LNG接收站BOG處理工藝優化及能耗分析

摘 要：針對LNG接收站BOG處理工藝優化問題，本次研究結合目前我國常見的LNG接收站BOG處理工藝，對BOG處理過程中的能耗進行深入分析，在此基礎上，提出BOG處理的工藝優化措施，為推動我國BOG處理領域的進一步發展奠定基礎。研究表明：當外輸量與外輸壓力逐漸升高時，采用再冷凝方法的BOG處理工藝能耗相對較低，低于直接壓縮方法對BOG進行處理，如果BOG的量逐漸升高，再冷凝方法較為節能;在對處理工藝進行優化之前，其能耗在2600kW左右，對處理工藝進行優化以后，其能耗在1900kW左右，處理工藝能耗下降25%左右，使得LNG接收站可以處于安全高效且經濟的運行狀態。

關鍵詞：LNG接收站;BOG處理;能耗分析;工藝優化;再冷凝

0 前言

LNG低溫輸送是一種常見的輸送模式，在LNG低溫輸送的過程中，非常容易出現蒸發氣化問題，進而形成BOG，為了保障LNG接收站可以始終處理安全高效的運行狀態，需要對BOG進行回收處理[1]。目前，常見的BOG處理工藝相對較多，不同處理工藝的能耗存在較大的差別，如果處理工藝所需要的能耗相對較大，則會給LNG接收站帶來較大的經濟壓力[2]。

1 LNG接收站BOG處理工藝能耗分析

目前，在我國各個LNG接收站中，常見的BOG處理工藝可以分為四種類型，分別是直接壓縮處理、再冷凝處理、熱交換處理以及再液化處理，其中前兩種處理工藝的應用相對較廣[3]。直接壓縮處理工藝中最重要的設備為壓縮機，其流程為將BOG進行壓縮，使得BOG的壓力與外輸管道的壓力相同，然后將BOG直接輸送到外輸管網中，在這整個過程中，并不需要對BOG進行冷卻處理，該種處理方法所需要的設備為壓縮機、高壓泵、換熱器;再冷凝處理工藝中最重要的設備為高壓泵，其流程為將BOG進行深度壓縮，進而使得BOG的液化溫度不斷升高，將BOG輸送到冷凝器中將其與LNG相互混合，然后對其進行液化處理，將液化后的氣體輸送到管道中，在管道中氣體將會氣化，使用該種方法可以使得壓縮機的能耗得到降低，但是會增加高壓泵的能耗，該種處理方法所需要的設備為低壓泵、壓縮機、高壓泵、再冷凝器、氣化器。

以我國的某LNG接收站為例，對這兩種類型的處理工藝進行全面研究，該接收站的天然氣輸量為100000kg/h，在LNG進料和出料的過程中，都會出現氣化問題，因此會產生大量的BOG，BOG的產生量為每小時5000kg，該接收站內的LNG會進入到外輸管網，管網的運行壓力為6MPa，使用軟件模擬的方式對直接壓縮處理措施和再冷凝處理措施進行模擬，模擬發現，如果使用直接壓縮處理方法，則高壓泵的能耗為514.4kW，壓縮機的能耗為728.2kW;如果使用再冷凝處理方法，則低壓泵的能耗為59.11kW，高壓泵的能耗為478.7kW，壓縮機的能耗為274.4kW，通過分析可以發現，使用再冷凝處理工藝可以節約能耗34%左右。外輸量會對兩種不同處理工藝的能耗產生重要影響，改變天然氣的外輸量后發現，隨著天然氣輸量的不斷提升，兩種類型處理工藝中的高壓泵能耗都會不斷增加，雖然直接壓縮處理方法的能耗不斷升高，但是再冷凝處理工藝的能耗基本保持不變，僅有小幅度的提升，再冷凝處理工藝中的低壓泵能耗增加較小，總體而言，隨著天然氣輸量的不斷提升，再冷凝處理工藝的能耗相對較低。外輸壓力也是影響處理工藝能耗的重要因素，在不斷提高外輸壓力的前提下，兩種處理工藝中高壓泵的能耗都會不斷的提升，直接壓縮處理工藝中高壓泵能耗的提升相對較快。

2 LNG接收站BOG處理工藝優化

為了實現節能及環保的基本目標，該LNG接收站將會使用壓縮和冷凝相互結合的方法對BOG進行處理，首先使用壓縮機對BOG進行處理，使得BOG的液化溫度不斷提升，然后將BOG輸入到冷凝器中，冷凝器中的BOG將會充分利用LNG自身的冷能，進而使得再冷凝過程中的能耗可以得到降低，但是在這個過程中，在BOG經過壓縮以后與LNG同時進入再冷凝器之前，需要使用高壓泵將其輸入到氣化器中，在這個過程中壓縮機出口位置處的壓力將會升高，這使得壓縮機的能耗也得到提升。在LNG接收站的輸量相對較大時，高壓泵和低壓泵的運行能耗都會提升，部分BOG處理設備的處理量會隨著輸量的提升而增加。盡管天然氣的輸量可以增加，但是壓縮機存在一個最大處理量，壓縮機在使用的過程中無法對過多的BOG進行處理，此時再冷凝器的能耗將會降低。壓縮和冷凝相對結合的處理工藝中，關鍵的處理設備主要有BOG分離罐、壓縮機、加熱器、浸沒燃燒式氣化器、低壓泵、再冷凝器、高壓泵以及開架式氣化器。

目前，在LNG接收站中，為了降低儲罐內壁的壓力，一般都是使用過冷儲存的方式對LNG進行保存，因此，儲罐的設計溫度一般為-170℃。我國大多數接收站中壓縮機的最大處理量為6700kg/h，如果天然氣的需求量相對較大，則壓縮機將無法完成BOG的處理任務，在另一方面，還可能會出現天然氣輸量相對較大，但是BOG的量相對較小的問題，針對這兩種問題，本次研究提出的工藝優化思路為：使用過冷的LNG對BOG進行全面的冷卻處理，進而達到LNG冷能利用的目的，根據氣體狀態方程，如果氣壓的壓強得到提升，則其溫度也會升高，在現有的處理工藝中，雖然也采取措施使得BOG的液化溫度得到了提升，使得BOG更容易被液化，但這整個過程就相當于對BOG進行加熱再冷卻。在加熱再冷卻的過程中，存在嚴重的冷熱交換問題，壓縮機出口位置處的溫度必然會升高，壓縮機的能耗就會增加，如果可以使用LNG的冷能對BOG進行處理，不但可以降低壓縮機出口位置處的溫度，還可以降低加熱再冷凝過程中的能耗，通過該種措施就可以實現處理工藝的優化。優化有的處理工藝中所需要的設備為壓縮機、換熱器、分離器、加熱器、浸沒燃燒式氣化器、低壓泵、高壓泵以及開架式氣化器。

在過冷的LNG與BOG都進入到換熱器之后，就會進行熱交換的反應，進而使得氣體轉化為液態形式，液態的氣體會與LNG共同進入到高壓泵之中，在經過氣化以后才能進行外輸。如果可以將壓縮機出口位置處的壓力維持在0.2MPa左右，則可以使得壓縮機出口位置處的溫度大大降低，雖然BOG的液化溫度降低相對較少，但是由于大量的過冷LNG已經進入到換熱器之中，所以可以實現BOG液化的目的。在對處理工藝進行優化的過程中，減少了耗能元件的使用，這使得壓縮機運行過程中不再受輸量的影響，壓縮機的出口壓力可以始終保持在0.2MPa左右，可以使得BOG的液化過程順利進行。

假如我國某接收站中使用的儲罐容積為480000m3，壓縮機運行過程中的最大處理量為6700kg/h，使用軟件模擬的方式對處理工藝優化前后的能耗進行全面的分析，分析發現，在對處理工藝進行優化之前，壓縮機的運行能耗為248.9kW，低壓泵的能耗為186kW，高壓泵的能耗為1629kW，加熱器的能耗為57.42kW，再冷凝器的能耗為456.4kW;在對處理工藝進行優化以后，壓縮機的能耗為28.87kW，低壓泵的能耗為186kW，高壓泵的能耗為1642kW，加熱器的能耗為133.90，綜合而言，在優化之后，BOG處理工藝的能耗可以降低25%，可以使用LNG的冷能對BOG進行液化處理，全面實現接收站節能的基本目標。

3 結論

通過本次研究可以發現，最常見的BOG處理工藝有兩種類型，分別是直接壓縮處理工藝以及再冷凝處理工藝，兩種處理工藝中，再冷凝處理工藝在使用過程中的能耗相對較低，同時，如果BOG的處理量不斷提升，則再冷凝處理工藝的使用效果將會更加明顯。同時，在對BOG處理工藝進行優化以后，使用LNG自身冷能對BOG進行液化，此時處理工藝的能耗可以降低25%左右，完全符合接收站安全高效且經濟的運行要求。

參考文獻：

[1]唐凱，朱祚良，吳明，等.LNG接收站BOG再冷凝工藝優化與能耗分析[J].當代化工，2019（5）：1032-1035.

[2]王小尚，劉景俊，李玉星，等.LNG接收站BOG處理工藝優化——以青島LNG接收站為例[J].天然氣工業，2014 （04）：125-130.

[3]薛倩，劉名瑞，肖文濤，等.LNG接收站BOG處理工藝優化及功耗分析[J].油氣儲運，2016（4）：376-380.

作者簡介：

王善強（1979- ），男，山東平度人，中級工程師，從事LNG接收站工藝設計工作。