燃气场站丙烷BOG再液化系统研究

林惠松，任春霞，方 刚

（深圳华安液化石油气有限公司，广东深圳 518119）

大型丙烷低温常压储罐应用最为广泛的是圆柱形低温常压全冷储罐，双层金属罐壁，中间填充膨胀珍珠岩进行绝热保冷，储罐内储存的低温丙烷为饱和液体，其操作温度为-42℃。尽管低温储罐设置了良好的保温绝热措施，但因储罐一般建在室外或者地下，储罐内低温液体因储罐内、外环境温差造成的热传递导致吸热闪蒸为BOG（Boil Off Gas），这种现象在南方的夏天尤为明显，储罐内的BOG气体需及时处理排放以防止储罐超压造成事故。为防止丙烷泄漏保证储罐运行安全，设置压缩机对丙烷BOG进行压缩冷凝再液化，到达控制储罐压力稳定及回收BOG气体的目的。

1 丙烷BOG再液化工艺

1.1 工艺流程分析

该工艺主要应用于大型LPG接收站，工艺设备主要由气体缓冲罐、BOG压缩机、冷却器、再冷凝器和接收罐组成，如图1所示。储罐内的丙烷BOG气化量影响着储罐的压力，故接收站设置BOG压缩机及再冷凝器通过压缩再液化BOG气体来控制储罐的压力，使储罐始终保持在正常工作压力范围内运行。

图1 丙烷BOG回收系统

来自T-101低温丙烷储罐的BOG气体进入D-101缓冲罐缓冲稳压，BOG气体进行K-101压缩机一级压缩增压之前，先进入一级入口分液罐进行分液处理，以便脱除气体中夹带的杂质及液相成分，从而防止压缩机震动损坏压缩机；经过K-101压缩机一级压缩增压后的中压BOG气体进入D-102冷却罐进行冷却降温，然后进入K-101压缩机二级入口分液罐，再进行K-101压缩机二级压缩增压，经过压缩机二级压缩后的高压BOG气体进入E-101海水冷凝器进行冷凝再液化，再液化的液态丙烷进入D-103高压丙烷液态缓冲罐，当D-103缓冲罐液位到达一定值后，液体排往T-103高压丙烷卧罐进行外输出货；当D-102冷却罐内液体温度达到4℃以上时，此时说明D-102罐内液体品质不好（主要含有C4以上重组分），不能很好地冷却D-102冷却罐内气体，导致进入K-101压缩机二级压缩的气体温度过高，会影响压缩效果，同时会损害压缩机气缸，需要考虑采取内循环，将D-102罐内液体通过LV-109B返回T-101低温丙烷储罐，一是由D-103高压丙烷液态缓冲罐通过LV-109A给D-102冷却罐补液置换含有重组分的高温液体，同时利用T-101低温丙烷储罐内低温液体冷却来自经K-101压缩机一级压缩增压的热气达到冷凝目的；当丙烷BOG回收系统中海水冷凝器出现故障时，无法满足冷凝来自K-101压缩机二级压缩增压的热气，此时需要采取内循环，通过内循环将K-101压缩机一级压缩增压的热气返回T-101低温丙烷储罐。

1.2 工艺控制过程

低温丙烷储罐BOG再冷凝处理工艺主要是对丙烷BOG气体进行压缩再冷凝液化控制。T-101低温丙烷储罐操作压力为5～11kPa，当T-101储罐压力达到9.0kPa以上时，需要启动K-101压缩机降压，自T-101蒸发的BOG气体（0℃）经D-101缓冲罐后进入压缩机K-101一级压缩，经一级压缩后的气体（温度为60℃，压力为0.36MPa）进入D-102冷却罐冷却后，（温度为0℃左右，压力还是0.36MPa）再进入压缩机K-101二级压缩，把压力提高至1.35 MPa，温度为70℃，然后进入E-101海水冷凝器，用海水将高温高压的丙烷BOG气体冷凝成30℃左右液体，液体再排入D-103高压丙烷液态缓冲罐，D-103操作压力为1.25～1.4 MPa，当D-103压力低于1.25 MPa时，压缩机二级出口高压气体通过PV-109A给D-103补压；当D-103压力高于1.4 MPa时，PV-109B放火炬阀自动打开，将D-103超压气体放往火炬燃烧，保证D-103安全运行。

当D-103缓冲罐液位超过420mm时，在外输模式下，LV-110液位控制阀自动打开，将D-103罐内液体排至T-103高压丙烷卧罐，T-103卧罐可以直接外输出货；零外输模式下，LV-109A、LV-109B液位控制阀自动打开，将D-103罐内冷凝后的丙烷液体返回T-101低温丙烷储罐。

D-102冷却罐的操作液位为420mm，操作压力为0.3MPa，当D-102的液位低于420mm时，LV-109A自动打开利用D-103给D-102补充液体，从而保证D-102的冷却效果；当D-102的压力低于0.3 MPa时，压缩机二级出口气体通过PV-108给D-102补压，保证压缩机二级入口压力。

T-101低温丙烷储罐因蒸发的BOG气体不断地抽出，丙烷液体不断吸热汽化，维持T-101储罐的低温常压状态。

1.3 BOG压缩机的容量调节

通过计算低温丙烷储罐产生的BOG最大量来选择压缩机的容量，压缩机选型完成后其最大处理容量是固定的，需保证压缩机吸入处理的BOG气体量始终大于储罐BOG的产生量，才能达到降低、稳定罐压的目的。当储罐压力下降到一定值时，可以选择停机或者降低压缩机负载；当储罐BOG的产生量较少时，为了补偿压缩机入口的BOG气量缺乏以保证压缩机在额定负载平稳运行，可采取以下措施：

（1）利用压缩机二级出口气相回流至D-2冷却罐以补偿压缩机二级入口的BOG气量缺乏，通过自动监测D-2压力P-108来调节阀门PV-108的开关，以达到给D-2补压目的。正常情况下，P-108设置一个固定值，当D-2压力高于或者低于P-108时，阀PV-108做出相应的关闭或者开启动作，实现自动补压调节。

（2）通过调节压缩至负载实现压缩容量调节，压缩机可调节负载为0、50%、100%，正常情况下是100%负载运行，50%负载只适合短时间运行，0负载运行10 min系统发出报警，15 min如未加载自动停机。

当储罐产生的BOG气体量处于50%～100%压缩机满载处理量时，采用上述方法一，即气相返回，由压缩机二级出口气体给入口补压，实现压缩至100%负载平稳运行；当储罐产生的BOG气体量处于0～50%压缩机满载处理量时，采用上述方法二，即将压缩机降载至50%负载运行。另外当储罐压力降至接近最低设置压力5.0kPa时，则需要停止压缩机，否则储罐呼吸阀或启动，导致储罐吸入空气，出现危险状况。

1.4 BOG压缩机的预报警与安全连锁保护系统

为确保BOG压缩机能安全平稳运行，必须设置一套功能齐全的预报警与安全连锁保护系统，具体的报警系统与安全连锁有以下内容：

1.4.1 预报警系统

①主机轴承温度和电机轴承温度报警：主机轴承温度的高报设定值为60℃，电机轴承温度的高报设定值为80℃，当主机轴承温度超过60℃或者电机轴承温度超过80℃时，系统发出报警，此时操作员需采取紧急处理措施，以保护压缩机主机轴承、电机轴承免受损坏。

②润滑油压力和温度报警：BOG压缩机设置有独立的润滑油泵，启动BOG压缩机前需要先启动油泵，以便给压缩机各部件提供润滑，减少磨损同时可以给部件降温。为保证压缩机能够平稳、安全运行，对润滑油的压力和温度都有严格的要求，润滑油压力低报值为0.175MPa，润滑油温度高报值为55℃，油压低于0.175MPa，油温高于55℃，系统都会预报警，操作员需紧急处理。

1.4.2 自动连锁保护（紧急停车）系统

压缩机K-101紧急停车的连锁有：一级入口压力低低报警，一级出口压力高高报警，二出口压力高高报警，一级出口气温高高报警，二级口气温高高报警，电机轴承温度高高报警，润滑油压力低低报警，空载运行15 min，D-102冷却罐液位高高报警。

压缩机一级入口气体压力低报值2kPa，一级出口气体压力高报值0.42MPa，二级出口气体压力高报值1.88MPa，一级出口气温高报值100℃，二级出口气温高报值150℃，电机轴承温度高预报警值80℃高报值90℃，润滑油压力低低报警值0.15 MPa，D-102冷却罐液位高高报警值1.4m，以上运行参数超过报警值时，系统报警并自动连锁保护停机。

1.5 海水冷凝器E-101工艺优势及操作要点

1.5.1 工艺优势

低温液化石油气接收站一般建设在沿海地区，海水资源丰富，丙烷BOG冷凝回收系统优先考虑利用海水冷凝经K-101压缩机二级压缩后的高压高热气体，其优势在于海水资源丰富，取之不竭，成本低，且海水温度较淡水稳定，特别是在南方炎热的夏天，海水比淡水有较好的冷凝效果。

1.5.2 操作要点

工艺控制：

通过检测高压丙烷液体缓冲罐D-103压力PICA-109实现与海水冷凝器E-101压力联动控制，当D-103压力PICA-109在1.30～1.52MPa时，经E-101冷凝后的丙烷液体排往高压丙烷液体缓冲罐D-103，当D-103压力PICA-109低于1.30MPa时，PV-109A开启，此时海水冷凝器E-101利用高压气体给D-103补压，确保D-103与下游储罐有足够压差，能保证D-103罐内液体顺利排往下游储罐出货；当D-103压力PICA-109高于1.52MPa时，此时海水冷凝器E-101与D-103压力均超高，火炬放散阀PV-109B开启，通过火炬放散给E-101与D-103降压，保证E-101与D-103运行安全。

冷却海水供应操作要点：

一是压缩机运行前要确保冷凝器有充足的冷却海水供应，以防冷凝器因温度压力超高触发火炬放散阀开启造成意外；二是没经过处理的原海水含有大量海生物，如贝壳类、海藻类，需经添加含次氯酸溶液消杀，以免海生物泛滥导致海水管道设备堵塞；三是环保对冷却海水排往大海时的温度及含氯量严格控制，经升温的冷凝海水需在厂区内与其他低温工艺海水进行混合回温；四是用于消杀海生物的次氯酸用量需按标准控制，冷凝海水经氯含量检测合格后才能排放。

2 结束语

丙烷低温储罐因暴露在室外，储罐内低温液体因储罐内、外环境温差造成的热传递导致吸热闪蒸为BOG（Boil Off Gas），BOG气体如果不及时排放会使储罐超压，利用压缩机将丙烷BOG气体进行二级压缩后利用海水进行冷凝液化后回收外输，可以控制丙烷低温储罐的压力及回收蒸发的BOG气体，减少浪费。再冷凝工艺通过BOG压缩机的调节和再冷凝器的调节共同完成对BOG冷凝的稳定过程，故BOG压缩机的容量调节是整个再冷凝工艺的关键，各自动调节阀的功能正常及压缩机自动连锁功能完好是再冷凝工艺的基础，再冷凝工艺启动前需确认系统各设备状态完好，以及确认有足够的冷凝海水量供应才能投用。压缩再冷凝系统设置了一系列紧急安全联锁装置，具有较高的安全性，且系统控制实现自动化，系统运行有保障。压缩再冷凝系统在选型时要充分考虑丙烷BOG最大处理量，设备选型应以最大卸船工况产生的BOG进行计算压缩机处理量，本压缩再冷凝系统共有三套BOG压缩机，单套处理量为5t/h，正常工况下一用两备，卸船工况两用一备，完全满足八万立方的丙烷低温储罐BOG处理需求。