力的增加，再冷凝 BOG处理工艺能耗小于直接压缩 BOG 处理工艺能耗，但当 BOG 量增大时，再冷凝工艺节能效果更加明显。

（2）利用 HYSYS 软件分别对优化前后 BOG处理工艺进行能耗分析，BOG 处理工艺优化前后能耗分别为 2 677.82 kW、1 990.77 kW，优化后 BOG 处理工艺节约能耗约 25.66%，实现了 LNG 接收站安全、高效、经济运行。

OG 处理可采用再冷凝或高压压缩工艺， 同时应考虑采取相应的措施降低 BOG 的产生量。 减少BOG 的产生应从系统的漏热、回储罐的 LNG 闪蒸、储罐置换产生的 BOG 等几个方面综合考虑， 优化 BOG 处理技术。

参考文献

[1]张宁，徐雅，沈惬，等. 基于大冷量斯特林制冷机的 LNG 加气站 BOG 再液化回收技术