LNG系统BOG计算.docx

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LNG系统BOG计算

LNG系统BOG计算

液化天然气BOG的计算方法与处理工艺

燃气安全网2013-06-14阅读：

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　　摘　要：

介绍了液化天然气BOG（BoilOffGas，蒸发气）的产生原因，以及不同条件下BOG量的计算方法,以及直接压缩和再冷凝两种BOG处理工艺，利用伯努利方程定量地对两种处理工艺的能耗进行对比，并进行实例验算。

结果表明：

在相同工况下，再冷凝工艺比直接压缩工艺节能，且处理的BOG量越大、LNG储罐储存压力越低﹑外输管网压力越高，再冷凝工艺的节能效果越明显。

得出结论：

再冷凝工艺适合于大型LNG接收站处理BOG，而直接压缩工艺适合于小型LNG卫星站处理BOG。

　　关键词：

液化天然气;BOG;计算方法;处理工艺;直接压缩;再冷凝

　　最近10年，我国沿海一带已建和在建LNG接收站达22个。

LNG接收站接收由LNG船舶从LNG产地运输而来的LNG并储存于LNG大型储罐中，再由LNG气化器将LNG气化为气态天然气进入天然气管网。

LNG卫星站作为小型接收站，具有投资成本低、规模小、适合LNG槽车运输的优势，可使天然气管网尚未覆盖的地区提前用上天然气，为培育天然气市场创造了条件;在天然气管网建设完善后，LNG卫星站又可作为天然气管网调峰和事故应急的备用气源[1]。

在卸船或卸车时，LNG进入储罐导致罐内介质体积变化，同时由于环境温度及LNG进液泵运行等外界能量的输入，罐内产生大量BOG（BoilOffGas，蒸发气）气体[2]。

为了保证LNG储罐压力在安全范围之内，必须将过量的BOG气体处理掉。

如何处理BOG气体，成为LNG接收站或LNG卫星站的关键工艺。

　　1BOG的计算方法[2]

　　大连LNG接收站拥有3台LNG立式储罐，容积16×104m3，最高工作压力129kPa，以该站为例，进行LNG接收站日产生BOG的质量计算。

山东淄博LNG卫星站是我国最大的LNG卫星站，设有10个100m3立式储罐，最高工作压力0.5MPa，以该站为例，进行LNG卫星站日产生BOG的质量计算。

　　1.1外界环境热量侵入产生的BOG质量

　　式中：

G3为容积置换时产生的BOG质量，kg/h;ω1、ω2分别为LNG储罐的进出料速度，kg/h;ρLNG为进料前BOG气体的密度，其值取3.5kg/m3。

　　对于LNG接收站，LNG船的正常卸料能力为ω1=6230kg/h，LNG正常出料流量为ω2=200.25kg/h，则LNG接收站因容积置换而产生的BOG质量为113.8t/d。

对于LNG卫星站，LNG储罐的进、出料速度通常为12～15t/h、3～4t/h，则LNG进料时因容积置换产生的最大BOG质量为（15-3）×1000×3.5/445=94kg/h，而因LNG进料而产生的最大BOG质量为2440kg/d。

　　根据式

（1）～式（3）的计算结果，在正常情况下（不考虑事故的发生），LNG接收站产生的BOG量为1282.3t/d。

LNG卫星站产生的BOG量最大可达3.43t/d。

2BOG气体处理工艺

　　处理BOG气体的传统方法有4种：

①将储罐内的BOG返回至LNG船舶或LNG槽车，填补卸料时产生的真空[3];②通过压缩机将BOG压缩至一定压力后，与输出的LNG在相同的压力下直接接触换热，冷凝成LNG送出;③通过压缩机直接将BOG压缩，达到外输管网所需压力后输出;④送火炬燃烧，当BOG量过多而使火炬不能承受时，直接排入大气。

　　第1种方法虽然过程简单，能量利用最合理，但只有在LNG槽车卸车时才能使用;第4种方法显然最不合理，既不经济也不利于环境保护，只有在紧急情况下才能使用。

第2和第3种方法均是将BOG加工再利用，但中间过程有所不同，需根据具体情况，选择不同的工艺[4]。

　　2.1直接压缩工艺

　　直接压缩工艺流程（图1）：

先将LNG储罐内的BOG通过气液分离罐分离掉液相部分，再将BOG通过压缩机直接压缩到外输管网所需压力后，送入外输管网[5]。

　　2.2再冷凝工艺

　　再冷凝工艺流程（图2）：

将经气液分离罐分离的BOG通过压缩机加压至一定压力;由储罐内的第一级泵输送出相同压力的LNG，由于LNG经泵加压后的压力大于该温度下LNG的饱和压力，具有一定的“显冷”性;再冷凝器设有比例控制系统，根据BOG的流量控制进入再冷凝器的LNG流量，两者在再冷凝器中直接接触换热;利用LNG的“显冷”将大部分BOG冷凝，确保进入第二级泵的LNG处于过冷态;通过第二级泵加压，经汽化器汽化后送入外输管网[6]。

　　2.3两种工艺的能耗比较

　　直接压缩工艺通过压缩机将BOG压缩至管网所需压力，无需再冷凝设备;再冷凝工艺中，压缩机只需承担直接压缩工艺中的一部分工作，剩余工作由LNG高压泵承担。

　　根据伯努利方程[7]，单位质量的流体在输送过程中，从泵或压缩机中所获得的压头可表示为：

　　位能与流动阻力损失相比静压能和动能小很多，均可忽略不计。

气体相对于液体更容易流动，因此单位质量的气体动能值比液体大，即需要从压缩机获得更多动能。

由于同种物质气体密度远远小于液体密度，因此在进出口压力相同的情况下，单位质量气体比单位质量液体获得的静压能大得多。

故在相同工况下，泵压缩液体比压缩机压缩气体的能耗小得多，因此，再冷凝工艺能耗更低。

3应用实例

　　采用直接压缩工艺和再冷凝工艺对山东淄博LNG卫星站流量为100kg/h的天然气进行BOG质量验算，在进口温度相同的情况下，分别用压缩机压缩气态天然气、用高压泵压缩液态天然气，得到其输送功率的对比结果（表1）。

（1）根据实例1～8，在相同进出口压力下，高压泵加压液态天然气比压缩机加压气态天然气所需能耗低。

因此，在相同工况下，再冷凝工艺比直接压缩工艺能耗低，且单位时间内需要处理的BOG量越大，再冷凝工艺比直接压缩工艺节省的能耗越大。

（2）根据实例1～4，在进出口压力差相同、进口压力不同的情况下，高压泵的能耗不变，但压缩机的能耗明显随着进口压力的增大而减小。

这是由于随着进口压力的变化，液态天然气的密度基本不变，单位质量液体获得的静压能基本不变;但是，随着进口压力变大，气态天然气的密度显著增大，单位质量气体获得的静压能明显变小。

因此，进口压力越小，即储罐储存压力越小，再冷凝工艺的能耗节省效果越明显。

　　（3）根据实例5～8，在相同的进口压力下，随着出口压力的增大，泵的能耗呈线性增大，压缩机能耗的增大幅度明显大于泵的增大幅度。

因此，随着出口压力的增大，即外输管网的压力越高，再冷凝工艺的能耗节省效果越明显。

　　4结束语

　　对于大型LNG接收站来说，需要处理的BOG量很大（年接收量为300×104t的大连LNG接收站日平均BOG产生量可达1280t），且储罐储存压力低（LNG大型储罐储存压力接近常压）、外输管网压力高（6～10MPa），采用再冷凝工艺相对于直接压缩工艺处理每千克BOG可以节约0.14kWh的能耗。

因此大型LNG接收站利用再冷凝工艺处理BOG显然是比较经济的。

　　小型LNG卫星站需要处理的BOG量并不多，最多仅3.43t/d;其储罐均是压力容器，工作压力可达0.8～1.0MPa。

同时，LNG卫星站离用户较近，外输管网压力较小，国内最大规模LNG卫星站的压力仅有1～1.5MPa，小规模的LNG卫星站压力只有0.3～0.5MPa。

这些因素均导致再冷凝工艺的节能效果不明显，处理每千克BOG只能节约0.02kWh能耗，而且小型LNG卫星站无法为BOG的再冷凝提供持续的冷源。

因此，对于小型LNG卫星站，使用再冷凝工艺处理BOG节省功耗效果不是很明显，在LNG产业处于起步阶段的背景下，建议使用直接压缩工艺来处理BOG，可以节省再冷凝器设备费用，降低LNG卫星站的初投资。

　　参考文献：

　　[1]刘新领.液化天然气供气站的建设[J].煤气与热力，2002，22

（1）：

35-36.

　　[2]刘浩，周永春.LNG低温储罐压力安全系统设计[J].化工设计，2007，17

（1）：

7-10.

　　[3]顾安忠.液化天然气技术[M].北京：

机械工业出版社，2003：

195.

　　[4]MyungWookShin，DongilShin，SooHyoungChoi，etal.Optimaloperationoftheboil-offgascompressionprocessusingaboil-offratemodelforLNGstoragetank[J].KoreanJournalofChemicalEngineering，2008，25

（1）：

7-12.

　　[5]杨志国，李亚军.液化天然气接收站再冷凝工艺优化研究[J].现代化工，2009（11）：

74-77.

　　[6]金光，李亚军.LNG接收站蒸发气体处理工艺[J].低温工程，2011

（1）：

51-56.

　　[7]黄钟岳，王晓放.透平式压缩机[M].北京：

化学工业出版社.2004：

152.