LNG工廠階段性停車BOG回收方案

鄒曉峰 彭剛 董波

（山東泰安昆侖能源有限公司，山東泰安 271033）

LNG工廠階段性停車BOG回收方案

鄒曉峰1彭剛2董波

（山東泰安昆侖能源有限公司，山東泰安 271033）

LNG工廠在階段性停車期間，由于儲罐漏熱，LNG持續(xù)揮發(fā)成BOG，此時BOG量遠低于裝置開車時的量，造成BOG回收裝置無法啟動，若停車時間較長，且無有效的回收手段，造成較大的浪費，本文分析階段性停車BOG的回收方案及可行性。

階段性停車；LNG儲罐；增壓；液化

BOG為天然氣液化工廠產(chǎn)品中僅次于LNG產(chǎn)量的副產(chǎn)品，主要由生產(chǎn)過程中的閃蒸、LNG儲罐置換及漏熱、管線及裝車?yán)溲h(huán)三個原因產(chǎn)生，所占比例見下表：

備注序號占總量百分?jǐn)?shù)1 7 % B O G來源1 2 3置換與漏熱節(jié)流閃蒸管線與冷循環(huán)3 % 8 0 %與負荷、組份有關(guān)與儲罐數(shù)量、隔熱效果有關(guān)與隔熱效果、長度有關(guān)

LNG液化裝置正常生產(chǎn)時的BOG產(chǎn)量較大，以昆侖能源山東泰安260萬方/天的液化工廠，100%負荷生產(chǎn)為例，每天的BOG產(chǎn)生量約為14萬方，占總進氣量的18%。對于連續(xù)生產(chǎn)時的BOG處理，在進行工廠設(shè)計時均進行了充分的考慮，目前常用的方案包括利用往復(fù)壓縮機加壓輸送至燃氣管道或返回裝置再液化，并在生產(chǎn)實際中得到成功運用。

近幾年受到海外LNG產(chǎn)品大量進口、氣液價格倒掛、汽柴油價格下降、LNG工廠投產(chǎn)較多產(chǎn)能過剩、市場開發(fā)相對緩慢的影響，國內(nèi)的LNG工廠開工率普遍不足，2014年平均開機率僅為40%左右。停車期間，儲罐內(nèi)的LNG由于漏熱，會持續(xù)揮發(fā)成BOG。目前國內(nèi)儲罐的靜態(tài)揮發(fā)率基本為0.8%。以30000m3儲罐為例，每天的BOG量約為5噸（7200Nm3）左右，遠小于穩(wěn)定生產(chǎn)的BOG量，增壓所用的往復(fù)壓縮機雖然能夠在25%、50%、75%負荷下調(diào)節(jié)，但無法長時間穩(wěn)定運行在25%的負荷，即使采用回流調(diào)節(jié)的方式也無法滿足低流量的狀態(tài)，造成BOG只能通過火炬系統(tǒng)燃燒排放，對工廠的經(jīng)營、資源的利用造成很大的浪費。結(jié)合開車狀態(tài)的BOG回收，本文簡述停車階段的BOG回收方案。

1 采用往復(fù)壓縮機對BOG增壓

目前國內(nèi)液化工廠生產(chǎn)狀態(tài)的BOG處理均采取增壓的方式，或增壓至原料氣進廠壓力，讓BOG進入再液化流程；或增壓至當(dāng)?shù)爻鞘腥細夤艿缐毫Γ廨數(shù)匠鞘腥細夤芫W(wǎng)。

圖一BOG增壓返回再液化流程

圖二BOG增壓外輸

BOG壓縮機的選擇目前有常溫往復(fù)壓縮機和低溫往復(fù)壓縮機兩種。兩種壓縮機運行經(jīng)濟性對比如下

1.1 選擇低溫壓縮機

根據(jù)熱力學(xué)功率方程P=GRT1［（P2/P1）K-1/K-1］*K/（K-1）

公式中P——壓縮功率，G——重量流量，P1、T1——壓縮機入口壓力、華氏溫度，K=CP/CV——絕熱系數(shù)，約為1.4，從公式可以看，在壓力、流量穩(wěn)定時，隨著壓縮機入口溫度的升高，所需的功率也隨之提高，BOG敷熱后的溫度約為敷熱前的3倍，因此常溫壓縮機機功率也約為低溫壓縮機的3倍。

1.2 選擇常溫壓縮機，BOG由氣態(tài)-156℃敷熱至40℃，沒有發(fā)生相變，能提供的熱負荷如下

根據(jù)熱負荷方程Q=CPρVΔT

圖中T1’、T1‘代表熱流體的進出口溫度

T2“、T2”代表冷流體的進出口溫度

從上式中看出，敷熱BOG所產(chǎn)生的冷量利用遠低于壓縮機功率，另根據(jù)換熱面積

S——換熱面積，K——傳熱系數(shù)，要充分利用此部分冷量，換熱器的選型也比較巨大。

通過對比發(fā)現(xiàn)，選擇低溫壓縮及在運行成本上，要遠低于常溫壓縮機。

常溫往復(fù)壓縮機國內(nèi)機型比較成熟，制造成本較低，設(shè)備穩(wěn)定性較好，但需要將低溫BOG升溫，為了更好利用BOG的低溫冷能，將BOG在進入壓縮機前與進入液化冷箱前的凈化天然氣換熱，以降低凈化合格天然氣的溫度，降低液化的能耗；低溫壓縮機由于設(shè)備材料和技術(shù)的限制，前期主要依賴于進口，設(shè)備造價遠高于常溫壓縮機，國內(nèi)早期的LNG工廠絕大部分都采用熱交換器將BOG敷熱，利用常溫壓縮機的方式。

裝置停車階段的BOG量遠低于開車階段的量，且停車后BOG的冷量利用價值不大，因此停車BOG的回收更多考慮采用低溫壓縮機。隨著材料和技術(shù)的進步，目前國內(nèi)壓縮機廠家已經(jīng)能夠制造出性能穩(wěn)定的低溫壓縮機，在LNG工廠中已經(jīng)開始應(yīng)用，運行狀態(tài)穩(wěn)定。其中昆侖能源山東泰安LNG工廠采用的沈陽遠大壓縮機廠的低溫壓縮機在試運行過程效率、設(shè)備振動值、壓縮機出口溫升均符合設(shè)計要求，能夠長期穩(wěn)定運行。

2 BOG再液化

很多LNG工廠停車階段，受到計量結(jié)算、外輸量與需求量不匹配等限制，BOG壓縮外輸存在較大的困難，可采用外來冷量降溫再液化的方式將低溫BOG液化為LNG。

儲罐內(nèi)BOG的溫度約為-156℃，氣態(tài)狀態(tài)下降溫至-162℃，所需要的顯熱能量為Q=m*c（t2-t1）Q

公式中m-質(zhì)量，c-比熱，t2-t1-降溫前后的溫度差；

從-162℃的氣態(tài)狀態(tài)變?yōu)?162℃的液態(tài)LNG，所需要的潛熱能量為Q2=m·r

公式中Q2-潛熱熱量（kcal），m-物體的質(zhì)量（kg），r-汽化熱（kcal/kg）。

由于溫差相對較小，汽化顯熱能量要遠低于汽化潛熱能量，所以在實際不需要精確計算時，可以忽略顯熱能量。

考慮到提供冷量的冷劑的普遍性和成本，目前普遍采用液氮作為冷劑，提供冷量來液化BOG，根據(jù)上述公式，都忽略顯熱能量，通過汽化潛熱的比較，得出基本液化1噸LNG需要2噸液氮的消耗。消耗的液氮可進行增壓，補充LNG工廠火炬流體封、裝置置換、氣密使用。

3 階段性停車BOG回收的經(jīng)濟效益

3.1 階段性停車BOG產(chǎn)生的浪費

根據(jù)目前LNG工廠階段性停車BOG高空燃燒的處理方式、BOG的產(chǎn)量（5噸/天），LNG銷售出廠價格（3700元/噸）計算，每天需要燒掉1.85萬元。

3.2 低溫往復(fù)壓縮機壓縮BOG的投資成本和運行成本

根據(jù)熱力學(xué)功率方程，將BOG由常壓壓縮至1.7MPa，需要的功率約為100kw，結(jié)合BOG的產(chǎn)量，選擇壓縮機、電機及相關(guān)配套設(shè)備（包括在線卸荷器、余隙調(diào)節(jié)、緩沖罐等），基本投資在250萬元左右。運行成本主要為設(shè)備運轉(zhuǎn)所耗電量電費，約為0.33度/Nm3。

3.3 利用液氮液化BOG的投資成本和運行成本

根據(jù)BOG的產(chǎn)量、溫度，基本就可以確定所需的換熱器的容量及規(guī)格，根據(jù)再液化后的LNG的去向，選擇相應(yīng)的LNG儲罐和低溫泵及液氮儲罐等，設(shè)備投資為150萬元左右。運行成本主要為液氮消耗，約為1.11Nm3/Nm3

通過上述分析，無論是將BOG增壓輸送或再液化，在目前開機率40%的情況下，都是可行的方案。具體方案的選擇，還需要結(jié)合LNG工廠的情況，如電價情況、液氮價格及氮氣再利用等情況而定。

［1］顧安忠.魯雪生液化天然氣技術(shù)手冊機械工業(yè)出版社. 2010.

［2］章熙民，任澤霈，梅飛鳴.傳熱學(xué)（第五版）.中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［3］楊世銘，陶文銓編.傳熱學(xué)（第三版）.高等教育出版社，1998.

［4］姚玉英.化工原理，天津科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

鄒曉峰，山東泰安昆侖能源有限公司副總經(jīng)理，負責(zé)山東泰安昆侖能有限公司60萬噸/年LNG國產(chǎn)化研發(fā)項目調(diào)度、設(shè)備、儲運管理等工作。

彭剛，山東泰安昆侖能源有限公司副總經(jīng)理，負責(zé)山東泰安昆侖能有限公司60萬噸/年LNG國產(chǎn)化研發(fā)項目安全、生產(chǎn)運行、企業(yè)管理等工作。

董波，昆侖能源投資山東有限公司設(shè)備技術(shù)部主任，負責(zé)山東公司的設(shè)備、基建等工作。