LNG接收站BOG系統運行模式優化

周宇罕 楊偉紅 蔡主斌 趙治周 崔偉永 徐擘達

中海浙江寧波液化天然氣有限公司, 浙江 寧波 315800

0 前言

液化天然氣(Liquefied Natural Gas,簡稱LNG)是將常壓下氣態的天然氣冷卻至-162℃,使之凝結成液體。天然氣液化后體積縮小到氣態時的1/600,可大大節約儲運空間和成本,為天然氣高效運輸提供了有效途徑,也擴大了天然氣的應用領域[1]。

LNG接收站的主要功能是接卸、儲存和氣化LNG,并通過管網向下游用戶供氣[2-3]。部分LNG接收站還設有LNG槽車裝車站,向用戶直接提供LNG。由于LNG自身的低溫特性,LNG接收站在接卸、儲存和氣化過程中產生大量的蒸發氣(BOG)。為了維持儲罐壓力的穩定,保證接收站安全運行,必須處理掉過量的BOG[4-6]。BOG處理工藝主要以BOG直接壓縮外輸和再冷凝工藝為主,科學合理優化不同BOG處理工藝,不但可以提高設備壽命,還可有效降低生產成本[7-9]。本文從LNG接收站的實際情況出發,以浙江LNG接收站為例,通過控制儲罐壓力,降低BOG壓縮機負荷和間歇啟停BOG壓縮機,從而降低壓縮機的能耗,為其他LNG接收站的運營提供參考。

1 LNG接收站BOG系統分析

1.1 LNG接收站BOG系統流程

儲罐內安裝的低壓泵將LNG加壓輸送至下游管道[10],其中一部分用于充裝LNG槽車實現液態外輸,另一部分通過高壓泵、氣化器等設備實現氣化外輸[11-12]。BOG低壓壓縮機將儲罐內的BOG抽出,經過升壓后送入再冷凝器進行冷凝回收或BOG高壓壓縮機直接外輸,流程見圖1[13-14]。BOG高壓壓縮機僅用于LNG接收站運行初期,這一時期LNG外輸量小,沒有足夠的LNG把產生的BOG冷凝下來,因此本文所有優化均是在BOG高壓壓縮機未運行時進行。

圖1 LNG接收站BOG系統流程

1.2 LNG接收站BOG來源

LNG接收站在非卸船時,BOG產生的原因主要有[15-16]：

1)LNG在超低溫下,儲罐漏熱,引起LNG自然蒸發產生BOG。

2)LNG低壓泵和高壓泵在正常工作時,部分電能轉化為熱量,引起LNG蒸發[17]產生BOG。

3)保冷循環中,各類設備、工藝管道漏熱,引起LNG蒸發產生BOG。

4)在大氣壓變化明顯,特別是臺風天氣時,LNG蒸發量顯著增加[5,18-19]產生BOG。

LNG接收站在卸船之前,須對儲罐進行降壓操作,會引起部分LNG氣化,在卸船過程中,BOG產生的原因主要有：

1)來自LNG船方的BOG。

2)船方LNG儲罐漏熱,引起LNG自然蒸發產生BOG。

3)船方卸料泵運行時,熱量進入LNG,引起LNG蒸發產生BOG。

4)LNG在卸料管道中流動,與管道之間的摩擦及產生的渦流將部分靜壓能轉化為熱量,導致大量LNG蒸發產生BOG。

2 BOG壓縮機及儲罐工藝參數

LNG接收站儲罐壓力的穩定主要由BOG低壓壓縮機維持,以浙江LNG接收站的儲罐和BOG低壓壓縮機為例,介紹其工藝參數。

2.1 儲罐工藝參數

浙江LNG接收站現有3個儲罐,儲罐容積為160 000 m3,其工藝參數見表1。

表1儲罐工藝參數

工藝參數數值設計壓力/kPa-1～29正常操作壓力/kPa10～24操作溫度/℃約-160最高液位/mm35295

2.2 BOG壓縮機工藝參數

浙江LNG接收站現有4臺BOG壓縮機,其中3臺低壓壓縮機,1臺高壓壓縮機,BOG低壓壓縮機工藝參數見表2。

表2BOG低壓壓縮機工藝參數

工藝參數數值入口溫度/℃-140～-110入口壓力/MPa0.125出口壓力/MPa1.0處理能力/(m3·h-1·臺-1)5769功率/kW880

2.3 儲罐壓力控制方式

表3LNG儲罐壓力與壓縮機負荷等級對照

LNG儲罐壓力等級/kPa壓縮機負荷等級/(%)1225145016751810020100+2521100+5022100+7523100+100

在兩次卸船操作之間,儲罐應按低壓條件操作,可以在壓力控制系統出現故障時提供安全“緩沖能力”。卸船時,儲罐內的壓力波動較大,可適當增加儲罐壓力,保證足夠的BOG返回LNG運輸船并減少因LNG卸載引起的氣體閃蒸。

3 優化前LNG接收站BOG壓縮機能耗

在保證接收站正常外輸情況下,嚴格按照表3操作,對接收站2014年7月～2015年6月BOG壓縮機的能耗進行統計,結果見表4。

表42014年7月～2015年6月BOG壓縮機能耗統計

時間能耗/kWh外輸量/tLNG2014年7月6998391206752014年8月777092136246.72014年9月6806291242322014年10月624264101050.72014年11月748272166081.382014年12月634440229307.92015年1月693827103217.92015年2月60913039189.82015年3月60011176720.62015年4月694158106800.82015年5月716878116779.82015年6月747996116968合計82266361437270.6

從表4可以計算出2014年7月～2015年6月期間,BOG壓縮機的平均能耗為每月68.6×104kWh,外輸單位LNG的BOG壓縮機能耗為5.72 kWh。

當LNG儲罐壓力較高時,儲罐內產生的BOG量相對較少,BOG壓縮機運行能耗較低,所以LNG儲罐壓力應盡量控制在高位。浙江LNG接收站儲罐控制壓力目標為19 kPa。BOG總量為6.2 t/h,即使1臺BOG壓縮機滿負荷運行,也不能維持儲罐壓力穩定,根據表3中LNG儲罐壓力與壓縮機負荷等級對照,需要開啟2臺壓縮機外輸,勢必造成BOG壓縮機運行能耗增加。

4 LNG接收站BOG系統運行模式優化

4.1 優化BOG壓縮機運行控制模式

日期運行時間/h節省能耗/kWh日期運行時間/h節省能耗/kWh2015年8月15日11.817392015年12月17日2334042015年9月9日12.518502015年12月18日2435522015年10月2日14.321162015年12月19日2435522015年11月26日1217762015年12月20日2435522015年11月27日2435522015年12月21日913322015年11月28日2435522015年12月27日1217762015年11月29日2435522015年12月28日2435522015年11月30日2435522015年12月29日2435522015年12月3日1217762015年12月30日2435522015年12月6日1217762015年12月31日1217762015年12月7日4592

圖2 2015年8～12月BOG壓縮機75 負荷 節省能耗與外輸量統計圖

4.2 間歇啟停BOG壓縮機

在保證接收站應急設備、設施全部正常的狀態下,在非卸船期間,將LNG儲罐的壓力維持在14～19 kPa,即在LNG儲罐壓力低于14 kPa時,關停BOG壓縮機,當儲罐壓力超過19 kPa時,才啟動BOG壓縮機。該措施一方面縮短了BOG壓縮機的運行時間,降低了能耗,另一方面可以使BOG均勻蒸發,從而提高BOG量的穩定性。2015年11～12月期間BOG壓縮機的關停時間及節能情況見表6。

表62015年11～12月期間BOG壓縮機的關停時間及節能情況

日期關停時間/h節省能耗/kWh2015年11月14日6.853522015年11月25日647222015年11月29日4.233052015年12月11日5.543292015年12月19日4.535422015年12月23日5.94643合計32.925892

由于冬季環境溫度較低,LNG儲罐壓力較為穩定,BOG產生量相對較少,因此,間歇啟停BOG壓縮機節能效果較為明顯。

4.3 優化效果

通過BOG系統運行模式優化,浙江LNG接收站BOG低壓壓縮機每月節省能耗約3.8×104kWh,若接收站生產運營情況基本保持不變,則一年可節省能耗約45.6×104kWh。按照0.878元/kWh電費計算,全年可累計節約40余萬元。

表72015年8～12月BOG壓縮機能耗統計

時間不同壓縮機運行時間/h壓縮機A壓縮機B壓縮機C節省能耗/kWh能耗/kWh外輸量/tLNG2015年8月459.1388.541.7173969810188024.372015年9月244.5441.4244.91850730650110741.32015年10月373.5230.7199.92116630695146075.42015年11月440.1178.8198.129363613561246480.22015年12月147414216.346257565478253095.9合計1664.21653.4900.9813253238485844417.17

同時,BOG壓縮機不再長期處于滿負荷運行,BOG量的穩定性提高,也有利于后續操作工藝的開展：用于冷凝BOG的LNG量趨于穩定,再冷凝器的液位和壓力波動減小,操控更加容易；接收站其他設備乃至整個接收站運行更加平穩,故障率降低。

5 結論

LNG接收站儲罐壓力通過調整BOG壓縮機的工作負荷來控制。當LNG儲罐壓力較高時,儲罐內產生的BOG量相對較少,BOG壓縮機運行能耗也會降低。

通過優化BOG壓縮機的運行控制模式和間歇啟停BOG壓縮機等措施,維持LNG儲罐壓力并提高BOG量的穩定性,既確保了BOG輸出氣量和后續裝置運行的穩定性,也降低了接收站運行能耗。浙江LNG接收站通過該運行模式有效解決了BOG壓縮機長期運行帶來的能耗過高的問題。由此可見,該方法在技術上可行,經濟上可靠,可為其他LNG接收站的運營提供參考。

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