LNG接收站BOG处理工艺优化

摘 要

　　　　　　　　——以青岛LNG接收站为例摘　要：蒸发气(Boil Off Gas，缩写为BOG)的处理是LNG接收站必须考虑的关键I'q题之一，关系着LNG接收站的能耗及安全、平稳运

　　　　　　　　——以青岛LNG接收站为例

摘　要：蒸发气(Boil Off Gas，缩写为BOG)的处理是LNG接收站必须考虑的关键I'q题之一，关系着LNG接收站的能耗及安全、平稳运行。为此，介绍了LNG接收站BOG处理的4种工艺：①BOG直接压缩工艺；②BOG再冷凝液化工艺；③BOG间接热交换再液化工艺；④蓄冷式BOG再液化工艺。运用HYSYS软件建立了采用不同BOG处理工艺的LNG接收站模型，对比了目前主要采用的BOG直接压缩_T-艺和再冷凝液化工艺在工艺流程及能耗方面的差异，并分析了外输量、外输压力及再冷凝器压力对BOG处理S-艺节能效果的影响，在此基础上提出了BOG再冷凝液化工艺的改进措施——BOG进入再冷凝器前进行预冷，可比原工艺节约l8.2％的能耗。同时还针对青岛LNG接收站提出了BOG再冷凝液化及直接压缩工艺混合使用的优化运行方案，可使进入再冷凝器的LNG流量保持恒定，没被冷凝的BOG经过高压压缩机提压到外输压力，与完成气化的LNG混合后外输，可避免BOG进入火炬系统而造成的能源浪费，同时减小再冷凝器入口流量的波动，使装置运行更稳定、更经济。

关键词：LNG  接收站  BOG  直接压缩  再冷凝液化  间接热交换再液化  蓄冷式再液化  优化  混合运行  节能

A case study of processing and optimization of BOG gas treatment in an LNG terminal in Qingdao

Abstract：The BOG(Boil-Off Gas)processing system is one of the key issues relating directly to energy consumption and safe&steady operarion in an LNG terminal．Therefore，we introduced four processing systems for BOG treatment：direct condensation，recondensation，indirect heat exchange reliquefaction，and cooling storage reliquefaction．On this basis，we applied the HYSYS to build different LNG terminal models，simulated and compared the commonly used recondensation process and the direct condensation in terms of process and energy consumption．And we also analyzed the impacts of the flow rate，pressure of send-out NG and re condenser pressure on the energy saving results of BOG processing．Therefore，we recommended a further innovative measure for the recondensation BOG process，i．e．，to precool the BOG before it enters the re condenser，which can save the energy consumption by 18.2％．Meanwhile，we also presented an optimal operating scheme of mixing the above two processes for an LNG terminal in Qingdao．This can keeP the LNG flow rate steadily entering the re condenser，and the uncondensed BOG can be compressed to mix with the liquefied LNG，thus the BOG will be saved instead of entering the flare venting system，meanwhile，the flow rate fluctuation at the inlet of the re condenser will be reduced to make the whole BOG processing more stable and cost effective as a result．

Keywords：LNG terminal，BOG，direct condensation，re-condensation process，indirect heat exchange，cooling storage reliquefaction，optimization，hybrid operation，energy saving

LNG接收站目前主要有3种类型：①大型LNG接收站，如已运行的广东大鹏LNG、福建LNG、上海LNG等接收站及在建的青岛LNG、广西LNG等接收站；②小型LNG接收站；③卫星型LNG接收站。

LNG系统的漏热、动设备能量输入、卸料和外输体积置换、压力差、闪蒸等因素必定导致LNG接收站的储槽、操作设备、管线内产生大量BOG(Boil Off Gas，蒸发气)[1-2]。2009年杨志国等[3]分析了再冷凝器运行参数对BOG再冷凝工艺的影响，提出通过调整压缩机的压比、物料比来实现BOG再冷凝工艺的优化运行。2012年李亚军等刚通过调节BOG再冷凝工艺中压缩机的阶数来达到系统节能降耗的目的。

笔者主要从工艺和能耗两方面对比了目前主要采用的2种BOG处理工艺，以方便不同类型的LNG接收站选用合适的BOG处理工艺，同时针对在建的青岛LNG接收站进行了BOG再冷凝工艺改进。

1　不同的BOG处理工艺对比

目前，LNG接收站BOG处理工艺主要有以下4种：0BOG直接压缩工艺；②BOG再冷凝液化工艺；③BOG间接热交换再液化工艺；④蓄冷式再液化工艺[5]。前两种BOG处理工艺为目前主要采用方式，其流程分别见图l、2，2种工艺的对比见表l。BOG直接压缩工艺中，BOG加压后直接进入外输管网；BOG再冷凝液化工艺中，BOG加压后进入再冷凝器，与进入再冷凝器的过冷LNG混合，形成液态，然后与剩余LNG一起通过高压泵加压，进入气化器气化，再外输。

 

 

 

2　不同BOG处理工艺的能耗对比

用HYSYS软件对气源型LNG接收站和调峰型LNG接收站分别采用再冷凝液化和直接压缩的BOG处理工艺进行了模拟计算(气源型LNG接收站按青岛LNG接收站设计参数进行模拟)，模拟图分别见图1、2，能耗对比结果见表2。可以看出，无论是对调峰型LNG接收站还是气源型LNG接收站，BOG再冷凝液化工艺都比BOG直接压缩工艺更为节能。

 

对比2种工艺的能耗，以气源型LNG接收站为例进行分析，绘制出2种工艺的压比焓图(图3)。

 

图3中，红色线ABCDEF表示BOG直接压缩工艺的压比焓线，蓝色线abcdefgh表示BOG再冷凝液化工艺的压比焓线。LNG和BOG在等熵条件下通过泵或压缩机进行提压。从图3可以看出，对于泵的比焓差(qCD、qcd+qeg)、气化器的比焓差(qDE、qgh)，2种工艺相差不大，而对于压缩机的比焓差，BOG直接压缩工艺的qAB远大于BOG再冷凝液化工艺的qab。另外，在实际生产中，压缩机的效率小于泵的效率，2种BOG处理工艺进行能耗比较时，压缩机对能耗的影响更大。因此，输送单位质量流体时，BOG再冷凝工艺比BOG直接压缩工艺的能耗低。影响再冷凝器节能效果的因素有很多，现采用单一变量法来分析几种变量对节能效果产生的影响。以下模拟以气源型LNG接收站的参数为基础。

2．1　外输量对节能效果的影响

外输量对BOG处理工艺能耗的影响见图4。从图4可以看出，外输量的改变对节能效果影响不大。但当外输量较大时，BOG的量也相应增加，BOG再冷凝液化工艺的总节能量则相当可观。

 

2．2　外输压力对节能效果的影响

外输压力对BOG处理工艺的能耗影响见图5。从图5可以看出，随着外输压力的增加，BOG再冷凝凝液化工艺的节能量减小。

 

但当再冷凝器压力降低时，再冷凝器入口BOG温度升高，需要冷凝BOG的LNG用量增加，则物料液化工艺的节能量随之增加。这是由于当外输压力增加时，BOG直接压缩工艺中压缩机的比焓差增加量远远大于BOG再冷凝液化工艺中高压泵的比焓差增加量，即BOG直接压缩工艺的能耗增加量大于BOG再冷凝液化工艺的能耗增加量[6-7]。

2．3　再冷凝器压力对节能效果的影响

物料比为进入再冷凝器的LNG与BOG质量比，以下所指物料比为最小物料比，即LNG流量为将BOG全部冷凝为液体所需的最小流量。

再冷凝器压力对BOG再冷凝液化工艺能耗、节能的影响见图6。从图6可以看出，随着再冷凝器压力的升高，即低压泵和压缩机压力的升高，BOG再冷凝液化工艺所消耗的能量相应增加，则BOG再冷比增加，当LNG接收站处于外输量最小工况时，操作困难。因此，在实际生产中，再冷凝器的压力一般控制在0.7～O.9MPa[8]。

 

3　青岛LNG接收站BOG再冷凝液化工艺改进措施

3．1　BOG进入再冷凝器前预冷

根据2.3的分析得知，降低压缩机出口压力会增加节能虽，但会造成物料比增加，从而导致装置操作困难。为了在降低压缩机出口压力的同时保证物料比恒定，从而达到节能的效果，本文参考文献[9-10]提出了如图7所示的优化后BOG再冷凝液化工艺流程，添加了BOG冷换器设备，BOG在进入再冷凝器之前先与高压泵出口的一部分LNG换热，进行预冷，降低BOG温度。由于BOG及LNG均属于清洁的高压物料，因此，冷换器选用传热效率高、结构简单、价格便宜、承压能力强的“U”形管式换热器[11]。冷换器入口的LNG流量设定为5000kg／h。优化后再冷凝器压力与压缩机能耗及物料比的关系见表3。

 

 

从图6-b及表3可以看出，工艺优化前再冷凝器压力为0.88MPa时的物料比与工艺优化后再冷凝器压力为0.65MPa时的物料比接近，而压缩机能耗则由302.4kW降为246.9kW，降低l8.2％，节能效果明显。

3．2　混合使用2种BOG处理工艺

从能耗对比分析及实际应用情况来看，气源型LNG接收站一般都采用BOG再冷凝液化工艺。根据本文参考文献[1，12-13]计算得到青岛LNG接收站在不同工况下的BOG处理量：①卸船最小外输量时，BOG处理量为20.6t／h；②卸船最大外输量时，BOG处理量为l9.9t／h；③非卸船最小外输量时，BOG处理量为7.3t／h；④非卸船最小外输量时，BOG处理量为4.3t／h。理论模拟计算得知卸船工况下的BOG处理量为非卸船工况下BOG处理量的4.5倍，同时，根据下游用户用气量的不同，LNG接收站外输量也有较大波动，这些都造成BOG再冷凝液化工艺操作困难，尤其是当BOG处理量较大，而下游用户用气量较低时，会造成BOG无法完全液化就不得不进入火炬系统，导致能源浪费。因此，针对青岛LNG接收站提出BOG再冷凝液化及BOG直接压缩2种工艺混合使用的方案(图8)，使进再冷凝器的LNG流量保持恒定，没被冷凝的BOG经过高压压缩机提压到外输压力，与完成气化的LNG混合后外输。

 

模拟混合工艺卸船工况下的流程参数见表4，在卸船工况下再冷凝器入口的LNG流量为62.00 t／h，在再冷凝器安全运行的同时，尽可能降低高压压缩机的入口流量，从而节约总能耗。低压压缩机设计负荷为6.7t／h，为统一设备运行参数，并节约投资成本，再冷凝器入口LNG流量的设定以满足高压压缩机入口BOG流量小于6.7t／h为限。

 

BOG混合处理工艺与BOG再冷凝液化工艺能耗对比情况见表5。BOG混合处理工艺的压比焓线见图3中的黑色线，从图3可以看出，由于高压压缩机的存在，BOG混合处理工艺的能耗大于BOG再冷凝液化工艺的能耗。从表5可以看出，正常工况下，采用BOG混合处理工艺的总能耗比单用BOG再冷凝液化工艺的总能耗要高6.8％，但在最小外输量的工况下，采用BOG混合处理工艺可避免BOG进入火炬系统而造成能源浪费，同时减小再冷凝器入口流量的波动，装置运行更稳定、更安全。综合考虑，青岛LNG接收站BOG处理工艺采用BOG再冷凝液化工艺及BOG直接压缩混合处理工艺可行。

 

4　结论

1)BOG再冷凝液化工艺的能耗均小于BOG直接压缩工艺的能耗。针对2种BOG处理工艺，外输量的改变几乎不影响再冷凝器的节能效果，但当BOG量较大时，BOG再冷凝液化工艺的节能效果更显著。

2)随着外输压力的增加，再冷凝器的节能量也增加。

3)随着再冷凝器压力的增加，再冷凝器的节能量减少，但为了便于操作，再冷凝器压力一般设为0.7～0.9MPa。

4)BOG进入再冷凝器前进行预冷，可在处理相同BOG量时降低再冷凝器的压力，从而节约压缩机的能耗，节约率达l8.2％。

5)青岛LNG接收站采用BOG再冷凝液化工艺及BOG直接压缩混合处理工艺，可避免最小外输量工况下BOG进入火炬，减少能源浪费，使装置运行更安全、稳定。

 

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本文作者：王小尚  刘景俊  李玉星  多志丽  王武昌

作者单位：中国石化青岛液化天然气有限责任公司

  中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院