LNG系统BOG计算Word格式文档下载.docx

1、 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

2、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。1 BOG的计算方法2 大连LNG接收站拥有3台LNG立式储罐，容积16104m3，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;1、2

3、分别为LNG储罐的进出料速度，kg/h;LNG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1=6230kg/h，LNG正常出料流量为2=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1215t/h、34t/h，则LNG进料时因容积置换产生的最大BOG质量为（15-3）10003.5/445=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.

4、3t/d。LNG卫星站产生的BOG量最大可达3.43t/d。2 BOG气体处理工艺 处理BOG气体的传统方法有4种：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;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;通过压缩机直接将BOG压缩，达到外输管网所需压力后输出;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

5、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

6、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

7、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18，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14，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

8、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58，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300104t的大连LNG接收站日平均BOG产生量可达1280

9、t），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（610MPa），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0.81.0MPa。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11.5MPa，小规模的LNG卫星站压力只有0.30.5MPa。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

10、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.Optimal operation of the boil-off gas compression process using a boil-off rate model for LNG storage tankJ.Korean Journal of Chemical Engineering，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.