新增LNG儲罐預冷過程中的氣體處理方法

張豪，楊偉紅，李民星，王俊鵬(中海浙江寧波液化天然氣有限公司，浙江 寧波 315800)

1 LNG接收站和LNG儲罐預冷簡介

1.1 LNG接收站

近年來，全球液化天然氣(liquef ied natural gas，LNG)因具有運輸和儲運便利、對環境無污染等優點，LNG貿易已成為全球能源市場的熱點。為保證能源供應多元化和改善能源消費結構，國家越來越重視LNG的引進，沿海地區開始大規模興建LNG接收站[1]，如圖1所示。

LNG接收站的主要功能是通過LNG船舶將液化天然氣從國外進口至國內LNG接收站，通過卸料臂存儲在LNG儲罐中，通過罐內泵增壓后一部分直接輸送至LNG槽罐車，通過槽罐車運送至LNG加氣站、小型汽化站、工廠等用戶；另一部分通過高壓泵再次增壓進入汽化器汽化，通過管道輸送至下游燃氣用戶、天然氣發電廠和工廠用戶[2]。

1.2 LNG儲罐預冷

LNG儲罐作為接收站的核心設備，正常工作溫度為-163 ℃。LNG儲罐建成后罐內部處于常溫狀態，若直接填充LNG，一方面LNG會急劇汽化，體積會增大600倍，使罐內壓力迅速升高，損壞罐體；另一方面LNG作為低溫介質，瞬間與罐內Ni9鋼接觸，使Ni9鋼溫度驟降發生應力變形，撕裂焊縫造成罐體結構性損傷。因此LNG儲罐正式投用前，需要對罐體進行預冷，使罐內溫度緩慢降至工作溫度，同時有效檢驗罐內低溫材料質量、焊接質量、管道冷縮量和管托支撐效果及低溫閥門密封性等，降低生產過程中的安全風險。

根據EN 14620-5規定，儲罐預冷過程中溫降速率宜為3 ℃/h，最大不超過5 ℃/h，罐壁或罐底任意兩個不相鄰溫度傳感器之間溫度差不宜大于30 ℃。預冷時要逐步降低儲罐和相關工藝管道溫度，防止溫度驟降影響金屬材料性能產生較大應力而損傷儲罐和管件[3]。

儲罐預冷一般采用LNG通過預冷管道進入罐體，通過熱交換將罐體溫度緩慢降至工作溫度。儲罐預冷會產生大量BOG氣體，需要將產生的BOG氣體排出以降低儲罐壓力和溫度。BOG氣體易燃易爆，不能直接就地排放，常規BOG處理方式有BOG壓縮機回收和火炬放空燃燒。目前LNG 接收站儲罐常規預冷主要有以下兩種方式。

1.2.1 通過卸料系統預冷LNG儲罐

直接利用卸料管道內的LNG進入儲罐預冷管道對儲罐進行預冷。由于卸料系統正常運行壓力一般維持在0.2 MPag，儲罐預冷后期需將壓力控制在0.5 MPag(儲罐噴淋頭的工作壓力，此壓力下儲罐預冷效果好)。因此，利用卸料系統無法完全滿足儲罐預冷后期壓力控制要求，且該操作模式下卸船作業也會影響儲罐預冷進度。所以該方式主要用于接收站投用初期接卸首船LNG儲罐預冷操作，利用船內泵及汽化器氣化加壓，通過卸料管道對LNG儲罐進行預冷。

1.2.2 通過低壓外輸系統預冷LNG儲罐

該方式適用于接收站擴建儲罐預冷，通過直接利用低壓外輸管道跨接至儲罐預冷噴淋管道實現預冷[4]。低壓外輸系統壓力通常在1 MPag左右，預冷時需控制預冷壓力。

2 BOG氣體回收方式

新增LNG儲罐預冷工藝與接收站首次投用LNG儲罐預冷方式不同，考慮到接收站已處于正常生產運行狀態，新增LNG儲罐預冷產生的BOG回收操作更加復雜。結合實踐經驗，總結出LNG接收站新增儲罐預冷產生的BOG氣體回收主要有以下三種方式。(1)預冷產生的BOG管道與已投用儲罐連通，直接通過BOG壓縮機回收。(2)預冷產生的BOG管道與已投用儲罐連通，通過火炬放空燃燒。(3)預冷前期隔離在用儲罐BOG流程，新增LNG儲罐預冷產生BOG通過火炬放空燃燒。

2.1 BOG壓縮機直接回收處理

將新增LNG儲罐BOG管道與已投用儲罐BOG管道連通，關閉火炬放空閥門，新增儲罐預冷產生的BOG氣體與已投用儲罐內的BOG混合后直接通過BOG壓縮機回收。該方法適用于儲罐預冷后期，此時BOG溫度較低，且組分中氮氣較少，對壓縮機運行狀況影響較小。

2.2 火炬放空燃燒處理

新增LNG儲罐BOG管道與前期投用儲罐BOG管道連通，關閉BOG壓縮機，新增LNG儲罐預冷產生的BOG氣體與已投用儲罐內的BOG混合后通過火炬放空燃燒。該方法適用于儲罐預冷任何一個階段，對BOG處理系統影響最小。

2.3 火炬燃燒與BOG壓縮機回收聯合處理

新增LNG儲罐預冷前期，將已投用的儲罐壓力降低至8 kPag左右，此時將已投用的儲罐BOG系統進行隔離，隔離過程中壓力增長至火炬放空值26 kPag需8～9小時。新增儲罐預冷產生的BOG通過火炬放空燃燒，待新增儲罐BOG溫度達到-89 ℃(乙烷露點，在此溫度和壓力下易液化成液滴)時，與已投用儲罐BOG管道連通，將混合后的BOG氣體通過BOG壓縮機回收。

3 BOG處理方式對比分析

新增LNG儲罐預冷產生的BOG氣體處理方式選擇主要考慮經濟性和可操作性。

3.1 BOG壓縮機直接回收

BOG壓縮機直接回收工藝可以實現BOG零放空，經濟效益顯著，但在實際可操作性差。BOG壓縮機回收BOG時，經過入口緩沖罐進行氣液分離，然后經過入口過濾器過濾雜質，最后進入BOG壓縮機增壓后送至再冷凝器[5]，流程如圖2所示。

新增LNG儲罐預冷前期產生的BOG氣體溫度較高，組分中包含氮氣、乙烷、丙烷等重烴物質，當與接收站其他在運行的儲罐中產生的BOG混合后，該混合氣體通過BOG壓縮機入口過濾器時，組分中的C2H6、C3H8等重烴會液化形成液相膜而使壓縮機入口過濾器堵塞，導致BOG壓縮機入口壓力快速下降，影響BOG壓縮機的正常運行，無法實現BOG回收。

3.2 火炬放空燃燒處理

火炬放空燃燒操作簡單，但經濟性差。按照儲罐預冷平均速度4 ℃/h，約耗損LNG120 t。此時，新增LNG儲罐與已投用儲罐BOG管道處于連通狀態，故已投用儲罐產生的BOG也會隨之燃燒，增加了BOG損耗量，造成資源嚴重浪費。

3.3 火炬燃燒與BOG壓縮機回收聯合處理

采取火炬燃燒與BOG壓縮機回收聯合處理方式，步驟如下：(1)提前將組分較輕的LNG卸至已投用儲罐，利用該罐內的LNG作為新增LNG儲罐的預冷介質，從源頭減少LNG中重烴含量，預冷前利用此罐內LNG置換新增儲罐預冷管道。(2)提前將已投用儲罐壓力降至正常操作壓力下限8KPag左右(具體值根據各接收站儲罐設計要求和實際操作范圍而定)，新增儲罐預冷前與已投用儲罐BOG系統隔離。(3)新增LNG儲罐預冷前期，產生的BOG 氣體通過火炬燃燒。根據實踐經驗，LNG儲罐BOG系統隔離時，罐壓上升速率約2 kPag/h，至已投用儲罐壓力達到正常操作壓力上限26 kPag (具體值根據各接收站儲罐設計要求和實際操作范圍而定)約9 h，預冷至-89 ℃大約需要15 h。故前9 h內，新增LNG儲罐預冷產生的BOG通過火炬放空燃燒，9～15 h期間將BOG系統連通并投用，混合氣體通過火炬放空燃燒。(4)當新增LNG儲罐預冷產生的BOG達到-89 ℃時，關閉火炬系統，啟動BOG壓縮機回收該混合氣體。

4 結語

(1) BOG壓縮機直接回收處理、火炬放空燃燒處理、BOG壓縮機直接回收與火炬放空燃燒聯合處理是對LNG儲罐產生的BOG最常見的處理方法。(2)新增LNG儲罐預冷，操作較復雜。綜合對比分析，新增LNG儲罐預冷產生的氣體處理方法中，BOG壓縮機直接回收處理雖然經濟性最強，但不具備可操作性，而火炬放空燃燒處理雖然操作簡單，但經濟性較差，所以采用火炬燃燒與BOG壓縮機回收聯合處理屬于最優方法，可為LNG接收站新建儲罐預冷時BOG處理工藝選擇提供參考。