液化天然气BOG在不同条件下的处理工艺
责任编辑:cnlng    浏览:562次    时间: 2021-10-13 10:06:26      

摘要:大型LNG接收站、卫星站、车船加注站需以合理的工艺处理液化天然气BOG( Boiled Off Gas),以保障设 备处在可控压力范围内,运营处于安全保护下,同时也能够节能降耗,减少天然气的浪费,降低营运成本。文章以 类比分析、实验、定量分析等方法分析接收站和卫星站BOG在不同工况下的能耗,并提出相关建议。

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        1引言

中国LNG产业从液化、运输、接收站气化到终 端利用,已经形成了比较完整的产业链,并且发展 速度和成熟度日臻完善,为我国天然气的下游利用 奠定了良好的发展基础。目前,中国已建、在建的 沿海LNG接收站已经达到14座,全部建成后总接 受能力将超过5000万吨/年,还有若干项目在开展 前期工作⑴。液化厂、卫星站、车船加注也迅猛发 展,截止20135月,全国建成并投运的液化厂超50座,总液化能力2300万立方米/天。LNG -162乞及常压储存特性、特殊的运输条件以及在 卸船、加注时LNG储罐压力变化、储罐及管线漏热 等,会产生大量的蒸发气,即BOG为了保护运输 船、储罐及管线的正常运营及安全,必须考虑对大 量BOG的处理,维持压力的动态平衡以使压力处 于安全控制范围内。因此,以营运安全和节约能耗 为目的,研究BOG在不同条件下处理工艺,提高 BOG的回收率,减少天然的浪费。

     2方法设计

对于某4 x 160000m3接收站而言,日常蒸发 率按0. 05%计算,每天LNG蒸发量约320立方 米,产生BOG192000m3,144/天;在卸料 工况下,温度交换、压力变化,产生BOG量将会是 常规工况下的几倍甚至十几倍。以合理的工艺处 理BOG,不仅能降低对设备和人员的潜在伤害, 同时也能节能降耗、降低成本。

为了研究不同条件下对BOG的处理工艺,以 某接收站和卫星站为例,从BOG的量上考虑工艺 的选择。以福建某接收站4 x 160000m3储罐)及 山东某地卫星站10100m3储罐)。类比依据: 不同的罐型有着不同的蒸发率,不同的处理方式会 对BOG的后续加工产生影响。应针对不同的罐 型、不同的LNG处理规模,选择合适的处理工艺。

    3 BOG的常规处理方式


对于产生的BOG一般有四种处理方式,一是 再冷凝;二是直接压缩;三是燃烧或放空;四是返 回LNG运输船。


(1) 再冷凝处理工艺。BOG经过气液分离罐 后,进入BOG压缩机,增压后的BOG进入再冷凝 器与升压到相同压力的外输LNG混合,BOG被过 冷的LNG所携带的冷量冷凝后与旁路的LNG 合进入高压泵,再经过汽化器气化后输送至高压 管网⑵。接收站再冷凝工艺流程图如图1

(2) 直接压缩工艺。BOG经压缩机压缩后, 直接输出到管网。

(3) 火炬燃烧或放空。当罐内和舱内压力达 到一定值时,为将压力降到安全可控范围内,往往 采取放空或火炬燃烧方式。放空或火炬燃烧将会 是对天然气的极大浪费,因此,此种方式为紧急情 况下的安全处理措施。


1 LNG接收站BOG不同处理方式的能耗分析

Tab. 1 The analysis of energy consumption of different treatment of BOG in LNG terminal

工况1 再冷凝

工况1 直接压缩

工况2 再冷凝

工况2 直接压缩

工况3 再冷凝

工况3 直接压缩

BOG 气量/(kg/h)

7089

4990

7089

7089

7171

7171

外输管网压力/MPa

7.5

7.5

7.5

7.5

7.5

7.5

压缩机出口压力/MPa

0.75

7.65

0.75

7.65

0.75

7.65

罐内泵功率/kW

157

157

157

157

157

157

高压泵功率/kW

1586.5

1552.3

1586.5

1552.3

1586.9

1552.3

压缩机功率/kW

771

1194.9

771

1781.5

775

1799.4

泵和压缩机总功率/kW

2514.5

2904.2

2514.5

3490.8

2518.9

3508.7

节约能耗/(kWkg-'.h'1)

0.134

0.137

0.138

表格申主要说明了储罐产生不同BOG时,在工况1、工况2、工况3条件下再冷凝工艺和直接压缩工艺的能耗水平。


2压缩机出口压力与设备功耗关系

                                        Tab. 2 The relations between compressor outlet pressure and equipment power

出口压力

/MPa

压缩机 功耗/kW

罐内泵 功耗/kW

高压泵 功耗/kW

设备总 功耗/kW

0.35

343

39.8

1754.7

2137.5

0.45

431.4

56.7

1732.6

2220.7

0.55

506.1

73.7

1710.1

2289.9

0.65

571.2

90.6

1687.3

2349.1

0.75

629.2

107.5

1664.3

2401

0.85

681.5

124.5

1641.1

2447.1

0.95

729.4

141.4

1617.8

2488.6

(4) BOG通过返回臂输送至LNG,用来平 衡压力,填补船上LNG储罐卸料产生的真空,该 法方便、快捷,但只适于LNG船卸料时使用⑷。

     4 BOG处理工艺能耗分析


(l) LNG接收站BOG再冷凝和直接压缩能 耗分析

3某卫星站BOG不同处理方式的能耗分析

                   Tab. 3 The analysis of energy consumption of different treatment of BOG in satellite station

编号

压力/MPa

功率/kW

进口

出口

压缩机

高压泵

1

1

2

3.51

0.16

2

2

3

1.92

0.16

3

3

4

1.21

0.16

4

4

5

0.92

0.16

5

1

3

5.92

0.32

6

1

4

7.96

0.48

7

1

5

9.65

0.64

8

1

6

11.12

0.80

表格中,通过固定某一参数来实现不同工况下的节对比。

利用LNG接收站BOG处理系统实际运行的 设备参数及运行中的工艺数据记录,对再冷凝及 直接压缩工艺进行对比,结合数据模拟结果对不 同条件下产生的BOG进行分析,以期以最优方式 达到节能降耗、提高效率、降低成本的目的。

⑵卫星站BOG再冷凝和直接压缩能耗分析 以山东某地卫星站(10100m3储罐)为例 进行分析,具体见表3

      5对比分析


(1) LNG接收站中,BOG产生的量越大 时,使用再冷凝工艺比直接压缩能耗低。但是,对 BOG的再冷凝需要额外的冷量来补充。

(2) 通过对表1和表3工艺数据分析,再冷 凝工况下能耗高低与BOG量、进出口压力、外输 压力相关。进口压力不同、进出口压力相同的情 况下,压缩机能耗随着进口压力的增大明显减小。

(3) 在进口压力相同情况下,随着出口压力 的增大,压缩机能耗明显比高压泵能耗增长幅度 大。即在外输管网压力较高的情况下,选择再冷 凝工艺能耗更低。

(4) 通过表2压缩机出口压力与设备功耗关 系可知,罐内泵功耗随着出口压力的增大而升高, 设备总功耗与出口压力呈正相关,但罐内泵和高 压泵的功耗变化幅度不大,说明了总功耗的增加 是由压缩机功耗的增加而引起。

      6 结论与建议:


   通过以上分析知道,在实际操作和工艺处理时,应当注意以下事项:

(1) BOG完全冷凝的条件下,应当通过降 低BOG的外输压力来减小压缩机的功耗,降低成 本。

(2) 大型LNG接收站,外输管网压力较高时, 采用再冷凝工艺要优于直接压缩工艺,再冷凝能 耗更低。

(3) 小型卫星站、加注站应当采用直接压缩 工艺能耗更低,再冷凝工艺投资较大,节能效果反 而不明显。这主要是因为小型卫星站和和加注站 由于覆盖面积小,外输管网压力较小,BOG蒸发 量有限。

(4) 降低BOG的产生量。监控储罐、工艺管 线、码头管线温度;现场巡检管道、设备保温情况、 有无冒汗、异常结霜、保温层是否变形损坏等,防 止管道局部或整体漏热使管道温度升高,使接收 站系统BOG量增加⑸。


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