LNG 接收站BOG 壓縮機國產(chǎn)化分析

秦賽雷，王建輝，王 婕

（山東省中遠(yuǎn)天然氣技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司濟南分公司，山東濟南 250098）

0 引言

LNG（Liquefied Natural Gas，液化天然氣）的凝點溫度為-162 ℃，在LNG 工廠中LNG 儲存在絕熱的儲罐內(nèi)，由于外界熱量的侵入、儲罐壓力、初始充滿率、LNG 組分以及儲罐進出料、設(shè)備做功產(chǎn)生的熱量等，使得LNG 吸收熱量而氣化[1]，形成BOG（Boil Off Gas，閃蒸氣），久而久之BOG 會使設(shè)備、儲罐、管線內(nèi)的壓力升高。為防止壓力超高而造成不必要的損失，需要一臺壓縮機將BOG 壓縮回收再處理[2]。

壓縮機是化工企業(yè)常見的大型設(shè)備之一，按照工作原理、結(jié)構(gòu)、氣缸類型、工作壓力等可以分為很多種類型。因為BOG 氣體溫度過低（-80～-140 ℃），因此要求壓縮機可承受低溫，前些年由于技術(shù)不成熟，低溫壓縮機主要靠進口，近幾年隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，低溫壓縮機慢慢實現(xiàn)國產(chǎn)化。

1 LNG 接收站BOG 壓縮機國產(chǎn)化的第一步

BOG 壓縮機作為接收站的主要設(shè)備之一，在接收站有著重要作用，是LNG 接收站工藝的“心臟”[3]。但是由于前期國內(nèi)技術(shù)不成熟，國內(nèi)的接收站市場被進口BOG 壓縮機占據(jù)著。近幾年來，隨著國內(nèi)技術(shù)的不斷發(fā)展進步，國產(chǎn)設(shè)備慢慢普及，當(dāng)然BOG 壓縮機也是國產(chǎn)化必不可少的設(shè)備。隨著國內(nèi)科研人員的不斷探索、實驗，2017 年4 月13 日，國內(nèi)首臺自主研發(fā)的BOG壓縮機在山東青島LNG 接收站開車成功。與現(xiàn)有的兩臺進口壓縮機相比，此臺壓縮機處理能力大，在后期的運行中可以完全取代兩臺進口壓縮機，成為回收廠區(qū)內(nèi)BOG 的主力，進口壓縮機作為備用或調(diào)峰使用。

2 國產(chǎn)BOG 壓縮機的優(yōu)缺點

2.1 結(jié)構(gòu)對比

國產(chǎn)BOG 壓縮機為水平對稱式BOG 壓縮機，氣缸中心與中體及機身左右對置[4]。該機共有一、二級氣缸各兩個，壓縮機在吸排氣過程不連續(xù)，導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機的氣流壓力脈動較大，因此一、二級氣缸吸、排氣口，設(shè)有8 個氣體緩沖罐[5]，對氣體起到緩沖作用，減少對氣閥、缸體等部件造成沖擊（圖1）[6]。

圖1 國產(chǎn)BOG 壓縮機簡圖

國產(chǎn)BOG 壓縮機設(shè)置有潤滑油系統(tǒng)，潤滑油通過油池內(nèi)置過濾器過濾后通過進油口分兩路進入主、輔油泵，通過主、輔潤滑油泵升壓進入潤滑油冷卻系統(tǒng)，經(jīng)冷卻后的潤滑油由供油口進入BOG 壓縮機各運動部件的潤滑，形成油膜，減少部件之間的摩擦。該機潤滑油系統(tǒng)配備一套電加熱和兩臺風(fēng)機，當(dāng)油溫較高時通過風(fēng)機直接降溫，無中間降溫介質(zhì)（圖2）。

圖2 壓縮機潤滑油路

此臺進口BOG 壓縮機立式迷宮式BOG 壓縮機，氣缸中心線垂直于地面[4]。該機共有I 級、II 級氣缸各一個，壓縮機在吸排氣過程不連續(xù)，導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機的氣流壓力脈動較大，因此在每一級的上游和下游均配備了脈動阻尼器來減少管道中的氣體脈動[5]。為進一步減少脈動，脈動阻尼器上還安裝了孔板，I 級排氣與II 級進氣共用一個脈動阻尼器，共計3 個脈動阻尼器（圖3）[6]。

圖3 進口BOG 壓縮機簡圖

進口BOG 壓縮機設(shè)置有潤滑油站和冷卻水站，潤滑油站設(shè)置有換熱器，水給油換熱，而水的溫度控制主要是依靠冷卻水站的3 臺風(fēng)機系統(tǒng)以及電加熱器系統(tǒng)控制，冷卻水系統(tǒng)不僅僅可以為潤滑油降溫，在冬季氣溫較低時，也起到加熱作用，油溫直接影響潤滑油的流動性。

冷卻水系統(tǒng)為封閉循環(huán)系統(tǒng)，主要由囊式蓄能器、冷卻水泵（一開一備）、帶有3 臺空冷風(fēng)機的空冷器、電加熱器、自立式溫控三通閥、溫度、壓力、流量監(jiān)控儀表、安全閥以及相應(yīng)的連接管線等組成，兩臺壓縮機共用一套冷卻水系統(tǒng)，并為第三臺BOG 壓縮機留有使用余量。其作用主要是用于對壓縮機的氣缸熱夾套、十字頭滑道及油冷器進行冷卻控制溫度在操作范圍內(nèi)。

正常運行期間，壓縮機的齒輪油泵通過內(nèi)置式濾油器從曲柄機構(gòu)吸油，油經(jīng)油冷卻器和雙聯(lián)濾油器流至壓縮機軸承和十字頭。壓縮機啟動前，通過預(yù)潤滑泵向軸承和十字頭提供潤滑油，油壓可在泄壓閥處調(diào)節(jié)。潤滑系統(tǒng)配有電加熱器，結(jié)合油加熱器，還必須安裝一個油位開關(guān)，以防止加熱器潤滑油油位過低。曲柄機構(gòu)油槽中安裝有濾油器以防潤滑系統(tǒng)中出現(xiàn)固體污染物。潤滑系統(tǒng)配有一個油冷卻器，它將潤滑油保持在最高溫度以下，一些油管配有電伴熱系統(tǒng)。

2.2 密封形式對比

國產(chǎn)BOG 壓縮機為臥式對稱平衡壓縮機，采用特殊材料的活塞環(huán)（如特氟隆）[1]，實現(xiàn)密封和無油潤滑，由于臥式機器的自身局限性，無法避免活塞環(huán)、支撐環(huán)與氣缸的直接接觸，導(dǎo)致支撐環(huán)、活塞環(huán)配件成為定期監(jiān)控、更換的要點部位，設(shè)置活塞桿下沉報警，接近報警值需要及時拆開側(cè)面缸蓋，使用塞尺檢查活塞環(huán)磨損情況，磨損嚴(yán)重時，需更換活塞環(huán)，請重新設(shè)定報警值。由于BOG 壓縮機是低溫設(shè)備，受溫度的影響，會導(dǎo)致活塞環(huán)磨損不均勻，活塞環(huán)在活塞做往復(fù)運動的過程中緩慢旋轉(zhuǎn)，進而導(dǎo)致活塞桿下沉監(jiān)測值不斷變化。

進口BOG 壓縮機采用迷宮密封形式，采用氣體節(jié)流密封原理，壓縮機的氣缸有螺紋型齒槽，活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運動，氣體每經(jīng)過一個齒槽流速就會下降，從而實現(xiàn)密封效果。同時由于活塞與氣缸不接觸，并基于對壓縮氣體的保護，防止氣源污染，氣缸內(nèi)采用無油形式，活塞也設(shè)計有節(jié)流齒槽，無活塞環(huán)和支撐環(huán)等易損元件；BOG 壓縮機的轉(zhuǎn)動部分裝有機械密封，所壓縮氣體不會泄漏到外部環(huán)境，提高運行的安全系數(shù)；進口BOG 壓縮機設(shè)置機身隔離段，有效防止?jié)櫥瓦M入氣缸、避免氣源污染。

2.3 操作、運行對比

2.3.1 開機步驟

國產(chǎn)BOG 壓縮機盤車機構(gòu)為電動盤車，開車時將盤車手柄盤至開車標(biāo)志位置，開動盤車電機即可。國產(chǎn)BOG 壓縮機的開車采用就地自動式啟動，具體步驟依次如下：

（1）啟動機身油池加熱器，使機身油池溫度達到設(shè)定值。

（2）啟動主電機吹掃裝置，直至吹掃完成亮起綠色指示燈，中控室同時接到吹掃完成信號。

（3）就地啟動輔助油泵，并啟動至少一臺油冷風(fēng)扇，查看油壓。

（4）將電動盤車齒輪與飛輪嚙合，啟動盤車電機盤車至少一圈以上，盤車完畢后脫開盤車齒輪，復(fù)位盤車限位開關(guān)。

（5）將壓縮機調(diào)至0%負(fù)荷，中控進行零負(fù)荷確認(rèn)。

（6）中控手動全開回流線閥門。

（7）控制室、現(xiàn)場查看具備啟機條件后，由現(xiàn)場按下BOG 壓縮機主電機啟動按鈕，隨即主油泵及電機冷卻風(fēng)扇自動啟動。

（8）主電機啟動成功后，手動關(guān)閉輔助油泵，并將輔助油泵選擇至遠(yuǎn)程模式，油壓低于設(shè)定值時自動啟動。

（9）壓縮機啟動成功后，確認(rèn)現(xiàn)場LCP（Local Control Pannel）負(fù)荷控制在遠(yuǎn)程模式，中控提升壓縮機負(fù)荷，對壓縮機入口進行預(yù)冷，期間負(fù)荷保持50%，BOG 壓縮機預(yù)冷全過程關(guān)注入口溫度、出口溫度；

（10）壓縮機預(yù)冷完成后，中控室手動關(guān)閉回流線流量控制閥，為出口升壓，直至再冷凝器壓力。

（11）壓縮機并網(wǎng)完成后，根據(jù)管網(wǎng)需求調(diào)節(jié)壓力。

（12）壓縮機停機后手動打開交流勵磁機及電機空間加熱器。

進口壓縮機每臺BOG 壓縮機的開車步驟相同，盤車裝置為盤車棍，手動盤車，均采用就地自動式啟動，具體步驟依次如下：

（1）壓縮機啟動負(fù)荷為25%負(fù)荷啟機。

（2）在UCP（Unite Control Pannel）上選擇就地模式和自動模式。

（3）開車前首先應(yīng)在LOP（Local Operation Panel）上按下壓縮機啟動按鈕，輔油泵啟動，在輔助油泵啟動成功的前提下利用盤車棍將電機聯(lián)軸節(jié)盤車一圈以上，出口最小回流線上調(diào)節(jié)閥自動全開。

（4）當(dāng)盤車完成后，上好飛輪罩，進行現(xiàn)場復(fù)位后現(xiàn)場人員配合中控室完成如下操作：①在輔油泵運行達到時間設(shè)定后，確認(rèn)潤滑油加熱器出口溫度計溫度顯示在設(shè)定溫度以上，并且在LOP 上沒有任何錯誤報警，當(dāng)LCP 上“準(zhǔn)備就緒”指示燈變亮，“壓縮機啟動/運行”指示燈閃爍，表示BOG 壓縮機具備啟動條件；②啟動BOG 壓縮機主電動機，主油泵連動啟動；③輔油泵和主油泵同時運行達到設(shè)定時間后，確認(rèn)LOP 上輔油泵運行指示燈熄滅，輔油泵自動停止運行；④壓縮機50%負(fù)荷自動調(diào)節(jié)，指示燈亮，并觀察入口溫度；⑤當(dāng)入口溫度達到設(shè)定值時，回流閥自動關(guān)閉，為出口升壓，當(dāng)出口壓力略高于再冷凝器壓力時出口單向閥打開。

（5）中控室根據(jù)BOG 處理系統(tǒng)操作規(guī)程操作再冷凝器，使其運行穩(wěn)定。

（6）BOG 壓縮機啟動10 min 后根據(jù)儲罐壓力按下LOP 上“負(fù)荷控制75%”按鈕使得電磁閥驅(qū)動卸載閥將負(fù)荷調(diào)節(jié)為75%；同此步驟，逐漸增大壓縮機負(fù)荷直至100%，此時BOG 壓縮機啟動完成。

2.3.2 運行維護

（1）日常運行方面，在卸船工況下，由于卸船原因，BOG 蒸發(fā)量增大、BOG 管網(wǎng)溫度低，導(dǎo)致BOG 壓縮機進口和出口溫度低。如果廠區(qū)設(shè)置BOG 直輸管線且為碳鋼管線，則對溫度要求嚴(yán)格，碳鋼最低承受溫度為-30 ℃，這就需要提高壓縮機入口溫度。通常采用壓縮機回流將熱量帶入壓縮機入口，從而保證壓縮機出口溫度達到要求：進口BOG 壓縮機回流調(diào)節(jié)閥為成套包邏輯控制，操作難度大，不易修改；而國產(chǎn)BOG 壓縮機最小流量控制閥操作模式為中控人員調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)開度便于實現(xiàn)，不受聯(lián)鎖信號控制。

（2）檢修維護方面。國產(chǎn)BOG 壓縮機備件由國內(nèi)廠商提供，到貨快、價格便宜，且配件全部采用配研工藝，高精密，易操作。而進口BOG 壓縮機備件全部從原廠供應(yīng)商采購，采購難度大，到貨時間長，價格昂貴。

2.3.3 負(fù)荷調(diào)節(jié)

壓縮機的負(fù)荷調(diào)節(jié)可通過卸荷閥或余隙調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)，從而實現(xiàn)壓縮機的負(fù)荷調(diào)節(jié)，可在就地或DCS 進行動作[7]。國產(chǎn)BOG 壓縮機僅采用卸荷閥，0%、25%、50%、75%和100%負(fù)荷下的做功狀況見表1。其中，“×”卸荷閥頂開氣閥，“√”吸氣閥正常工作。

表1 國產(chǎn)BOG 壓縮機的做功情況

進口BOG 壓縮機采用卸荷閥加余隙閥配合調(diào)節(jié)，無法實現(xiàn)0%負(fù)荷，100%、75%、50%及25%負(fù)荷下的做功情況見表2。其中，“×”表示關(guān)閉氣閥，“√”表示打開氣閥。

表2 進口BOG 壓縮機的做功情況

3 結(jié)論

進口大型設(shè)備國產(chǎn)化已經(jīng)是一種趨勢，能大大提高我國設(shè)備科技先進性，提高裝備效率，減少外匯支出，經(jīng)濟效益顯著，適合我國企業(yè)發(fā)展要求，具有深遠(yuǎn)的意義和前景。進口設(shè)備更新?lián)Q代快，備件全部從原廠供應(yīng)商采購，采購難度大，到貨時間長，價格昂貴，受制于人，BOG 壓縮機不國產(chǎn)化將寸步難行。另外，國產(chǎn)BOG 壓縮機處理量更大，能耗低，更省電。從運行維護角度來看，國產(chǎn)BOG 壓縮機有利于運行操作和長期運行，可控以及可追溯故障源頭方式多樣。目前國產(chǎn)BOG 壓縮機已經(jīng)在國內(nèi)市場慢慢展開應(yīng)用，這也代表著我國科技、工業(yè)不斷向前發(fā)展。