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持續揮發成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品中僅次于LNG產量的副產品，主要由生產過程中的閃蒸、LNG儲罐置換及漏熱、管線及裝車冷循環三個原因產生，所占比例見下表：

備注序號占總量百分數1 7 % B O G來源1 2 3置換與漏熱節流閃蒸管線與冷循環3 % 8 0 %與負荷、組份有關與儲罐數量、隔熱效果有關與隔熱效果、長度有關

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

近幾年受到海外LNG產品大量進口、氣液價格倒掛、汽柴油價格下降、LNG工廠投產較多產能過剩、市場開發相對緩慢的影響，國內的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，儲罐內的LNG由于漏熱，會持續揮發成BOG。目前國內儲罐的靜態揮發率基本為0.8%。以30000m3儲罐為例，每天的BOG量約為5噸（7200Nm3）左右，遠小于穩定生產的BOG量，增壓所用的往復壓縮機雖然能夠在25%、50%、75%負荷下調節，但無法長時間穩定運行在25%的負荷，即使采用回流調節的方式也無法滿足低流量的狀態，造成BOG只能通過火炬系統燃燒排放，對工廠的經營、資源的利用造成很大的浪費。結合開車狀態的BOG回收，本文簡述停車階段的BOG回收方案。

1 采用往復壓縮機對BOG增壓

目前國內液化工廠生產狀態的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；或增壓至當地城市燃氣管道壓力，外輸到城市燃氣管網。

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壓縮機和低溫往復壓縮機兩種。兩種壓縮機運行經濟性對比如下

1.1 選擇低溫壓縮機

根據熱力學功率方程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，約為1.4，從公式可以看，在壓力、流量穩定時，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-156℃敷熱至40℃，沒有發生相變，能提供的熱負荷如下

根據熱負荷方程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所產生的冷量利用遠低于壓縮機功率，另根據換熱面積

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

通過對比發現，選擇低溫壓縮及在運行成本上，要遠低于常溫壓縮機。

常溫往復壓縮機國內機型比較成熟，制造成本較低，設備穩定性較好，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；低溫壓縮機由于設備材料和技術的限制，前期主要依賴于進口，設備造價遠高于常溫壓縮機，國內早期的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。隨著材料和技術的進步，目前國內壓縮機廠家已經能夠制造出性能穩定的低溫壓縮機，在LNG工廠中已經開始應用，運行狀態穩定。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、設備振動值、壓縮機出口溫升均符合設計要求，能夠長期穩定運行。

2 BOG再液化

很多LNG工廠停車階段，受到計量結算、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BOG的溫度約為-156℃，氣態狀態下降溫至-162℃，所需要的顯熱能量為Q=m*c（t2-t1）Q

公式中m-質量，c-比熱，t2-t1-降溫前后的溫度差；

從-162℃的氣態狀態變為-162℃的液態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回收的經濟效益

3.1 階段性停車BOG產生的浪費

根據目前LNG工廠階段性停車BOG高空燃燒的處理方式、BOG的產量（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 低溫往復壓縮機壓縮BOG的投資成本和運行成本

根據熱力學功率方程，將BOG由常壓壓縮至1.7MPa，需要的功率約為100kw，結合BOG的產量，選擇壓縮機、電機及相關配套設備（包括在線卸荷器、余隙調節、緩沖罐等），基本投資在250萬元左右。運行成本主要為設備運轉所耗電量電費，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BOG的產量、溫度，基本就可以確定所需的換熱器的容量及規格，根據再液化后的LNG的去向，選擇相應的LNG儲罐和低溫泵及液氮儲罐等，設備投資為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手冊機械工業出版社. 2010.

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

［3］楊世銘，陶文銓編.傳熱學（第三版）.高等教育出版社，1998.

［4］姚玉英.化工原理，天津科學技術出版社，2004.

鄒曉峰，山東泰安昆侖能源有限公司副總經理，負責山東泰安昆侖能有限公司60萬噸/年LNG國產化研發項目調度、設備、儲運管理等工作。

彭剛，山東泰安昆侖能源有限公司副總經理，負責山東泰安昆侖能有限公司60萬噸/年LNG國產化研發項目安全、生產運行、企業管理等工作。

董波，昆侖能源投資山東有限公司設備技術部主任，負責山東公司的設備、基建等工作。