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液化天然氣BOG在不同條件下的處理工藝

字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-01-25  瀏覽次數(shù):22510
 摘要:大型LNG接收站、衛(wèi)星站、車船加注站需以合理的工藝處理液化天然氣BOG( Boiled Off Gas),以保障設(shè) 備處在可控壓力范圍內(nèi),運(yùn)營(yíng)處于安全保護(hù)下,同時(shí)也能夠節(jié)能降耗,減少天然氣的浪費(fèi),降低營(yíng)運(yùn)成本。文章以 類比分析、實(shí)驗(yàn)、定量分析等方法分析接收站和衛(wèi)星站BOG在不同工況下的能耗,并提出相關(guān)建議。
關(guān)鍵詞:液化 天然氣 BOG 不同 條件 處理 工藝
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        1引言

中國(guó)LNG產(chǎn)業(yè)從液化、運(yùn)輸、接收站氣化到終 端利用,已經(jīng)形成了比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈,并且發(fā)展 速度和成熟度日臻完善,為我國(guó)天然氣的下游利用 奠定了良好的發(fā)展基礎(chǔ)。目前,中國(guó)已建、在建的 沿海LNG接收站已經(jīng)達(dá)到14座,全部建成后總接 受能力將超過(guò)5000萬(wàn)噸/年,還有若干項(xiàng)目在開展 前期工作⑴。液化廠、衛(wèi)星站、車船加注也迅猛發(fā) 展,截止20135月,全國(guó)建成并投運(yùn)的液化廠超 過(guò)50座,總液化能力2300萬(wàn)立方米/天。LNG -162乞及常壓儲(chǔ)存特性、特殊的運(yùn)輸條件以及在 卸船、加注時(shí)LNG儲(chǔ)罐壓力變化、儲(chǔ)罐及管線漏熱 等,會(huì)產(chǎn)生大量的蒸發(fā)氣,即BOG。為了保護(hù)運(yùn)輸 船、儲(chǔ)罐及管線的正常運(yùn)營(yíng)及安全,必須考慮對(duì)大 量BOG的處理,維持壓力的動(dòng)態(tài)平衡以使壓力處 于安全控制范圍內(nèi)。因此,以營(yíng)運(yùn)安全和節(jié)約能耗 為目的,研究BOG在不同條件下處理工藝,提高 BOG的回收率,減少天然的浪費(fèi)。

 

     2方法設(shè)計(jì)

對(duì)于某x 160000m3接收站而言,日常蒸發(fā) 率按0. 05%計(jì)算,每天LNG蒸發(fā)量約320立方 米,產(chǎn)生BOG192000m3,144/天;在卸料 工況下,溫度交換、壓力變化,產(chǎn)生BOG量將會(huì)是 常規(guī)工況下的幾倍甚至十幾倍。以合理的工藝處 理BOG,不僅能降低對(duì)設(shè)備和人員的潛在傷害, 同時(shí)也能節(jié)能降耗、降低成本。

為了研究不同條件下對(duì)BOG的處理工藝,以 某接收站和衛(wèi)星站為例,從BOG的量上考慮工藝 的選擇。以福建某接收站x 160000m3儲(chǔ)罐)及 山東某地衛(wèi)星站10100m3儲(chǔ)罐)。類比依據(jù): 不同的罐型有著不同的蒸發(fā)率,不同的處理方式會(huì) 對(duì)BOG的后續(xù)加工產(chǎn)生影響。應(yīng)針對(duì)不同的罐 型、不同的LNG處理規(guī)模,選擇合適的處理工藝。

    3 BOG的常規(guī)處理方式


對(duì)于產(chǎn)生的BOG一般有四種處理方式,一是 再冷凝;二是直接壓縮;三是燃燒或放空;四是返 回LNG運(yùn)輸船。

 

(1) 再冷凝處理工藝。BOG經(jīng)過(guò)氣液分離罐 后,進(jìn)入BOG壓縮機(jī),增壓后的BOG進(jìn)入再冷凝 器與升壓到相同壓力的外輸LNG混合,BOG被過(guò) 冷的LNG所攜帶的冷量冷凝后與旁路的LNG 合進(jìn)入高壓泵,再經(jīng)過(guò)汽化器氣化后輸送至高壓 管網(wǎng)⑵。接收站再冷凝工藝流程圖如圖1。

(2) 直接壓縮工藝。BOG經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后, 直接輸出到管網(wǎng)。

(3) 火炬燃燒或放空。當(dāng)罐內(nèi)和艙內(nèi)壓力達(dá) 到一定值時(shí),為將壓力降到安全可控范圍內(nèi),往往 采取放空或火炬燃燒方式。放空或火炬燃燒將會(huì) 是對(duì)天然氣的極大浪費(fèi),因此,此種方式為緊急情 況下的安全處理措施。


LNG接收站BOG不同處理方式的能耗分析

Tab. The analysis of energy consumption of different treatment of BOG in LNG terminal

工況再冷凝

工況直接壓縮

工況再冷凝

工況直接壓縮

工況再冷凝

工況直接壓縮

BOG 氣量/(kg/h)

7089

4990

7089

7089

7171

7171

外輸管網(wǎng)壓力/MPa

7.5

7.5

7.5

7.5

7.5

7.5

壓縮機(jī)出口壓力/MPa

0.75

7.65

0.75

7.65

0.75

7.65

罐內(nèi)泵功率/kW

157

157

157

157

157

157

高壓泵功率/kW

1586.5

1552.3

1586.5

1552.3

1586.9

1552.3

壓縮機(jī)功率/kW

771

1194.9

771

1781.5

775

1799.4

泵和壓縮機(jī)總功率/kW

2514.5

2904.2

2514.5

3490.8

2518.9

3508.7

節(jié)約能耗/(kWkg-'.h'1)

0.134

0.137

0.138

表格申主要說(shuō)明了儲(chǔ)罐產(chǎn)生不同BOG時(shí),在工況1、工況2、工況3條件下再冷凝工藝和直接壓縮工藝的能耗水平。


2壓縮機(jī)出口壓力與設(shè)備功耗關(guān)系

                                        Tab. The relations between compressor outlet pressure and equipment power

 

出口壓力

/MPa

壓縮機(jī) 功耗/kW

罐內(nèi)泵 功耗/kW

高壓泵 功耗/kW

設(shè)備總 功耗/kW

0.35

343

39.8

1754.7

2137.5

0.45

431.4

56.7

1732.6

2220.7

0.55

506.1

73.7

1710.1

2289.9

0.65

571.2

90.6

1687.3

2349.1

0.75

629.2

107.5

1664.3

2401

0.85

681.5

124.5

1641.1

2447.1

0.95

729.4

141.4

1617.8

2488.6

(4) BOG通過(guò)返回臂輸送至LNG,用來(lái)平 衡壓力,填補(bǔ)船上LNG儲(chǔ)罐卸料產(chǎn)生的真空,該 法方便、快捷,但只適于LNG船卸料時(shí)使用⑷。

     4 BOG處理工藝能耗分析


(l) LNG接收站BOG再冷凝和直接壓縮能 耗分析

3某衛(wèi)星站BOG不同處理方式的能耗分析

                   Tab. The analysis of energy consumption of different treatment of BOG in satellite station

 

編號(hào)

壓力/MPa

功率/kW

進(jìn)口

出口

壓縮機(jī)

高壓泵

1

1

2

3.51

0.16

2

2

3

1.92

0.16

3

3

4

1.21

0.16

4

4

5

0.92

0.16

5

1

3

5.92

0.32

6

1

4

7.96

0.48

7

1

5

9.65

0.64

8

1

6

11.12

0.80

表格中,通過(guò)固定某一參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同工況下的節(jié) 能對(duì)比。

 

利用LNG接收站BOG處理系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的 設(shè)備參數(shù)及運(yùn)行中的工藝數(shù)據(jù)記錄,對(duì)再冷凝及 直接壓縮工藝進(jìn)行對(duì)比,結(jié)合數(shù)據(jù)模擬結(jié)果對(duì)不 同條件下產(chǎn)生的BOG進(jìn)行分析,以期以最優(yōu)方式 達(dá)到節(jié)能降耗、提高效率、降低成本的目的。

⑵衛(wèi)星站BOG再冷凝和直接壓縮能耗分析 以山東某地衛(wèi)星站(10100m3儲(chǔ)罐)為例 進(jìn)行分析,具體見表3。

      5對(duì)比分析


(1) LNG接收站中,BOG產(chǎn)生的量越大 時(shí),使用再冷凝工藝比直接壓縮能耗低。但是,對(duì) BOG的再冷凝需要額外的冷量來(lái)補(bǔ)充。

(2) 通過(guò)對(duì)表1和表3工藝數(shù)據(jù)分析,再冷 凝工況下能耗高低與BOG量、進(jìn)出口壓力、外輸 壓力相關(guān)。進(jìn)口壓力不同、進(jìn)出口壓力相同的情 況下,壓縮機(jī)能耗隨著進(jìn)口壓力的增大明顯減小。

(3) 在進(jìn)口壓力相同情況下,隨著出口壓力 的增大,壓縮機(jī)能耗明顯比高壓泵能耗增長(zhǎng)幅度 大。即在外輸管網(wǎng)壓力較高的情況下,選擇再冷 凝工藝能耗更低。

(4) 通過(guò)表2壓縮機(jī)出口壓力與設(shè)備功耗關(guān) 系可知,罐內(nèi)泵功耗隨著出口壓力的增大而升高, 設(shè)備總功耗與出口壓力呈正相關(guān),但罐內(nèi)泵和高 壓泵的功耗變化幅度不大,說(shuō)明了總功耗的增加 是由壓縮機(jī)功耗的增加而引起。

      6 結(jié)論與建議:


   通過(guò)以上分析知道,在實(shí)際操作和工藝處理時(shí),應(yīng)當(dāng)注意以下事項(xiàng):

(1) BOG完全冷凝的條件下,應(yīng)當(dāng)通過(guò)降 低BOG的外輸壓力來(lái)減小壓縮機(jī)的功耗,降低成 本。

 

(2) 大型LNG接收站,外輸管網(wǎng)壓力較高時(shí), 采用再冷凝工藝要優(yōu)于直接壓縮工藝,再冷凝能 耗更低。

(3) 小型衛(wèi)星站、加注站應(yīng)當(dāng)采用直接壓縮 工藝能耗更低,再冷凝工藝投資較大,節(jié)能效果反 而不明顯。這主要是因?yàn)樾⌒托l(wèi)星站和和加注站 由于覆蓋面積小,外輸管網(wǎng)壓力較小,BOG蒸發(fā) 量有限。

(4) 降低BOG的產(chǎn)生量。監(jiān)控儲(chǔ)罐、工藝管 線、碼頭管線溫度;現(xiàn)場(chǎng)巡檢管道、設(shè)備保溫情況、 有無(wú)冒汗、異常結(jié)霜、保溫層是否變形損壞等,防 止管道局部或整體漏熱使管道溫度升高,使接收 站系統(tǒng)BOG量增加⑸。

 
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