BOG壓縮機運行工藝的技術分析

劉超(中石油京唐液化天然氣有限公司，河北 唐山 063200)

1 BOG壓縮機結構及運行參數

LNG的蒸發氣體是由BOG壓縮機進行加壓后，將BOG輸送至再冷凝器進行再液化處理。以唐山LNG接收站為例，站內的BOG壓縮機為往復活塞式壓縮機，也是最常見、應用最廣的壓縮機類型。這種類型壓縮機的優點是排氣量大，排氣壓力高，在石油與天然氣行業中最通用的一種機型。

BOG壓縮機的設備結構主要由氣缸、活塞桿壓蓋、活塞桿、活塞、導向軸承、十字頭、連桿、曲軸、驅動端、非驅動端、曲柄機構等組成，如圖1所示。

圖1 BOG壓縮機的設備結構

BOG壓縮機的質量流量為10018kg/h，標準體積流量為13662Nm3/h，入口體積流量為5166m3/h，設計溫度為-157℃/-24℃，運行轉速為494Rpm，吸入壓力為0.009MPa，排氣壓力為0.805MPa，軸功率要求為689kW，電機額定值為900kW。BOG壓縮機在運行時工作負荷分為四檔，分別是25%、50%、75%和100%。可以通過控制室對壓縮機進行負荷調節，BOG壓縮機的負荷調節通過電磁閥對機體內部的卸荷閥和余隙閥來實現。

BOG壓縮機有潤滑油、冷卻水等輔助系統。BOG在加壓過程中，機體溫度會快速升高。BOG壓縮機的曲軸、十字頭和導向軸承是通過潤滑油進行潤滑。在啟動BOG壓縮機前，操作人員需要手動啟動輔油泵，將壓縮機內的曲軸、中間軸承和十字頭銷軸承進行預潤滑，潤滑時間一般不能低于2min，潤滑完成后才能啟動BOG壓縮機。當壓縮機啟動后，主油泵會自動啟動，之前啟動的輔油泵運行30s以后自動停止。啟動BOG壓縮機后，壓縮機的曲軸、十字頭和導向軸承由主油泵進行潤滑。BOG壓縮機停機時，主油泵會隨著壓縮機停止而自動停止。而輔油泵會自動啟動，并在壓縮機停止5min后自動停止。BOG壓縮機在停機期間，當潤滑油溫度低于15℃時，輔油泵和油加熱器會自動工作。當潤滑油溫度大于20℃時，油加熱器會自動停止工作。當潤滑油溫度大于25℃時，輔油泵自動停止。當潤滑油壓力降到0.2MPa以下時，BOG壓縮機將停止運行。

每臺BOG壓縮機都配備冷卻水系統，系統主要包括一個氮氣蓄能器，兩個冷卻水泵，兩個冷卻風機，一個電加熱器，一個溫控閥和相關的分配管線。冷卻劑是由體積比為1∶1的水和乙二醇的防凍液組成，被分配到十字頭、熱障和潤滑油系統。冷卻水系統中的兩臺冷卻水泵一般是一用一備，當主泵運行時如果冷卻水壓力低于0.2MPa時，備用泵自動啟動。如果備用泵啟動后冷卻水壓力還是不能維持在0.2MPa并持續10min后，BOG壓縮機將自動停止運行。冷卻水系統中的電加熱器和冷卻風扇的下游設置了一個溫控閥，溫控閥的主要作用是控制進入BOG壓縮機的冷卻劑的溫度，設定值一般設定為30℃。當冷卻劑溫度低于20℃時，電加熱器自動啟動。當冷卻劑溫度高于26℃時，電加熱器自動停止。當冷卻劑溫度高于34℃時，冷卻風扇自動啟動，當冷卻劑溫度低于34℃時，冷卻風扇自動停止。當冷卻劑溫度高于40℃時，第二臺冷卻風扇會自動啟動。當冷卻劑溫度再次低于40℃時，第二臺冷卻風扇將自動停止。

2 BOG的工藝處理流程

儲罐中蒸發的氣體通過BOG總管到達壓縮機，經過BOG壓縮機壓縮后進入再冷凝器的頂部，進入后的BOG與低壓輸出總管的LNG在超級拉西環填料床層混合后被冷凝成LNG，再從再冷凝器底部的出口LNG管線流至高壓泵。一般情況下BOG與LNG的質量比為1:8.4。

如圖2所示，再冷凝器PIC-1300602壓力的穩定對于接收站至關重要。當PIC-1300602壓力過高時會使BOG壓縮機的輸送量減少，FX-1300601流量降低，PI-1300601壓力升高，容易觸發BOG壓縮機出口壓力高高聯鎖停車。當PIC-1300602壓力過低時會使飽和蒸氣壓差值PDI-1300605減小，當差值降低到0.05MPa時同樣觸發聯鎖。所以在生產運行過程中要保證PIC-1300602壓力的穩定。

圖2 再冷凝器運行控制圖

出口壓縮機的負荷調整也會對再冷凝器的壓力產生一定影響。壓縮機提升負荷，FX-1300601流量升高，再冷凝器液位會出現下降，操作人員需要增加再冷凝器入口FCV-1300602的開度，保證再冷凝器液位穩定，同時還要減小PCV-1300602A或PCV-1300602B的開度，保證再冷凝器的壓力穩定。相反壓縮機減小負荷，FX-1300601流量降低，再冷凝器液位上升，要相應減小再冷凝器入口FCV-1300602的開度，并增加PCV-1300602A或PCV-1300602B的開度，保證壓力穩定。

再冷凝器是連接著氣相流程和液相流程的核心設備，它的運行狀態直接關系到BOG的處理效果和高壓泵的運行穩定與安全。所以在再冷凝器運行過程中需要對它進行流量控制、液位控制和壓力控制。如果儲罐BOG的量高于BOG壓縮機和再冷凝器的處理量時，且儲罐和BOG總管的壓力一直升高并達到壓力控制閥設定值時，過量的BOG會排放至火炬燃燒，以防止儲罐壓力和BOG總管壓力過高帶來的風險。

3 BOG產生量的計算

在接收站的工藝中，BOG的產生量決定著BOG壓縮機的工作負荷。之前提到壓縮機的工作負荷有25%，50%，75%，100%四檔，可根據產生量及罐壓對工作負荷進行調整。儲罐內的BOG產生量一般采用這種計算方式：

Q1=ρ×V×η×n×24

式中：Q1為儲罐內一天產生BOG的總量；ρ為儲罐內LNG的密度(單位為kg/m3)；V為罐容；η為儲罐日蒸發率；n為儲罐的數量，24為一天的小時數。

一般采用這種方式可以將接收站內的儲罐一天的BOG產生總量計算出來，偏差也不會太大，同時也對BOG系統和再冷凝器系統的運行提供了穩定保障。

4 BOG壓縮機易損部件與監測分析

4.1 BOG壓縮機易損部件

BOG壓縮機的傳遞動力部分、氣體進出及密封部分、輔助部分都是容易出現損壞的地方[1]。傳遞動力部分的損壞主要是曲軸、連桿、十字頭、活塞等零部件的損壞。氣體進出及密封部分的損壞主要是氣缸、進氣閥門、排氣閥門、閥片、彈簧、填料函、活塞環和氣量調節裝置等部件的損壞。輔助部分的損壞主要是水、氣、油三條管路上的冷卻器、安全閥及管路系統的損壞。

4.2 BOG壓縮機監測分析

由于以上三個部分在壓縮機運行過程中容易產生損壞，需要采用監測手段解決這些問題。通常的解決方法是：監測進口和出口氣閥的溫度；監測機體振動情況；監測活塞桿下沉情況。監測機體振動一般在氣缸處安裝速度傳感器，也可安裝在機體的不同位置上，兩個速度傳感器采集的信號同時輸送到一個雙通道監測器中，以此來判斷是否部件連接松動、氣閥損壞等現象。活塞桿下沉的監測主要是在機體接近活塞桿適當位置上，安裝一個非接觸式電渦流位移傳感器，當活塞受到磨損時，水平放置的活塞桿就會下沉，非接觸式電渦流位移傳感器和活塞桿之間的間隙會發生變化，所產生的電壓變化信號會輸送到活塞桿下沉監測器，從而監測到活塞的工作狀況。

BOG壓縮機運行時振源較多，結構相對復雜等情況使得壓縮機運行時有時會發生一些故障，且故障診斷的難度較大[2]。同時BOG壓縮機的機體和重量都較大，易損件也較多，增加了平時維護和檢修的難度。所以在工作中對于BOG壓縮機的正確維護和保養顯得非常重要。操作員要嚴格按照操作卡正確啟停壓縮機，并按照維護規程維護壓縮機。壓縮機在運行時，操作員要密切監視工況的變化，根據工藝參數的變化來進行壓縮機負荷的調節。在非緊急情況下，避免壓縮機帶負荷停車。

5 BOG壓縮機運行時出現的問題及處理方法

壓縮機出口BOG溫度過高[3]，出現原因可能是：入口過濾器堵塞；入口BOG溫度過高。處理方法主要是：定期拆開檢查并清理過濾器；打開噴淋手閥冷卻BOG入口管線溫度。

壓縮機出口BOG壓力過低，出現原因可能是：活塞環漏氣；氣閥漏氣。處理方法主要是：定期檢查或更換活塞環；定期檢查或更換閥片。

壓縮機潤滑油壓力過低，出現原因可能是：油過濾器堵塞；油管堵塞；安全閥故障；油箱內油位較低。處理方法主要是：定期清洗油過濾器；定期檢查疏通油管；定期校驗安全閥；定期添加潤滑油。

壓縮機潤滑油溫度過高，出現原因可能是：油冷卻器供水不足；潤滑油變質；油冷卻器堵塞。處理方法主要是：加大冷卻器供水量；定期檢查并更換潤滑油；定期檢查和清洗油冷卻器。

壓縮機BOG排氣量過低，出現原因可能是：氣閥泄漏；卸荷閥故障；氣缸余隙容積過大。處理方法主要是：定期檢查或更換氣閥；檢查并處理卸荷裝置；調整氣缸余隙。

壓縮機軸承溫度度過高，出現原因可能是：潤滑油溫度過高；潤滑油變質；潤滑油供量不足或中斷。處理方法主要是：適度增加冷卻水供給量；定期檢查并更換潤滑油；定期檢查油過濾器和油泵。

6 結語

綜上所述，BOG的有效處理不僅為接收站的運行節約了成本，同時也為接收站的運行安全提供了保證。壓縮機的運行穩定需要操作人員日常巡檢發現問題，也需要定期進行維護和保養，才能使生產運行更加安全穩定。