常壓LNG儲配站BOG處理工藝流程優化

莫偉榮, 吳軍貴, 方釗峰, 黃 凱, 唐 晨, 王彩虹

(1.杭州天然氣有限公司, 浙江 杭州 310000; 2.浙江理工大學, 浙江 杭州 310018)

1 概述

隨著國家發改委、國家能源局聯合印發《關于加快儲氣設施建設和完善儲氣調峰輔助服務市場機制的意見》,各地踴躍建設LNG接收站,截至2021年5月,中國已建成運行22座LNG接收站(含轉運站、儲配站),總接收能力9 230×104t/a。LNG接收站中的BOG處理非常重要。

2 工程概況

某市城西LNG應急氣源站(簡稱西部站)為常壓LNG儲配站,規模如下:1座4 500 m3常壓LNG儲罐;2臺1 500 m3/h空溫式BOG加熱器;4臺BOG壓縮機,其中2臺為水冷,排氣量為1 000 m3/h,2臺為風冷,排氣量為200 m3/h。BOG處理工藝:常壓LNG儲罐中BOG經空溫式BOG加熱器加熱后,經BOG緩沖罐進入BOG壓縮機,由壓縮機增壓后,進入BOG調壓計量橇,進入城市中壓燃氣管網。常壓LNG儲配站BOG處理工藝流程見圖1。

圖1 常壓LNG儲配站BOG處理工藝流程

3 存在問題

隨著城市用氣量不斷上升,西部站在運行過程中,除擔負必要的儲氣任務外,還要保障城市中壓燃氣管網的供氣調峰需求,廠站日卸液車次相應增多,因此,BOG加熱器及壓縮機都需要長時間運轉。基于上述狀況,發現存在以下問題:①隨著日卸液車次增加,BOG量也隨之增加,現有的2臺空溫式BOG加熱器,在冬季持續長時間卸車(卸車數量≥6車,或卸車時間≥8 h)工況下,出現嚴重的結霜現象,加熱能力顯著下降。②BOG壓縮機制冷機組故障率逐年升高,維修時間長,費用高,卸車受限。為解決上述問題,對BOG處理工藝流程進行優化改造。

4 優化改造方案

① 工藝流程

在節能增效思路的指引下,擬利用常壓LNG儲罐的BOG冷能,BOG與壓縮機的冷卻循環水進行換熱,實現動態平衡,同時解決BOG加熱和壓縮機冷卻兩方面問題。在原有空溫式BOG加熱器旁,并聯增加1臺水浴式BOG加熱器,同時對BOG壓縮機的冷卻水流程進行改造,使2臺BOG壓縮機的冷卻水出水作為水浴式BOG加熱器的進水,水浴式BOG加熱器出水進入制冷機組,從制冷機組出來后作為2臺BOG壓縮機的冷卻水進水。制冷機組只有在BOG加熱器提供的冷量不夠時才進行制冷。空溫式BOG加熱器可作為備用,提高廠站運行的穩定性。

優化改造方案工藝流程見圖2。

圖2 優化改造方案工藝流程

② 設備選擇

計算得知,2臺壓縮機的余熱足以使2 400 m3/h的BOG從-140 ℃加熱到0 ℃。基于計算得到的數據,選擇水浴式BOG加熱器1 臺,相關參數見表1。

表1 水浴式BOG加熱器技術參數

5 優化改造工程實際運行情況

2020年12月,西部站進行了上述優化改造(現場照片見圖3),新增水浴式BOG加熱器,且具備了試運行條件。于22日上午投入試運行,并關閉2臺空溫式BOG加熱器,關閉1#、2#制冷機組。試運行至2021年2月28日,期間采樣220次。試運行結果如下。

圖3 現場照片

① 新增水浴式BOG加熱器能夠充分利用壓縮機的余熱完成BOG升溫工作,保證水浴式BOG加熱器的BOG出口溫度大于等于0 ℃,冬季連續卸液7車或8 h以上能穩定運行,達到了優化改造預期目標。降低了BOG加熱工藝對環境條件的依賴,有力保障了氣源站的應急調峰能力,提高廠站運行的穩定性。

② 通過共用循環水系統,在冬季即使卸車數量較大,也至少能保證1臺BOG壓縮機的冷卻需求而無需開啟制冷機組,一定程度實現了節電節能。而夏季卸液,由于環境溫度較高,仍需要開啟制冷機組。改造后壓縮機排氣溫度略高于改造前排氣溫度。

③ 與2019年同期運行狀況對比可知,優化改造后BOG加熱工藝過程中,水浴式BOG加熱器的BOG最低出氣溫度及平均出氣溫度均明顯高于改造前,因此可知,基于優化改造方案的實際運行情況,冷熱能回收效果顯著。改造后比改造前經濟效益增加約4×104元/a。

④ 改造方案中,沒能對循環水沿途的溫度變化做實時監測,故無法對BOG壓縮機冷能利用效率進行計算,后續需增加溫度監測點。另外,可考慮對BOG管道采取保冷措施,使冷能回收利用更充分。

6 結論

對常壓LNG儲配站中的BOG處理工藝進行改造,通過共用循環水系統,實現系統中BOG冷能和BOG壓縮機余熱的回收利用,同時解決BOG加熱和BOG壓縮機冷卻兩方面問題。改造后比改造前經濟效益顯著,有力保障了氣源站的應急調峰能力,提高廠站運行的穩定性。