LNG儲存過程中BOG的處理工藝研究

艾緒斌　陳昂　臧壘壘　王榮濤（.山東泰安昆侖能源有限公司；.昆侖能源（投資）山東公司，山東　泰安　7000）

LNG儲存過程中BOG的處理工藝研究

艾緒斌1陳昂2臧壘壘1王榮濤1
（1.山東泰安昆侖能源有限公司；2.昆侖能源（投資）山東公司，山東泰安271000）

隨著傳統(tǒng)化石能源，如石油，煤炭等資源的逐漸枯竭，天然氣的開采和應(yīng)用變得尤為重要，其中液化天然氣在能源供應(yīng)中的比例迅速增加，成為全球增長最迅猛的能源行業(yè)之一，近年來LNG已成為稀缺清潔能源，正在成為世界油氣工業(yè)新的熱點。液化天然氣（LNG）是在常壓下通過把天然氣冷卻到約-162℃時變?yōu)橐后w，且無色、無味、無毒、無腐蝕性。并且在此冷卻過程中天然氣的體積縮小了600倍，為天然氣的遠距離運輸提供了方便。但LNG系統(tǒng)中會產(chǎn)生BOG（蒸發(fā)氣），BOG的產(chǎn)生，不利于節(jié)能減排，會使系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，處理BOG成為LNG系統(tǒng)中不可避免的問題。

1　不同系統(tǒng)中BOG的產(chǎn)生原因

1.1LNG工廠BOG的產(chǎn)生

作為LNG生產(chǎn)單元，BOG在LNG的制造過程就伴隨著LNG大量的產(chǎn)生。LNG在生產(chǎn)過程中，隨著節(jié)流膨脹，產(chǎn)生了大量的BOG，從而得到了溫度更低的LNG；另一方面，LNG儲存過程中，也會由于儲罐的漏熱使部分LNG得到氣化；最后，在裝車過程中，裝車泵的運行及回流管線的漏熱，又會產(chǎn)生部分BOG。在生產(chǎn)運行過程中，其中節(jié)流膨脹是產(chǎn)生BOG的最主要因素，大約占到產(chǎn)生BOG總量的70%～80%。

1.2LNG接收站中BOG的產(chǎn)生

LNG接收站涉及到LNG船的裝卸以及運輸過程船體漏熱帶來的BOG的產(chǎn)生。在LNG接收站，BOG的產(chǎn)生原因主要存在于儲罐自然熱輸入、儲罐液相物理位移、卸船時BOG返回船艙、裝船時BOG返回儲罐、管線自然熱輸入、大氣壓變化、LNG罐內(nèi)泵循環(huán)等。

1.3LNG加氣站中BOG的產(chǎn)生

在LNG加氣站中，通常將LNG存儲在儲罐中，并且環(huán)境要求低溫絕熱，運行時通過低溫絕熱的管道輸送至潛液泵、加氣機等設(shè)備中。盡管儲罐和運輸設(shè)備均為低溫絕熱，但與外界環(huán)境仍然無法避免熱量交換，況且LNG還具有易蒸發(fā)的特點，因此在設(shè)備系統(tǒng)中難免存在蒸發(fā)氣體。此外在LNG卸車和加氣過程中，系統(tǒng)單元也與外界環(huán)境存在接觸。加氣站的BOG的產(chǎn)生可以歸為以下幾點：一是存儲運輸設(shè)備漏熱；二是卸車和加氣過程中的空間置換；三是潛液泵運行時產(chǎn)生熱量；四是其他一些原因，如卸車時壓力閃蒸等。

2　BOG的處理工藝

目前LNG生產(chǎn)過程中BOG的回收處理工藝大致可以分為：BOG直接壓縮工藝、BOG再液化工藝、蓄冷式再液化工藝［1］。

2.1BOG直接壓縮工藝

此工藝主要流程為LNG儲罐、裝車撬等處產(chǎn)生的BOG通過壓縮機直接加壓，達到外輸管網(wǎng)所需的壓力，以高壓天然氣形態(tài)直接進入輸氣管網(wǎng)，一部分作為燃料氣供給工廠使用，另一部分加壓到一定值后返輸至來氣主管線或城市管網(wǎng)。

圖1　BOG直接壓縮工藝流程

2.2BOG再液化工藝

當(dāng)外輸管網(wǎng)壓力較大時（7～8MPa），BOG直接壓縮必須大于來氣壓力1～2MPa才能實現(xiàn)外輸［2］。壓縮機的功耗大，對管網(wǎng)耐壓程度要求高，一般不采用壓縮式工藝，此時一般采用再液化工藝。BOG再液化工藝主要是利用液化單元冷量對BOG進行再冷凝，目前再液化流程主要有氮膨脹制冷循環(huán)、級聯(lián)式制冷循環(huán)、混合冷劑制冷循環(huán)。

圖2　BOG再液化工藝流程

2.3蓄冷式再液化工藝

蓄冷式BOG再液化流程是將冷量用裝有蓄冷劑的蓄冷容器加以儲存。用壓縮機將BOG升壓，進入蓄冷式熱交換器，在此中BOG與LNG直接接觸，利用LNG的冷量將BOG液化，此工藝流程多用于LNG加氣站卸車過程中或加氣過程中對儲罐中BOG的回收。

圖3　BOG蓄冷式再液化工藝流程

2.4BOG處理方式的選擇

目前國內(nèi)接收站主要有三種類型，即氣源型接收站，調(diào)峰型接收站和衛(wèi)星型接收站。氣源型LNG接收站產(chǎn)生BOG量大，外輸管道輸氣壓力高，外輸量大，LNG儲罐內(nèi)的低壓泵始終處于運行狀態(tài)，有足夠的過冷LNG來用作再冷凝的冷源，所以通常采用再液化工藝。

調(diào)峰型接收站規(guī)模小，無法確保為再冷凝器提供持續(xù)的冷源，并且外送輸氣管道的壓力較低，多采用直接壓縮工藝。衛(wèi)星型接收站規(guī)模更小，通常也采用直接外輸工藝。再液化工藝中，隨著再冷凝器壓力的升高，設(shè)備節(jié)能量減小，把再冷凝器工作壓力控制在合理范圍內(nèi)有利于節(jié)能。

對于加氣站來說，若是場站面積小，環(huán)境影響范圍小，周轉(zhuǎn)率高，可以采用直接放空BOG氣體的方式。若是站外設(shè)有城市配套燃氣管網(wǎng)，且燃氣管網(wǎng)壓力為中壓的場站，可采用直接氣化后外輸工藝，此工藝對于BOG氣體放空來講，經(jīng)濟效果比較可觀。

3　LNG工廠處理工藝的研究

山東泰安昆侖能源有限公司是具有60萬噸/年生產(chǎn)能力的LNG生產(chǎn)企業(yè)，目前在BOG處理方面做了各方面的探索和研究。通過借鑒國內(nèi)現(xiàn)有的BOG處理措施，進行了多方面的改造。

3.1BOG處理措施

目前泰安工廠BOG處理措施主要存在以下兩個方面：

（1）增壓外輸

圖4　增壓外輸工藝簡圖

生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的BOG進入BOG緩沖罐，其中，閃蒸罐的操作壓力為6～17.5KPa，操作溫度為-150℃，通過BOG壓縮機的壓縮進入下游城市管網(wǎng)。其中，BOG壓縮機為立式往復(fù)式壓縮機，可以調(diào)整負荷，調(diào)整范圍為0-100%，一般通過LNG儲罐的壓力來調(diào)節(jié)負荷，LNG儲罐壓力高時會相應(yīng)增加負荷，反之，則減小負荷。閃蒸出的BOG在BOG壓縮機內(nèi)分兩級壓縮，第一級入口壓力為0.4MPa，出口溫度為-70℃，第二級出口溫度為110℃，壓力為1.7MPa。BOG在壓縮機中，通過閥門進入兩個一級進氣緩沖罐，分別通過一級氣缸進行壓縮，壓縮出的氣體分別進入兩個二級進氣緩沖罐，再分別通過二級氣缸進行壓縮，壓縮后進入二級排氣緩沖罐。經(jīng)壓縮后進入BOG冷卻器，，冷卻至常溫約為30℃，進入BOG外輸管網(wǎng)。

在日常操作中，需要注意以下幾點：一是LNG儲罐的壓力；二是BOG壓縮機的溫度，壓力，負荷；三是BOG經(jīng)過冷卻器后的溫度；四是及時與下游BOG管網(wǎng)工作人員聯(lián)系溝通，保證BOG的量處于合理范圍。

（2）再液化工藝

圖5　再液化工藝簡圖

隨著下游城市管網(wǎng)用氣的不均衡以及城市管網(wǎng)壓力的限制，工廠產(chǎn)生的大量BOG不能很好的得以消化。為了維持LNG工廠負荷的正常運行，考慮將BOG進行再液化。為了提高原料天然氣的利用率，降低原料成本，經(jīng)過對已建成裝置的認真研究，認為目前液化裝置BOG處理工藝是采用低溫BOG壓縮機壓縮后經(jīng)貿(mào)易計量送至門站的處理工藝，如果將BOG氣體壓縮到6.0MPa后循環(huán)回到已建成裝置的液化單元進行再液化，這部分循環(huán)的BOG可以用來抵消已建成裝置的相應(yīng)數(shù)量的天然氣原料需求，而整個已建成裝置的液化能力仍維持在60萬噸/年。在保證原LNG裝置處理能力不變的前提下，減少了部分原料氣的采購量，從而提高了BOG的附加值。本項目是在已建成的LNG裝置上進行改造設(shè)計，將已建成的LNG裝置產(chǎn)生的全部BOG氣體進行再液化處理。裝置正常處理能力為4.2 t/h左右（5897 NM3/h），3.53萬噸/年（4953萬NM3/年）；峰值能力為6 t/h（約為8400m3（N）/h）。在設(shè)備方面增加BOG增壓設(shè)施（2臺BOG增壓機、1座BOG增壓機入口緩沖罐及其附屬管線、儀表等）。本工藝有利于提高天然氣的利用率，增加了LNG的轉(zhuǎn)化率。

通過對比發(fā)現(xiàn)，以上兩個工藝主要存在以下幾個方面的不足和優(yōu)勢：

表1　BOG再液化工藝和BOG直接壓縮工藝對比

3.2工藝參數(shù)對工藝節(jié)能效果的影響

（1）外輸管網(wǎng)壓力的影響

對于直接壓縮工藝，由于下游用戶用氣量與BOG產(chǎn)生量的不匹配，使外輸管道中儲存的氣量隨之變化，從而引起管網(wǎng)壓力的波動。在超出管網(wǎng)承受壓力范圍以外，要實時的對BOG進行外排或降低負荷運行，從而保證系統(tǒng)正常運行。BOG壓縮機出口壓力的變化引起了壓縮機本身功率的變化，在實際運行過程中，下游管網(wǎng)的壓力承受能力可達到1.3MPa。通過實際運行得到了壓縮機負荷與出口管網(wǎng)壓力的變化趨勢如下圖：

圖6　BOG壓縮機出口壓力與功率的關(guān)系

從圖中可以看出，在整個運行過程中，隨著外輸管網(wǎng)壓力的增大，壓縮機負荷隨之增加，呈直線關(guān)系。因此，較好的協(xié)調(diào)下游用氣量與控制好出口壓力，可以有效的更好的實現(xiàn)節(jié)能增效。

（2）BOG中氮氣含量的影響

對于再液化工藝，BOG和凈化氣最大的不同就是氮氣組分含量的不同，BOG中氮氣含量要遠遠大于凈化氣中的含量。氮氣的液化溫度為-196℃，甲烷的液化溫度為-162℃，在再液化流程中，BOG一直在工藝系統(tǒng)中循環(huán)，氮氣將在系統(tǒng)中累積。因此天然氣中氮含量越高，天然氣液化消耗的能耗就越高，同時蒸發(fā)量將相應(yīng)的增加。

對此，為了LNG產(chǎn)品的質(zhì)量和降低單位天然氣的液化能耗，有必要采取一定的措施降低系統(tǒng)中積聚的氮氣含量。目前常用的方法可以將產(chǎn)生的部分BOG可以用作系統(tǒng)裝置或其他用戶的燃料氣；另外常用的方法是增加一套脫氮裝置對LNG產(chǎn)品進行有效的脫氮。

4　結(jié)語

無論是LNG接收站，還是LNG加氣站、LNG工廠，都不同程度受到BOG處理問題的影響，如何合理的利用BOG，實現(xiàn)資源的充分利用和環(huán)境的清潔，是目前迫切需要解決的問題。通過LNG工廠的實際運行情況，配套合適的外輸管網(wǎng)是比較有效直接的BOG處理方法。對于沒有下游城市用戶的運行工廠，可采用再液化工藝處理BOG氣體，雖然再液化工藝投資很高，但可以減少放氣量，對燃氣管網(wǎng)建設(shè)沒有要求，仍不失為一種好的處理方法。在實際運行過程中要注意氮氣含量變化對整個工廠功耗及產(chǎn)品質(zhì)量的影響，采取有效的方法實現(xiàn)節(jié)能降耗，這也是下一步研究的重點。

［1］金光，李亞軍.LNG接收站蒸發(fā)氣體處理工藝［J］.低溫工程，2011，（1）：51-56.

［2］張奕，艾紹平.液化天然氣氣化站中BOG壓縮機運行的動態(tài)模擬與優(yōu)化［J］.石油與天然氣化工，2012，（1）：53-57.

［3］王婷，王勃，郝穎珺.LNG汽車加氣站BOG氣體回收工藝探討［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014（4）:574－575.

［4］劉浩，金國強.LNG接收站BOG氣體處理工藝［J］.化工設(shè)計，2006，16（1）:13-16.

［5］賀同強，徐國峰，趙彩云.LNG加氣站BOG處理方式介紹［J］.山東化工，2015，44（11）:165－166.

Study on the processing technology of BOG in the process of LNG storage

AI Xu-bin1CHEN Ang2ZANG Lei-lei1WANG Rong-tao1
（1.Shandong Tai'an Kun lun Energy Co.Ltd；2.Kun lun Energy（Investment）Shandong com pany）

LNG生產(chǎn)儲存運行中會產(chǎn)生大量的BOG，BOG的處理是所有LNG生產(chǎn)過程中必須解決的問題。本文主要介紹了LNG工廠、加氣站以及LNG接收站中BOG產(chǎn)生的主要原因，特別針對LNG工廠從工藝流程、能耗等方面對比了不同BOG的處理方式，從而為LNG生產(chǎn)運行提供了適宜的BOG的處理方法作為依據(jù)。

LNG；BOG；再液化；儲存；節(jié)能

LNG production and storage operation w ill produce a large number of BOG.BOG processing is a problem thatmust be solved in all LNG production processes.This papermainly introduces themain reason of BOG generation in the LNG plant，gasstation and LNG receiving station.In thispaper，especially for the LNG plant，differentmethodsof BOG was compared from the process，energy consumption and other aspects，so as to provide the suitable BOG processingmethod for LNG production and operation.

LNG；BOG；reliquefaction；storage；energy saving