试论影响低温BOG蒸发量的因素及优化措施

　　摘要：文章主要结合笔者在某LNG接收站的工作实践，阐述了影响BOG蒸发量的主要因素，从而提出了储罐操作压力调控的优化方案，旨在保证BOG蒸发量的稳定性，解决源料浪费等问题，以供大家参考。 　　关键词：LNG接收站；蒸发量；影响因素；优化措施 　　1 概述 　　某LNG接收站运行之初接收量为260万吨。接收站初期有 1 个卸料码头和2个有效容积160000m3的LNG储罐，有两台低温 BOG压缩机，每台低温BOG压缩机电机功率为575kW，设计流量为3953Am3/h。在非卸船操作中，开启一台压缩机；卸船 BOG大量增加时开启两台。但当BOG量达到高峰时，流量超过两台压缩机的处理量，多余的只能燃烧排放。同时，由于BOG量波动大，后续再冷凝工艺等操作控制难度加大。 　　接收站LNG由低温运输船由产地运往接收站，经卸料管线卸载到接收站LNG储罐，卸船过程中产生的BOG分成两部分，一部分进入LNG船上，置换卸出 LNG 的体积；另一部分流经缓冲罐后进入压缩机增压，加压后的BOG进入再冷凝器。BOG被再冷凝后与来自于上游的低压LNG 混合进入高压泵，再被汽化输送至高压管网。非卸船时，接收站设备和卸料管线需保持在低温状态，因此LNG低压泵将一部分LNG自储罐经卸料管线通至码头，再由码头保冷循环线流返回储罐。 　　2 接收站BOG蒸发量 　　该LNG接收站非卸船时，LNG储罐压力约16kPa，BOG总量6.3t/h左右，开启一台BOG压缩机即可处理。在卸船开始之前的6个小时，储罐压力缓慢降低到12kPa左右。降压的目的是，使接收站储罐压力在卸船之前略低于LNG船压力，便于船上BOG自动流向接收站。在降压的同时，罐内LNG成为过热液体，BOG量增加，两台压缩机均开启。 　　LNG船在航行时，储罐漏热产生的BOG燃烧用作船动力；船到达接收站后，要进行卸船准备，包括连接、吹扫卸料臂、贸易液货计量，各种工艺测试等。在此阶段，船上仍漏热产生BOG。但停泊后，船上动设备停止运转，BOG储存在船上，导致船储罐压力由航行时的10kPa逐渐升高14kPa左右，船方启动自身再冷凝系统，仍高于接收站储罐12kPa，BOG可自动返岸。 　　卸船开始时，卸船速度由200m3/h 逐渐增加到12000m3/h，此过程大概耗时60分钟。接收站储罐压力则短时间内由12kPa升高16kPa左右。卸船的最初阶段，BOG量最高可达16t/h以上。船上LNG液面下降，压力迅速降到10kPa，之后需由接收站补充大量BOG，以维持船压在10kPa。此后全速卸船，速度维持在12000m3/h，卸船结束前，再缓慢降速直至卸船结束。 　　3 BOG蒸发量影响因素分析 　　LNG接收站的BOG量受诸多因素影响，非卸船时，受环境温度、光照、外输量、LNG 组成、储罐压力等影响；卸船时，除以上因素外，还受进料位置、不同密度LNG混合影响。 　　3.1 气温、光照和外输量 　　气温、光照的改变，均是改变了传热温差，进而改变系统漏热量。由于LNG的温度低至-160℃，外界温度即使在0～40℃范围内变化，再加上光照影响，接收站的BOG量波动也小于30%。 　　由于接收站下游用户用气量波动频繁，外输量随季节和昼夜而变化。外输量对于BOG 量的影响在于：外输量大时，开启的低压输送泵数量多，转化为热量的电能也会增加，促进BOG的蒸发。而同时，外输量大导致罐内LNG液面下降更快，需要更多BOG来填补LNG 外输留下的空间，就会减少BOG净量，两种趋势相互抵消。目前接收站最小外输是180t/h，最大外输600t/h，最小外输时的BOG量比最大外输时多了14.9%。 　　3.2 LNG组分 　　采用流程模拟软件PRO/II模拟，分析LNG组分对BOG量的影响。模拟中采用的热力学方法是Soave- Redlich-Kwong（SRK）状态方程，模拟中的模块及参数，均以该接收站实际设备和参数为基础。 　　由于BOG中氮气和甲烷占绝大多数，二者质量分数之和超过99%，对BOG蒸发量影响很大。因此，模拟侧重于甲烷和氮气含量对BOG的影响，如表1。在贫、富液的基础上，改变甲烷和氮气的含量，其它组分含量不变。在非卸船漏热量一定，罐压不变时BOG蒸发量的模拟结果如图1所示。 　　可以看出，贫液LNG（含氮摩尔分数0.11%）的BOG量是6275kg /h，富液LNG（含氮摩尔分数0.09%）的BOG量是6228 kg /h。贫、富液的BOG 量均随着氮气含量的增加而增加在含氮量相同时，贫液的BOG始终高于富液。在含氮量为零时，贫、富液的BOG量基本相同。 　　3.3 储罐压力 　　饱和状态的LNG吸收热量之后可发生下列两种情况：（1）如压力保持不变，则一部分液体蒸发为气体，以吸收传入的热量；（2）如液态保持不变，则液体的显热增加，温度升高，压力亦随之增高。某LNG饱和压力与焓值关系如表2。 　　由表2可知，压力每提高1kPa，则饱和液体焓增加0.335 7 kJ/kg。理论上，LNG接收站储罐操作压力越高，BOG量越少；相反，降低储罐操作压力，BOG量就增加。卸船前，储罐压力稍有降低，BOG 量就大幅提升。通过模拟发现：全速卸料阶段，如果接收站储罐压力与船上LNG储罐压力同样保持在10 kPa，接收站BOG总量可以达到33.77t /h。如果岸上储罐压力维持在19 kPa左右，BOG净量就为零。 　　4 BOG蒸发量的优化措施 　　根据以上操作中存在的问题，均源于不同操作工况下，BOG量波动过大。综合上述BOG 蒸发量的影响因素，本文提出了以下几个方面优化接收站操作的方法。 　　4.1 储罐操作压力优化 　　根据上文得知，LNG储罐操作压力对BOG的蒸发量影响最大。事实上，LNG接收站是通过BOG处理系统来调节储罐操作压力的。加大BOG处理系统的处理量，储罐操作压力降低；反之储罐压力升高。 　　通过优化BOG处理系统来调节储罐压力，进而改变BOG蒸发量，最终提高BOG 量的稳定性。因接收站 BOG量受多种因素影响，对于一次实际卸船过程，很难预测各种因素的波动情况。首先假定其它因素维持不变，只通过改变储罐操作压力，来提高BOG量 　　的稳定性，然后再考虑其他因素综合影响下的情况。在优化模拟中，卸船开始时接收站储罐液面高度取10m，LNG为贫液，外输量685t/h，外界温度30℃，罐顶进料。目前该接收站年接收量600万吨，以船容147000m3计，平均两次卸船间隔约97h。 　　在操作过程中，BOG压缩机处理量长时间保持在6.3t/h，而没有达到一台压缩机的额定处理量6.69t/h。待卸船BOG大量增加时，只能开启备用压缩机。在优化的操作中，放弃了产生多少BOG即处理多少BOG的思路，而是将BOG处理量保持在压缩机的额定处理量 6.69t/h，直到储罐压力降到所需值。优化操作中，卸船前降压到10.85kPa，较现有操作压力（12kPa）低，此时降压的目的不只是让船上BOG自动上岸，同时也是升压后快速冷凝BOG 的需要。而且罐压最高值19.8 kPa也高于现有操作，但仍在5～25kPa的正常操作范围内。备用压缩机只是在台风来袭等非正常操作工况下开启。 　　4.2 其它因素的优化 　　气温、光照和外输量，均是在小范围内影响BOG蒸发量。LNG组分对BOG 蒸发量影响较大，但该接收站 LNG的主要来源中，氮气摩尔分数均低于0.5%，BOG蒸发量仍在一台压缩机处理范围内。进料位置对于BOG蒸发规律影响很大，但无论如何进料，只是改变了BOG闪发的规律和时间，而不会改变总BOG量。罐底进料并没有出现BOG爆发的情况，BOG高峰期也小于罐顶进料的高峰期。 　　因此，相对于储罐操作压力，其它因素对BOG蒸发量影响较小。上述因素发生变化时，所引起的BOG蒸发量波动，均可以通过调节储罐操作压力，来抵消这些影响；而且所需的压力调节范围，均在储罐正常操作压力范围之内。综上，虽然接收站BOG蒸发量受各种因素错综复杂地影响，但只要相应地调节储罐的操作压力，均可维持BOG量的稳定性。 　　5 结论 　　LNG接收站的BOG量受气温、光照、外输量、LNG组成、储罐压力、卸船与非卸船以及进料位置等影响。日常操作时 BOG较少且相对稳定，在卸船之前降压至卸船之初，BOG量会迅速增加。因此，应通过调节储罐操作压力进行优化。优化结果表明，在各种复杂工况下，通过调节储罐操作压力，可以保证接收站BOG量的稳定性，从中解决接收站目前存在的资源浪费、能耗高等问题。 　　参考文献： 　　[1]杨志国.液化天然气接收站蒸发气体再冷凝工艺的优化[J].化工学报，2009（11）. 　　[2]金光.LNG接收站蒸发气处理工艺[J].低温工程，201l（1）.