濱海LNG接收站BOG再冷凝器工藝及控制系統(tǒng)

嵇 俊

(中海油江蘇天然氣有限責(zé)任公司，江蘇 鹽城 224500)

LNG接收站蒸發(fā)氣的產(chǎn)生主要是由于外界能量輸入造成低溫LNG氣化所致，如泵運轉(zhuǎn)、外界熱量導(dǎo)入、大氣壓變化、環(huán)境影響及LNG注入儲罐時造成罐內(nèi)LNG體積變化等[1]。BOG若不及時處理會造成儲罐超壓，超壓氣體將排入火炬燃燒，造成大量能量浪費，既不經(jīng)濟也不環(huán)保。因此，合理有效地回收利用BOG成為接收站安全穩(wěn)定運行、提高經(jīng)濟效益的重要組成部分。本文結(jié)合江蘇濱海LNG接收站的BOG處理工藝，研究了其工藝及控制系統(tǒng)，著重分析了壓力、液位控制邏輯，為后續(xù)接收站的投產(chǎn)運行提供參考。

1 BOG處理工藝

濱海LNG接收站BOG處理工藝包括加壓外輸工藝與再冷凝工藝。

1.1 BOG加壓外輸工藝

濱海LNG接收站一期配置2臺BOG低壓壓縮機，單臺設(shè)備能力7500 Am3/h，同時配置2臺BOG高壓壓縮機與低壓壓縮機串聯(lián)使用，單臺設(shè)備能力1980 Am3/h。當(dāng)接收站投產(chǎn)初期外輸量較少或出現(xiàn)零外輸工況時，高壓壓縮機將低壓壓縮機輸出的BOG加壓到外輸壓力，進行氣態(tài)外輸。加壓外輸工藝如圖1所示。

圖1 BOG加壓外輸工藝示意圖

1.2 BOG再冷凝工藝

濱海LNG接收站配置1臺BOG再冷凝器。低壓壓縮機加壓后的蒸發(fā)氣與儲罐低壓泵輸送的過冷LNG在再冷凝器內(nèi)混合，直接接觸傳熱傳質(zhì)，冷凝后的液體與另一部分低壓LNG混合后，經(jīng)過LNG高壓泵加壓，送至LNG氣化器進行氣化外輸。再冷凝器主要有三個功能：一是再冷凝BOG；二是作為高壓泵的入口緩沖器[2]；三是滿足高壓外輸泵入口NPSH值的要求。再冷凝工藝如圖2所示。

圖2 BOG再冷凝工藝示意圖

2 再冷凝器工藝系統(tǒng)

2.1 再冷凝器基本結(jié)構(gòu)

濱海LNG接收站再冷凝器采用裙座支撐式結(jié)構(gòu)，設(shè)置6層操作平臺，本體采用單殼單罐設(shè)計，內(nèi)部構(gòu)件主要有進料管、氣液分布盤、拉西環(huán)填料層、填料支撐板及破渦器[3]，外形尺寸上部4.2mI.D.×6.3 m，下部5.0mI.D.×6.0 m，設(shè)計溫度-165～120℃，設(shè)計壓力1.82 MPa/FV。再冷凝器的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 再冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 再冷凝器工藝描述

過冷LNG和BOG從容器頂部進入再凝器，氣體流和液體流通過填料層，使LNG均勻分布并與BOG之間產(chǎn)生一個直接換熱面，氣相BOG完全冷凝。再冷凝器設(shè)有旁路，未進入再冷凝器的LNG通過旁路與再冷凝的LNG混合后進入高壓泵，旁路也可保證再冷凝器檢修時不影響LNG的正常輸出。再冷凝器設(shè)有流量比例控制系統(tǒng)，根據(jù)BOG流量控制進入再冷凝器的LNG流量，以確保進入高壓泵的LNG處于過冷狀態(tài)，保證高壓泵不會產(chǎn)生氣蝕。再冷凝器上部設(shè)有過壓保護及補氣裝置，保證再冷凝器運行安全。再冷凝器的工藝流程如圖4所示。

圖4 再冷凝器工藝流程示意圖

3 再冷凝器控制系統(tǒng)

濱海LNG接收站再冷凝器的運行穩(wěn)定主要通過控制再冷凝器壓力和液位實現(xiàn)。再冷凝器控制系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 再冷凝器控制系統(tǒng)示意圖

3.1 壓力控制

3.1.1 正常壓力控制

正常操作下，操作人員可以通過選擇開關(guān)03SSW3002手動選擇03PIC3009或03FIC3002調(diào)節(jié)進入再冷凝器的LNG流量維持壓力的相對穩(wěn)定。

(1)PIC控制模式：通過再冷凝器頂部的壓力控制器03PIC3009，控制03FV3002A/B的開度，調(diào)節(jié)進入再冷凝器的LNG量，達到控制再冷凝器壓力的目的；

(2)FIC控制模式：根據(jù)進入再冷凝器頂部的BOG流量(經(jīng)03FY3010溫壓補償)[5]結(jié)合預(yù)設(shè)的液氣比率R，通過流量控制器03FIC3002控制03FV3002A/B的開度。經(jīng)HYSYS軟件模擬，濱海LNG接收站再冷凝器不同操作壓力下的液氣比如圖6所示。

圖6 濱海LNG接收站再冷凝器不同操作壓力下的液氣比R

3.1.2 超壓控制

當(dāng)再冷凝器壓力過高，超過設(shè)定點時，通過03PIC3011控制調(diào)節(jié)閥03PV3011開度排出過量BOG氣體至BOG總管，降低再冷凝器壓力。當(dāng)壓力繼續(xù)上升，達到壓力高高設(shè)定點時，觸發(fā)ESD-03-110信號,聯(lián)鎖關(guān)閉對應(yīng)的緊急切斷閥門，保證再冷凝器系統(tǒng)安全。

3.1.3 低壓控制

當(dāng)再冷凝器壓力過低，低于設(shè)定點時，通過03PIC3010控制調(diào)節(jié)閥03PV3010開度補充外輸氣體至再冷凝器內(nèi)，升高再冷凝器壓力，保證再冷凝器正常運行。

3.2 液位控制

3.2.1 正常液位控制

正常操作下，再冷凝器正常液位范圍通過03LIC3001控制再冷凝器旁路調(diào)節(jié)閥03LV3001A/B開度調(diào)整LNG流量實現(xiàn)，維持再冷凝器處于適當(dāng)?shù)腖NG液位。

再冷凝器檢修時，可通過旁路保證LNG的正常輸出，此時操作人員可通過選擇開關(guān)03SSW3001手動選擇03PIC3006的控制模式，實現(xiàn)03PIC3006控制再冷凝器旁路調(diào)節(jié)閥03LV3001A/B開度。

3.2.2 超馳控制

當(dāng)液位過高，超過了設(shè)定點時，液位控制器03LIC3001將向運算器03PY3009發(fā)送輸出值，從03PIC3009及03LIC3001輸出值中高選，通過03PIC3009或03LIC3001控制調(diào)節(jié)閥03FV3002A/B的開度調(diào)節(jié)LNG的流量，維持再冷凝器液位或氣相空間壓力。當(dāng)液位繼續(xù)上升，達到液位高高設(shè)定點時，觸發(fā)ESD-03-109信號,聯(lián)鎖關(guān)閉對應(yīng)的緊急切斷閥門；當(dāng)液位持續(xù)下降，到達液位低低設(shè)定點時，觸發(fā)ESD-03-108信號,聯(lián)鎖關(guān)閉對應(yīng)的緊急切斷閥門，以保證再冷凝器系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定

4 結(jié)論

濱海LNG接收站再冷凝器采用上述壓力、液位串級控制模式，對于接收站精細化管理、提高BOG處理效率、提升設(shè)備的工藝安全性都有著積極影響。上述控制邏輯的研究和分析為后續(xù)接收站的投產(chǎn)運行提供了參考。對于03PIC3009或03FIC3002兩種再冷凝器壓力控制模式，待接收站投產(chǎn)運行后，可通過實際運行效果，對比分析兩種模式的優(yōu)缺點，確定長期運行模式，并實現(xiàn)進一步的優(yōu)化。