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LNG接收站的BOG處理工藝
在LNG接收站,由于低溫儲罐(約-160℃)受外界環(huán)境熱量的侵入、LNG罐內(nèi)潛液泵運行時部分機械能轉(zhuǎn)化為熱能等因素,都會使罐內(nèi)LNG汽化產(chǎn)生蒸發(fā)氣,即BOG氣體。為了維持LNG儲罐恒定的操作壓力(3.4kPag-17.2kPag),不斷將BOG氣體排出罐外。此外,LNG船卸料時,接收站儲罐內(nèi)LNG液位,產(chǎn)生容積置換,也要求將BOG氣體排出,以儲罐壓力的穩(wěn)定。因此,對于BOG的回收、處理和利用應(yīng)結(jié)合LNG接收站具體的工況,按如下順序考慮;
(1)將儲罐BOG氣體返回LNG船,填補艙罐卸料產(chǎn)生的真空;
(2)再冷凝工藝,將BOG再冷凝成LNG送出;
(3)直接壓縮工藝,即直接將BOG經(jīng)壓縮機增壓到管網(wǎng)壓力后送管網(wǎng)外輸;
(4)送火炬或者排入大氣。
上述方式簡當、,但只在LNG船卸料時才能平衡掉一部分BOG氣體,無LNG船卸料時則不能采用。第四種方式是一種緊急措施,經(jīng)濟和環(huán)保上顯然不合理。種再冷凝工藝和第三種直接壓縮工藝都是將BOG氣體送入壓縮機加壓,終送入外輸管道,只是中間過程有所不同。因此,根據(jù)對BOG處理方式的不同,LNG接收站工藝可分為BOG直接壓縮工藝和BOG再冷凝工藝兩種。
BOG壓縮機直接將LNG接收站內(nèi)產(chǎn)生的所有BOG加壓至外輸管網(wǎng)壓力,BOG以高壓的形式進入外輸管網(wǎng)供用戶使用。該工藝流程具有操作簡單、投資費用低;BOG壓縮機出口壓力等于管網(wǎng)壓力,直接決定了工藝能耗,管線壓力越高,則流程能耗也越高的特點。因此,BOG直接壓縮工藝適用于外輸管網(wǎng)壓力較小(2MPa-3MPa),輸氣距離較短的氣源型LNG接收站。此外,在BOG處理量小,LNG外輸量不穩(wěn)定的小型調(diào)峰型LNG接收站也適宜采用BOG直接壓縮工藝。
BOG直接壓縮工藝的能耗主要由外輸管網(wǎng)壓力決定,當LNG接收站外輸管網(wǎng)壓力較大(7Mpa-9Mpa)時,壓縮機的能耗過大導致整個直接壓縮工藝的能耗過高,通常不采用直接壓縮工藝而普遍采用BOG再冷凝工藝。
BOG再冷凝工藝的主要原理是利用高壓LNG自身的冷量冷凝BOG,即LNG經(jīng)泵增壓后,具有過冷度的LNG與BOG直接或間接接觸換熱,將BOG冷凝為LNG。BOG再冷凝工藝主要有兩種形式:間接換熱再冷凝流程和直接換熱再冷凝流程。
BOG再冷凝器液化流程是BOG回收處理的典型工藝,廣泛應(yīng)用于氣源型LNG接收站。BOG氣體通過壓縮機加壓,與罐內(nèi)泵輸送出的一股相同壓力的LNG按比例在再冷凝器內(nèi)直接接觸換熱,BOG氣體被加壓后有過冷度的LNG的顯冷冷凝,混合液與進入再冷凝器底部的LNG混合,經(jīng)外輸泵加壓后進入汽化器汽化外輸。
大型氣源型LNG接收站由于BOG處理量大,外輸氣壓力高,LNG外輸量連續(xù)且負荷大,因此大型氣源型LNG接收站一般考慮充分利用外輸LNG的冷量,BOG處理工藝大都采用此工藝。
再冷凝器液化工藝利用了過冷LNG的冷能,把氣體冷凝為液體然后再加壓到高壓,同等條件下,用泵加壓比用壓縮機加壓節(jié)省能耗。再冷凝器工藝中的再冷凝和汽化過程都有的能耗,但相對泵比壓縮機節(jié)省的功耗,增加量很小,因此比直接壓縮工藝的系統(tǒng)能耗大有減少。同時,再冷凝器除了可以將BOG液化外,還可以作為LNG高壓泵吸入端的緩沖容器,以高壓泵的正常運行,避免高壓泵運轉(zhuǎn)時發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。
在LNG接收站,不可避免的會產(chǎn)生大量的BOG,若處理不當,將會導致LNG儲罐超壓而發(fā)生危險,如果外排燃燒,則會造成資源的浪費以及環(huán)境的污染。因此BOG處理成為了LNG接收站設(shè)計和運行中考慮的關(guān)鍵問題之一。根據(jù)對以往文獻調(diào)研可知,目前LNG接收站普遍采用BOG再冷凝器液化工藝來回收BOG。自我國LNG接收站,大鵬LNG接收站2006年運營以來,國內(nèi)接收站的建設(shè)運營已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗。但是,目前某些LNG接收站的BOG處理工藝在實際運行過程中仍然存在能耗高、再冷凝器液位控制不穩(wěn),長期偏高、負荷波動過大時操作困難等方面的問題。因此LNG接收站BOG處理工藝存在優(yōu)化運行節(jié)能減排的潛力。近年來LNG貿(mào)易市場競爭日趨激烈,價格不斷攀升,也對BOG處理工藝提出了低能耗,流程穩(wěn)定的要求。
LNG物性參數(shù)是LNG接收站設(shè)備模型建立、工藝流程模擬計算及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在LNG接收站工藝流程中,LNG經(jīng)歷了氣液平衡、壓縮、再冷凝、汽化等熱力學過程,每個物流點都涉及到流量、壓力、溫度、氣液比、氣液組成、烙、嫡以及其他一些熱力學參數(shù)的變化。在多個設(shè)備中,都要進行主要物性參數(shù)及相平衡的計算,都涉及到熱力學方法的選擇。因此,熱力學方法的選擇關(guān)系到整個模擬運算的準確與否,選擇合適的熱力學方法是進行流程模擬的重要環(huán)節(jié)。