L N G接收站BO G處理工藝淺談

王肖肖 劉福安 蘇幼明(中海油福建漳州天然氣有限責任公司,福建 漳州 363122)

LNG接收站的主要功能是接收、儲存和氣化LNG，并通過天然氣管道向燃氣電廠和城市用戶供氣，并通過LNG槽車裝車，向用戶直接供應LNG[1]。

目前LNG工藝最主要的問題是LNG在運輸和儲罐儲存過程中會產生大量的BOG。這是由于機泵運轉產生的熱量、卸料和外輸時體積的置換、壓力差、閃蒸、環境熱量對系統的侵入等原因，會導致LNG接收站儲罐、管線中產生BOG（Boil Off Gas，即蒸發氣）[2,3]。若不能合理地對BOG回收和利用，會極大地增加接收站的運行操作成本，且會對環境造成不良影響。如何正確處理這些BOG是LNG接收站工藝的關鍵[4]。目前在LNG接收站中有以下幾種BOG處理方法：

1 返回LNG船

在卸船期間由于熱量的傳入和物理位移，會在儲罐中產生蒸發氣。可通過氣相返回管線經氣相返回臂將儲罐中的部分BOG返回LNG船艙中，以保持卸船系統的壓力平衡。

這種方法高效簡便，但只有在進行LNG卸船時才可以平衡掉部分BOG氣體，沒有卸船時則不能使用。

2 作為燃料氣回收利用

燃料氣來自BOG壓縮機出口的壓縮蒸發氣，蒸發氣經過減壓后其溫度也相應降低，為達到必要的燃料氣溫度，一般設有空氣加熱器，另為確保燃料氣在低溫天氣也能滿足溫度要求，在空氣加熱器的下游也可設置電加熱器。

2.1 作為火炬點火裝置及長明燈等用戶的燃料

天然氣可用于向火炬點火裝置及長明燈等用戶提供燃料。在有的接收站中，為防止燃料氣不足設置有備用氣源，如丙烷瓶或LPG鋼瓶氣（Liquefied Petroleum Gas液化石油氣）。

2.2 作為SCV的燃料

分流的BOG為SCV（Submerged combustion type浸沒燃燒式氣化器）提供燃料。SCV以燃料氣和壓縮空氣在氣化器的燃燒室內燃燒，燃燒后的氣體以氣泡的形式直接通過水中，將作為傳熱介質的水加熱，LNG經過浸沒在水中的盤管，由熱水加熱而氣化。

由于SCV需消耗接收站生產的天然氣，所以其在運行費用和環境方面沒有競爭力，但SCV具有設備投資費用低，結構緊湊，不需要海水設備包括海水水管和排水口，通過燃燒天然氣獲取熱量升溫快，可應對緊急狀況等優勢。當所處環境的海水溫度低、海水污染或者包含對設備有害的物質而不能使用海水時，就可以選擇SCV。

3 送往火炬燃燒

3.1 火炬系統用于處理蒸發氣總管超壓排放的氣體。當產生的蒸發氣流量高于再冷凝器或BOG壓縮機的處理能力時，儲罐和BOG總管的壓力就會升高，當超過壓力控制閥的設定值時，超壓部分氣體排入火炬系統。

3.2 火炬系統是LNG接收站一項重要的安全環保措施，必須設計合理，能滿足及時安全地將所產生的火炬氣放空燃燒，且處理結果滿足環保要求，從而保證接收站的正常運行[5]。

3.3 直接火炬燃燒法此辦法簡單直接，但直接燃燒不僅會對環境造成影響，而且會導致巨大的浪費，是不得已而為之的處理方式。

4 直接排空

4.1 放空系統用于處理蒸發氣總管超壓排放的氣體，是通過安全閥將超壓的BOG排往安全處。在接收站中一般海水開架式氣化器安全閥就地放空，碼頭液體管線上熱膨脹安全閥就地放空，LNG儲罐上壓力安全閥放空直接排到大氣中，排放點應位于安全處。也有LNG接收站站將氣化器的安全閥接入火炬系統。

4.2 直接將氣體排空，氣體會在工藝區擴散，存在一定的安全隱患；直接放空的甲烷氣體會產生一定的溫室效應，會對環境造成不良影響；若是接收站處在雷暴多發區，甲烷氣體在直接排放過程中若遇到雷暴天氣，存在爆炸的危險，對接收站安全不利[6]。

5 直接外輸工藝

5.1 原理

直接輸出工藝是將儲罐中產生的BOG先通過低壓壓縮機初步加壓，然后再由高壓壓縮機直接加壓至所需的壓力，然后輸送至外輸管網。

5.2 主要設備

直接外輸工藝主要設備為BOG壓縮機。BOG壓縮機是蒸發氣處理的關鍵設備，一般采用低溫無油往復壓縮機，又分為立式迷宮密封式和臥式對置平衡式兩種。兩種類型的壓縮機各有優缺點，在實際選型時，除了需要滿足工藝參數外，尚需綜合考慮效率、可靠性、價格、運行成本等因素。目前臥式對置平衡式壓縮機市場占有率較高[1]。

5.3 應用

2006 年劉浩等[7]通過流程模擬提出，BOG直接壓縮工藝適用于BOG量小，且LNG外輸量不穩定的小型調峰型LNG接收站。該工藝一般也適用于外輸管網壓力較小（2--3MPa）的小型LNG接收站[2]。

6 再冷凝工藝

6.1 原理

經罐內低壓泵加壓后的LNG壓力增大，溫度基本不變，此時的LNG擁有一定的過冷度稱為過冷LNG。再冷凝工藝是在BOG壓縮機和高壓泵之間增設再冷凝器[2]，將儲罐中產生的BOG通過壓縮機加壓后進入再冷凝器，與從低壓泵輸出的過冷LNG直接接觸換熱后被冷凝，再由高壓泵加壓輸送至氣化器內氣化后外輸。

再冷凝器在此處主要有三個功能：一是提供BOG和LNG接觸的足夠空間，保證足夠的接觸時間，利用過冷LNG的冷量冷凝BOG，二是作為LNG高壓輸送泵的入口緩沖容器，保證高壓泵的入口壓力。三是再冷凝器內部的液位高度可滿足LNG高壓泵入口的NPSH（Net Positive Suction Head汽蝕余量）值的要求。

6.2 主要設備

BOG再冷凝器工藝的最主要設備是再冷凝器。從目前已建的LNG接收站中可以看到，選用的再冷凝器主要有兩種形式，一種選用同向式，一種選用逆向式，所謂的同向式即是BOG和LNG均從再冷凝器的上部進入，兩者同時進入再冷凝器的填料層進行直接接觸冷凝液化，如圖1所示；逆向式即是LNG從再冷凝器的填料層上面進入，BOG從再冷凝器的填料層下部進入，兩者同時進入再冷凝器的填料層進行直接接觸冷凝液化，如圖2所示。咨詢廠家得知，上述兩種再冷凝器在使用上沒有明顯的優劣，只是在外形上有明顯差異。同向式再冷凝器是“高瘦”型的，逆行式再冷凝器是“矮胖”型的。

圖1 同向式再冷凝器Fig.1 Co-current after condenser

圖2 逆向式再冷凝器Fig.2 Counter-current after condenser

6.3 應用

再冷凝工藝可以利用LNG冷量，是目前國際和國內接收站通行的辦法。相比較于直接外輸工藝，因為直接外輸工藝利用的是壓縮機進行加壓至外輸壓力，需要的能耗多，而再冷凝工藝采用的是泵加壓，需要的能耗少[2]。所以再冷凝工藝更節能。

但再冷凝工藝的實施有嚴格的前提條件：需要連續的冷源。因為處理所有的BOG，需7倍量的LNG，在LNG接收站調試及投產初期，受下游市場開發條件的影響，天然氣需求量較小時將沒有足夠量的LNG去冷凝處理BOG。

7 再液化工藝

隨著中國天然氣市場化的逐步完善，管道氣與進口LNG的氣化氣競爭愈趨激烈，且進口LNG氣化在總體價格上處于劣勢。這帶來了越來越多的LNG接收站氣態外輸氣被管網作為備用氣源使用，零氣態外輸工況越來越成為接收站運行的常態。

當下游管網不具備接收條件時，或在項目投產初期，接收站不具備天然氣外輸的條件，再冷凝工藝和直接加壓至外輸管網處理BOG的方法將暫時不能運行，BOG將面臨直接排入火炬的問題，此時就可以啟動再液化裝置將BOG回收至儲罐。

BOG再液化回收工藝常用的工藝路線有氮膨脹制冷工藝、混合制冷劑制冷工藝。其基本流程是BOG經低壓壓縮機加壓到一定壓力后，進入冷箱中與制冷劑進行熱交流后液化為LNG，之后經過減壓后排入LNG儲罐。

8 直接充裝CNG工藝

直接充裝CNG（Compressed Natural Gas壓縮天然氣）工藝是將來自BOG總管的BOG先經過低壓壓縮機壓縮后，送往高壓壓縮機機組繼續增壓，之后輸入到CNG儲存單元，根據需要通過CNG罐車加注裝置裝車，實現CNG的外輸。

該工藝適用于無法進行管網外輸時，且具有單獨銷售CNG產品需求時。考慮到該工藝需要的壓力高，耗能也高，在選用時需要統籌考慮業務范圍和市場需求。

9 結語

9.1 返回LNG船只有在卸船時才可使用。

9.2 直接送往火炬燃燒是不得已而為之的處理方式。

9.3 再冷凝工藝需要增加再冷凝設備，且需要有可靠的冷源才能運行。兼顧實際和節能的考慮，可以采用以再冷凝工藝為主，直接壓縮工藝為輔的工藝。

9.4 當下游管網不具備接收條件時，或在項目投產初期，接收站不具備天然氣外輸的條件時可選用再液化工藝。

如何正確處理LNG接收產生的BOG是LNG接收站工藝的關鍵，各個接收站在選擇BOG處理的方法時，需要結合接收站的實際情況進行選擇。

[1]尹清黨.BOG壓縮機在LNG接收站的應用[J].壓縮機技術，2009，（6）：35-39.

[2]張奕，孔凡華，艾邵平.LNG接收站再冷凝工藝及運行控制[J].技術縱橫，2013,32（11）：133-135.

[3]王小尚，劉景俊，李玉星等.LNG接收站BOG處理工藝優化[J].集輸與加工，2014,34（4）:125-130.

[4]劉名瑞，陳天佐.LNG接收站及其工藝發展現狀[J].當代化工，2014,43（6）:1056-1063.

[5]周乃杰，葉郁，王晶石.LNG接收站火炬系統設計應注意的問題[J].河北化工，2007,30（1）：30-31.

[6]蔡榮，趙順系.LNG接收站火炬防回火設施的設置[J].科技創新與應用，2014,（16）:4-5.