淺談LNG接收站BOG壓縮機平面布置及管道設計要點

牛存厚

(中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

淺談LNG接收站BOG壓縮機平面布置及管道設計要點

牛存厚

(中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

結合某LNG接收站的實例，對BOG壓縮機平面布置(plot plan)及管道設計的要點、注意事項進行了闡述，對BOG壓縮機重點管道的管道布置和支架設置提出了合理的建議及后續思考。

LNG；BOG壓縮機；平面布置(plot plan)；管道布置；支架設置

LNG作為一種清潔、高效的能源，在中國是新興的能源應用領域，應用前景廣闊。目前，國內已投入使用、在建、擬建的液化天然氣(LNG)接收站在20座以上。這些LNG接收站均由七部分組成，即LNG卸料碼頭、LNG儲罐、LNG罐內低壓泵、外輸高壓泵、LNG汽化器、BOG回收系統、公用工程及安全控制系統[1]。其中BOG(Boil-off Gas蒸發氣)回收系統是LNG接收站的關鍵組成部分，是接收站安全、可靠、經濟運行的基礎；科學合理的BOG處理工藝可達到降低成本、節約投資的作用。BOG壓縮機作為BOG回收系統的核心設備，具有極其關鍵的作用，需要著重、系統地研究其管道布置要點。本文以某LNG接收站中BOG壓縮機為例，對其平面布置、管道設計的要點進行了探討、總結。

1 BOG壓縮機概述

BOG壓縮機是LNG接收站BOG回收系統的核心設備，具有如下主要特點[2]：

(1)壓縮的氣體是烴類氣體(主要為甲烷)，屬易燃、易爆氣體；

(2)進口溫度低，約為-160℃，每一級壓縮級的出口溫度均要限制；

(3)要求高穩定性，以滿足LNG接收站連續運行的需要。

BOG壓縮機一般采用低溫往復式壓縮機，按API618等標準進行設計、制造、試驗和檢驗。在實際的LNG接收站工程中，低溫往復壓縮機主要有立式迷宮密封式和臥式對置平衡式兩種。臥式機在平衡性、維護難易度及重心方面有優勢，但立式機在使用壽命、可靠性和維護成本方面具備優勢[2]。本接收站最終采用的是立式往復式的壓縮機，共兩級，一級氣缸設計吸氣溫度約-150℃；二級氣缸最大排氣溫度約50℃。

2 BOG壓縮機流程簡介

圖1 BOG壓縮機典型原則流程圖

圖1介紹了LNG接收站中典型的再冷凝工藝回收利用BOG的原則流程：來自LNG接收站BOG總管的BOG依次經由減溫器(330-DT-01)降溫、BOG壓縮機入口分液罐(330-V-02)分液，BOG壓縮機(330-C-01A/B)加壓至一定壓力后送入再冷凝器(330-V-01)；從LNG儲罐輸出的LNG，一部分根據冷凝BOG所需量進入再冷凝器，剩余部分通過再冷凝器旁路直接送至高壓外輸泵；再冷凝器將BOG與從儲罐輸送的LNG混合、換熱，使BOG降溫并最終冷凝成LNG。以本LNG接收站為例，BOG壓縮機入口管徑DN350，操作溫度-146/-97℃，操作壓力0.01～0.023MPa，設計溫度-196/65℃，設計壓力0.35MPa；經過二級壓縮之后出口管徑DN200，操作溫度-33/52℃，操作壓力0.815～0.817MPa，設計溫度-196/140℃，設計壓力1.75MPa。

3 BOG壓縮機平面布置要點

圖2為本LNG接收站BOG壓縮機的平面布置，BOG壓縮機(0330-C-01A/B)敞開式布置在壓縮機廠房內；壓縮機前設廠房前管廊；壓縮機入口分液罐(0330-V-02)布置于緊鄰壓縮機廠房的構架內；壓縮機附屬的水站、空冷布置于壓縮機外側地面上。結合上圖，歸納出BOG壓縮機平面布置的以下要點：

(1)BOG立式往復壓縮機為高度集成的撬裝式結構，油站、儀表控制盤、氣缸、壓縮機平臺梯子等都撬裝在一個底板上，壓縮機落地安裝，壓縮機廠房內無需設置二層平臺。

(2)BOG壓縮機壓縮介質天然氣為易燃、易爆氣體，且密度比空氣輕，將壓縮機布置在敞開式的壓縮機廠房內；廠房頂部設通風設施，使廠房內空氣流通，以便將釋放出的爆炸危險物質迅速擴散稀釋到爆炸下限以下。

(3)壓縮機廠房內設置橋式吊車，滿足壓縮機安裝、檢修的需要，同時如圖2所示在廠房內地面留出足夠的吊裝檢修空間；吊裝檢修空間應正對進出壓縮機廠房的通道。

(4)根據LNG接收站的運行特點，一期工程開工之后全年365天保持運行，在一期壓縮機廠房設計時，兼顧到二期預留壓縮機的布置要求，留有足夠的預留占地。

(5)橋式吊車選型考慮同時滿足一期、二期最大機型壓縮機的吊裝要求，壓縮機廠房的梁、柱的布置充分考慮二期廠房擴建和橋式吊車導軌鋪設的要求；

(6)根據GB50183-2004《石油天然氣工程設計防火規范》5.2.2條的規定，可燃氣體壓縮機與甲A類工藝設備防火間距不應小于9 m[3]。

圖2 BOG壓縮機平面布置圖

4 BOG壓縮機管道布置要點

BOG壓縮機作為一種低溫往復式壓縮機，在管道布置時與常規往復式壓縮機最大的區別在于壓縮機相關管線操作及設計溫度較低，對管道柔性的要求較常規壓縮機更為苛刻，壓縮機管道布置及支架設置需同時滿足管道柔性與管道防振的要求。若管系柔性過大，會在一定程度上加劇管道振動；而若管系柔性過小，則低溫工況下管道的冷縮容易導致管系二次應力以及局部應力過大，造成管系破壞；同時，彈簧的設置與否也是BOG壓縮機管系需重點考慮的因素之一，彈簧的設置一定程度上會加劇管道振動。

考慮到BOG壓縮機是一種立式往復式壓縮機，往復式壓縮機運行時易造成管道的振動，振源大致可分為氣流脈動、機體自身機械振動以及共振等[4]。同時，BOG壓縮相關管道的設計最低溫度均考慮為-170℃(液態LNG的設計溫度)，管道均有低溫特性，在進行管道規劃時，要求管系具有足夠的柔性以滿足管道應力的要求，且由于低溫特性，部分管道支架有要求采用彈簧的可能，彈簧設置過多有可能引起管系局部振動的加劇。

因此，在進行BOG壓縮機管道布置時應注意的最基本要點，就是盡可能通過管系的自然形狀進行冷縮補償，減少設置彈簧的可能。BOG壓縮機入口管道、出口管道及開工循環管道等盡可能布置在與壓縮機管嘴相同高度的平面內，避免由于高差而設置彈簧支架的現象；并盡量避免某一方向直管段過長，通過合理而簡潔的補償彎解決管道的柔性問題。為了盡可能減少管系的振動，進出口管道均應優先考慮沿地面敷設，并采用地面管墩的支撐形式，其他管道支架也應盡量從地面生根，且應將管道支架與壓縮機基礎、壓縮機廠房、壓縮機附屬管架分開設置。

在完成BOG壓縮機管道布置時，還應注意與BOG壓縮機制造廠密切溝通，對于BOG壓縮機的管道布置、支架設置以及制造廠分析結果的理解等方面，均要與其達成一致，以保證BOG壓縮機可靠、穩定的運行。

綜合考慮管道應力與管道振動因素，本接收站BOG壓縮機最終管道布置如圖3所示，此管道布置方案得到了壓縮機制造廠脈動分析、振動分析以及應力分析各方面的認可。

圖3 BOG壓縮機管道典型布置圖

5 BOG壓縮機管道支架設置要點及思考

由于BOG壓縮機相關管道低溫冷縮位移與管系振動限制的矛盾，給BOG壓縮機管道支架設置帶來了很大難度與挑戰，對于每一個低溫管道支架，在滿足管道應力分析要求的基礎上，盡可能采取能限制振動的支架形式。在壓縮機振動分析結果中，要求每一個支架都能夠限制管道的上下位移，以期盡可能減少管道振動。對于應力分析中支架不存在向上位移或向上形變趨勢的支架，支架形式是可以取得一致并容易選用的；但對于應力分析結果中部分支架存在向上位移或向上形變趨勢，此處支架就不能用常規的形式簡單實現；同理，對于振動分析結果要求限制某處管道徑向位移，而應力分析結果要求允許橫向位移的支架，其形式同樣是需要經過特殊考慮的。

本接收站中，解決此支架形式矛盾的有效辦法，是采用一種使用碟片的特殊支架，通過借用碟片的夾緊力，達到既限制管道振動、又使得管道在某方向可實現一定程度形變的目的，其關鍵在于碟片的恰當選用及其夾緊力的選取。針對BOG壓縮機支架設置的難點，給未來BOG壓縮機管道布置及支架設置帶來了耐人深省的課題，應充分研究開發能同時滿足防止振動與柔性設計要求的特殊支架；BOG壓縮機一級出口之后的操作溫度并不十分苛刻，但若考慮-170℃的設計工況，將使得管道應力分析與振動分析的矛盾凸顯出來，如何在安全性和可實現性間權衡考慮管道的應力計算溫度也是一個需要考慮的關鍵點。

6 結 語

以上對LNG接收站BOG壓縮機的功能、平面布置及管道布置等設計要點和注意事項進行了闡述。合理的平面布置與管道布置對于BOG壓縮機的穩定、安全、可靠運行有十分重要的作用。本文通過某接收站的設計經驗，對BOG壓縮機管道支架設置提出了建議與思考，在國內后續LNG接收站BOG壓縮機的管道設計中，應更好地把握管道防振要求與柔性要求的矛盾點，使此工程難點妥善得到解決。

[1] 劉 浩,金國強. LNG接收站BOG氣體處理工藝[J].化工設計,2006,16(1):13-16.

[2] 呂 俊,張昌維.LNG接收站BOG壓縮機處理能力計算及選型研究[J].化工設計,2011,21(1):14-16.

[3] 建設部.GB 50183-2004 石油天然氣工程設計防火規范[S].北京:中國計劃出版社,2005.

[4] 李興林.往復式壓縮機進出口管道的設計與防振措施[J].當代化工,2012,41(4):393-440.

(本文文獻格式：牛存厚.淺談LNG接收站BOG壓縮機平面布置及管道設計要點[J].山東化工,2017,46(11):132-134.)

Discussion of BOG Compressor Layout and Piping Design Key Points for LNG Receiving Terminal

NiuCunhou

(SINOPEC Luoyang Petrochemical Engineering Corporation,Luoyang 471003,China)

Combined with a LNG receiving station,key points and attention points of BOG compressor plot plan and piping design were described. Also reasonable suggestions and further thoughts of the BOG compressor piping layout and support setting were given.

LNG;BOG compressor;plot plan;piping layout;support setting

2017-05-19

牛存厚，高級工程師，現任該公司專業副總工程師，長期從事管道設計工作。

TQ051.21

B

1008-021X(2017)11-0132-03