LNG接收站的BOG控制技術

謝淑賢 葛 晨 張旭平 徐瑞峰

（山東中車同力鋼構有限公司，山東 濟南 250101）

1 BOG控制和回收工藝在LNG儲運中的重要性

隨著全球工業化的進程，各國面臨石油和煤炭資源短缺、環境污染等問題，目前我國將“可持續發展”作為基本國策，調整我國能源結構，其中加快液化天然氣LNG產業的發展是改善環境質量和調整能源結構的有效措施之一。我國已經逐漸形成完整的LNG 產業鏈，目前在罐箱設計制造、交通運輸組織、接收站設施、應急預案等方面已有較為完整的體系，LNG 儲罐、LNG 船舶、LNG 罐車等儲運工具應用較為廣泛。但由于LNG 的低溫特性，在LNG 船卸船時LNG 儲罐體積和壓力的變化、LNG 儲罐和管路漏熱等，不可避免地產生CH4蒸發氣BOG[1-2]，目前措施能將大部分BOG 經工藝處理再回收，仍有一部分只能直接排進大氣，而CH4是一種溫室效應很強的氣體，其溫室效應系數為CO2的21 倍[3]，不僅造成資源浪費，還造成環境污染和安全隱患，所以BOG 的控制與回收技術對LNG 產業的發展至關重要，

目前我國LNG 接收站的BOG 控制和回收工藝研發相對完善[4]，但是核心技術仍有發展空間，因此亟需在工藝設計、過程控制等方面進一步加強研究，提高我國在該領域的核心競爭力。該文以LNG 接收站為分析對象，對BOG控制和回收工藝研究和分析，不僅能夠提高LNG 產業的經濟效益，提高接收站運行的安全性，節能環保、降低供銷氣差率差，為LNG 加氣站[5]和LNG 交通運輸設備的BOG控制提供參考和借鑒依據。

2 BOG控制與回收系統

據分析可知接收站的熱量來源主要來自2 個部分。1）由于熱泄漏外界熱量進入接收站的低溫系統。2）設備正常運行期間自身產生的熱量輸入。其主要原因是外界熱滲入或能量輸入，例如機械泵運轉、外界熱量的導入、大氣壓變化以及環境的影響，LNG 注入儲罐時造成罐內LNG 體積氣相容積的變化，以及裝車、裝船作業過程中的蒸氣產生與返回等。產生的BOG 蒸發氣最終在LNG 儲罐中聚集，需要通過BOG 蒸發氣控制與回收系統進行處理，以保證LNG儲罐的正常運行。下面以某LNG 接收站為例，來介紹BOG回收控制與回收系統。

2.1 控制系統的組成

BOG 回收控制與回收系統的主要設備組成為BOG 壓縮機、BOG 壓縮機入口分液罐 、低壓排放罐、BOG 直接回收系統成套包、再冷凝器以及BOG 減溫器。BOG 減溫器主要用于進入BOG 壓縮機的氣體降溫，保證溫度在-95℃以下。減溫器由控制閥和霧化噴嘴組成，可以向壓縮機吸入側的蒸發氣管線中注入來自低壓LNG 管線的液化天然氣，通過此方式對BOG 進行降溫。BOG 壓縮機入口分液罐是用于除去液化天然氣液體和流入壓縮機吸入口的蒸氣滴液，產生蒸發氣滴液的主要原因有2 個。1）吸入側減溫器操作不當。2）液化天然氣從BOG 總管流入入口分液罐。在正常操作的工況下，分液罐中的LNG 液體通過底部出口流入低壓排放罐。低壓排放罐的主要作用是收集BOG 壓縮機入口分液罐中排放的LNG 和檢修時收集低壓、高壓系統排盡的LNG。正常操作時，排放罐與入口分液罐連通，而后與BOG 總管連通，當罐中液位達到一定高度，給出報警提示，然后切斷減溫器，開啟常溫壓縮機。

BOG 壓縮機的作用是對BOG 進行壓縮回收，常見的是兩級往復式壓縮機，其處理能力可按0%、25%、50%、75%及100%的遞增值調節。BOG 壓縮機工作原理是通過抽出儲罐內的蒸發氣的方式來調節LNG 儲罐的壓力。可采用自動方式或手動方式調節壓縮機的處理模式，從而控制儲罐的壓力。

BOG 直接回收系統成套包，其主要作用是在無外輸或者外輸流量很小的工況下，把經BOG 壓縮機壓縮后的蒸發氣進一步增壓，而后外輸。設置該系統主要是因為在接收站運行初期，外輸量可能很低甚至長時間無外輸，此時LNG流量不能將產生的BOG 蒸發氣完全冷凝，多余的BOG 只能排入火炬，進行燃燒處理。

再冷凝器是對壓縮后的蒸發氣BOG 進行冷凝處理。剛開始投入使用時，一般會配置流量比例控制系統，根據再冷凝BOG 的量來控制再冷凝器頂端的過冷LNG 噴淋量。再冷凝器設有高、低壓力保護和高、低液位保護2 個措施。在外輸量較低時，例如零輸出操作狀態，再冷凝器不能將壓縮后的蒸發氣體完全冷凝下來，此時BOG 將通過高壓壓縮機壓縮后外輸，再冷凝器保冷產出的BOG 將排放去BOG總管。

2.2 控制系統運行的過程

圖1 蒸發氣總管內3 種方式蒸發氣的收集流程

目前處理蒸發氣總管內收集的蒸發氣主要有3 種方式，如圖1 所示，首先可以將其送回LNG 船，以保持LNG船艙內的操作壓力。其次可以送至BOG 壓縮機，經壓縮后輸送到再冷凝器冷凝。最后在接收站運行初期可以經BOG 壓縮機及直接回收系統成套包相繼加壓后直接外輸，該種情況通常外輸量小，沒有足夠的LNG 來冷凝回收產生的BOG，此時主要通過該方法回收BOG。

LNG 接收站在卸船操作時產生蒸發氣的量遠大于無卸船操作時產生的蒸發氣，其處理方式也分別有相應的措施。卸船時，部分BOG 通過氣體返回臂及相關管線返回到船艙，主要是為了保持LNG 運輸船船艙所需壓力。卸料期間，通過壓力控制器來控制回流BOG 的壓力，儲罐操作壓力必須高于LNG 船的操作壓力，以便氣體從儲罐直接返回LNG 船。部分未返回LNG 運輸船的蒸發氣經壓縮后引至再冷凝器。裝船時，液體置換和漏熱產生的BOG 蒸發氣，則是通過氣體返回臂及相關管線返回BOG 控制系統。

接收站通過主要是由BOG 壓縮機和再冷凝器來處理蒸發氣。壓縮機通過逐級調節壓縮機的壓縮能力來實現流量控制，其壓縮能力主要是通過儲罐的壓力來調節。為防止壓縮機進出口部分溫度過高的情況，可輸送適量氣體到壓縮機前的BOG 減溫器對BOG 進行降溫，而后再輸入壓縮機。在壓縮機的吸入管線溫度高于-95 ℃和較低負荷下運行的工況下都能正常工作。經減溫器處理后的LNG 先到入口分液罐中分離，分離后排入低壓排放罐，當液位達到一定高度后，用N2把LNG 壓送到LNG 低壓排放總管。

BOG 壓縮機操作模式可分為自動控制和手動控制2 種。在自動操作模式下，通過一個總的壓力控制器選取壓力最高的LNG 儲罐的壓力來控制壓縮機，該壓力控制器可自動確定運行BOG 壓縮機以及自動選擇BOG 壓縮機的運行負荷等級。手動控制模式是操作人員選擇壓縮機運行負荷等級，儲罐壓力為主要選擇依據。當BOG 流量過大時，超過了壓縮機和再冷凝器的處理能力時，儲罐和BOG 總管的壓力會增高，增高到一定數值，多余部分的BOG 將會排至火炬系統。

再冷凝器由2 個部分組成，分別為填料段和緩沖段，上部的填料段主要作用是使被壓縮的蒸發氣BOG 與過冷LNG充分接觸后完全冷凝，下部緩沖段主要是高壓輸送提供緩沖作用。部分未進入冷凝器的部分通過旁路與冷凝的BOG 混合后進入高壓輸送泵，旁路不僅有收集剩余氣體的功效，還作為再冷凝器檢修時的備用通道，以保證LNG 接收站外輸的正常進行。

2.3 控制系統BOG運行工況

接收站正常運行期間可能出現BOG 的處理工況主要有4種。1）罐內低壓泵停止運行。2）接收站“零外輸”和外輸需求量很小。3）氣化器短時間內停止運行。4）正常、高外輸需求量下的操作模式。上述操作工況下BOG 處理系統有4個處理原則。1）當所有低壓泵都停止運行時，中斷了再冷凝器頂部的LNG 噴淋，同時也中斷了高壓輸送泵的原料來源。該種工況主要在接收站長期停車的情況下才會出現，此時產生BOG 氣體通過啟動常溫壓縮機進行處理。2）接收站處于“零外輸”時，此時主要工作為LNG 儲罐的循環保冷，“零外輸”模式下，系統產生的多余BOG 通過啟動常溫壓縮機方式處理。3）在氣化器短期停止運行時，此時應保證至少一臺高壓輸送泵運行，將一定量的LNG 進行氣化，保證LNG 儲罐的正常工作壓力，若產生過多BOG 氣體，將進行壓縮和再冷凝處理。4）接收站正常運行期間，屬于正常、高外輸需求量模式，BOG 壓縮機和再冷凝器處理產生的LNG 量遠小于高壓外輸的需求。

3 結語

蒸發氣（BOG）控制與回收系統主要是通過完全回收接收站正常運行期間產生的蒸發氣體，以維持儲罐的壓力和BOG收集系統在一個正常的工作壓力范圍內。近年來，我國LNG產業發展迅猛，但是BOG 的控制與回收工藝發展尚未完善，制約了LNG 產業全方面發展，特別是LNG 罐箱鐵路運輸尚為空白，且發展空間巨大，預計2020 年我國LNG 工廠產量約為1 670×104t[5]，因此BOG 控制與回收工藝的發展與優化對我國LNG 產業的發展具有極其重要的意義。