LNG系統(tǒng)BOG計算

1、液化天然氣BOG的計算方法與處理工藝燃氣安全網(wǎng)2013-06-14閱讀：10585摘要：介紹了液化天然氣BOG（BoilOfGas,蒸發(fā)氣）的產(chǎn)生原因，以及不同條件下BOG!的計算方法，以及直接壓縮和再冷凝兩種BOG理工藝，利用伯努利方程定量地對兩種處理工藝的能耗進行比照，并進行實例驗算。結(jié)果說明：在相同工況下，再冷凝工藝比直接壓縮工藝節(jié)能，且處理的BOGS越大、LNG儲罐儲存壓力越低、外輸管網(wǎng)壓力越高，再冷凝工藝的節(jié)能效果越明顯。得出結(jié)論：再冷凝工藝適合于大型LNG接收站處理BOG而直接壓縮工藝適合于小型LNG衛(wèi)星站處理BOG關(guān)鍵詞：液化天然氣；BOG;計算方法；處理工藝；直接壓縮；再冷凝最

2、近10年，我國沿海一帶已建和在建LNG接收站達22個。LNG接收站接收由LNG船舶從LNG產(chǎn)地運輸而來的LNG并儲存于LNG大型儲罐中，再由LNG氣化器將LNG氣化為氣態(tài)天然氣進入天然氣管網(wǎng)。LNG衛(wèi)星站作為小型接收站，具有投資成本低、規(guī)模小、適合LNG槽車運輸?shù)膬?yōu)勢，可使天然氣管網(wǎng)尚未覆蓋的地區(qū)提前用上天然氣，為培育天然氣市場創(chuàng)造了條件；在天然氣管網(wǎng)建設完善后，LNG衛(wèi)星站又可作為天然氣管網(wǎng)調(diào)峰和事故應急的備用氣源1。在卸船或卸車時，LNG進入儲罐導致罐內(nèi)介質(zhì)體積變化，同時由于環(huán)境溫度及LNG進液泵運行等外界能量的車入，罐內(nèi)產(chǎn)生大量BOG（BoilOfGas,蒸發(fā)氣）氣體2。為了保證LNG儲

3、罐壓力在安全范圍之內(nèi)，必須將過量的BO8體處理掉。如何處理BOGt體，成為LNG收立或LNG衛(wèi)星站的關(guān)鍵工藝。1BOG的計算方法2大連LNG妾收站擁有3臺LNG立式儲罐，容積16X104m3最高工彳壓力129kPa,以該站為例，進行LNG接收站日產(chǎn)生BOG勺質(zhì)量計算。山東淄博LNG衛(wèi)星站是我國最大的LNG衛(wèi)星站，設有10個100m3立式儲罐，最高工作壓力0.5MPa,以該站為例，進行LNG衛(wèi)星站日產(chǎn)生BOG勺質(zhì)量計算。1.1 外界環(huán)境熱量侵入產(chǎn)生的BO或量在實際工程中，根據(jù)經(jīng)驗值法計算BOG勺質(zhì)量:式中：G1為儲罐因外界環(huán)境熱量侵入產(chǎn)生的BOG量，kg/h;I為蒸發(fā)氣產(chǎn)生系數(shù)（，0.05%0.

4、08%）/d;pLNG為儲罐內(nèi)LNG勺密度，kg/m3;V£為儲罐實際儲存LNG的體積,m3假定1=0.08%,pLNG=445kg/m3充裝率（儲罐內(nèi)LNG與儲罐總?cè)莘e之比）為90%對于LNG接收站，Ve=14.4X104m3則G1=2136kg/h,3個儲罐因環(huán)境熱量侵入而產(chǎn)生的BOG量為153.8t/d。對于LNG衛(wèi)星站，Ve=90m3則G1=1.335kg/h,10個儲罐因環(huán)境熱量侵入而產(chǎn)生的BO或量為320kg/d。1.2 LNG進液泵運行產(chǎn)生的BOG量LNG進液泵運行產(chǎn)生的BO頃量為：3600Pq二-M式中：G2為LNG進液泵運行時機械能轉(zhuǎn)化為熱能而產(chǎn)生的BO電量，kg/

5、h;P為LNG進液泵的功率，kW;Ah0為LNG的汽化潛熱，kJ/kg。LNG汽化潛熱近似取440kJ/kg。對于LNG接收站，大連LNG接收站所使用的LNG進液泵功率為82.5kW,則G2=2025kg/h,假設每10d進液一次，則大連LNG收立因LNG進液泵運行而產(chǎn)生的BOG量為4.86t/d。對于LNG衛(wèi)星站，山東淄博LNG衛(wèi)星站所使用的LNG進液泵功率為2.5kW,則G2=20.45kg/h。假設該站一天進液一次，一次進料所需時間為2.63.3h,則因LNG進液泵運行而產(chǎn)生的BOG量為530670kg/d。1.3 容積置換產(chǎn)生的BOG量從罐頂送入LNG時，由于容積置換產(chǎn)生的 BO頃量為

6、:式中：G3為容積置換時產(chǎn)生的BOG量，kg/h;31、32分別為LNG儲罐的進出料速度，kg/h;pLNG為進料前BOGK體的密度，其值取3.5kg/m3。對于LNGWI攵立LNG船的正常卸料能力為co1=6230kg/h,LNG正常出料流量為co2=200.25kg/h,則LNG接收站因容積置換而產(chǎn)生的BO電量為113.8t/d。對于LNG衛(wèi)星站，LNG儲罐的進、出料速度通常為1215t/h、34t/h,則LNG進料時因容積置換產(chǎn)生的最大BO電量為（15-3）X1000X3.5/445=94kg/h,而因LNG進料而產(chǎn)生的最大BO電量為2440kg/d。根據(jù)式（1）式（3）的計算結(jié)果，在正

7、常，f#況下（不考慮事故的發(fā)生），LNG接收站產(chǎn)生的BOG1為1282.3t/d。LNG衛(wèi)星站產(chǎn)生的BOGt最大可達3.43t/d。2BOG氣體處理工藝處理BOG!體的傳統(tǒng)方法有4種：將儲罐內(nèi)的BO%回至LNG船舶或LNG槽車，填補卸料時產(chǎn)生的真空3;通過壓縮機將BOCB縮至一定壓力后，與輸出的LNG在相同的壓力下直接接觸換熱，冷凝成LNG送出；通過壓縮機直接將BOGE縮，到達外輸管網(wǎng)所需壓力后輸出：送火炬燃燒，當BOGS過多而使火炬不能承受時，直接排入大氣。第1種方法雖然過程簡單，能量利用最合理，但只有在LNG槽車卸車時才能使用；第4種方法顯然最不合理，既不經(jīng)濟也不利于環(huán)境保護，只有在緊急情

8、況下才能使用。第2和第3種方法均是將BOGm工再利用，但中間過程有所不同，需根據(jù)具體情況，選擇不同的工藝4。2.1 直接壓縮工藝直接壓縮工藝流程（圖1）:先將LNGfW罐內(nèi)的BOG!過氣液別離罐別離掉液相部分,再將BOG!過壓縮機直接壓縮到外輸管網(wǎng)所需壓力后，送入外輸管網(wǎng)5。LEG中啤.用I汽抬小縮I N派閭國圖1EU。熱按任縮工藝遭相冊2.2 再冷凝工藝再冷凝工藝流程（圖2）:將經(jīng)氣液別離罐別離的BOG!過壓縮機加壓至一定壓力由儲罐內(nèi)的第一級泵輸送出相同壓力的LNG由于LNG經(jīng)泵加壓后的壓力大于該溫度下LNG的飽和壓力，具有一定的“顯冷”性；再冷凝器設有比例控制系統(tǒng)，根據(jù)BOG勺流量控制進入

9、再冷凝器的LNG宛量，兩者在再冷凝器中直接接觸換熱；利用LNG的“顯冷”將大部分BOG冷凝，確保進入第二級泵的LNG于過冷態(tài)；通過第二級泵加壓，經(jīng)汽化器汽化后送入外輸管網(wǎng)6。t一.%腦_二 rfH-jMM rlnvmwwLNh-LNGk 沾用2網(wǎng)冷遍aifcfvrafflIROG將冷4n藝請用國2.3 兩種工藝的能耗比較直接壓縮工藝通過壓縮機將BOGE縮至管網(wǎng)所需壓力，無需再冷凝設備；再冷凝工藝中，壓縮機只需承擔直接壓縮工藝中的一部分工作，剩余工作由LNG高壓泵承擔。根據(jù)伯努利方程7,單位質(zhì)量的流體在輸送過程中，從泵或壓縮機中所獲得的壓頭可表示為：jVP：獷為第或為陶機的小四 n： pi<

10、;6海單為生就林蛤邙狀您的Hi力.P/ p為中偉 9f酌g為小白11聞跖 皿；，也為單做質(zhì)片流體#的神1他. in； ui l物為怵"而體始外狀否的流速，“ft%為單位質(zhì)4施體銀稗的動肥.m；胃胃打單隹如瀛體始終狀毒的利置協(xié)健，m:1一局與巾忖幣皿而仲我用的例廉.nu同：為單位廝制流體的海動用力相央.m.位能與流動阻力損失相比靜壓能和動能小很多，均可忽略不計。氣體相對于液體更容易流動，因此單位質(zhì)量的氣體動能值比液體大，即需要從壓縮機獲得更多動能。由于同種物質(zhì)氣體密度遠遠小于液體密度，因此在進出口壓力相同的情況下，單位質(zhì)量氣體比單位質(zhì)量液體獲得的靜壓能大得多。故在相同工況下，泵壓縮液體

11、比壓縮機壓縮氣體的能耗小得多，因此，再冷凝工藝能耗更低。3應用實例采用直接壓縮工藝和再冷凝工藝對山東淄博LNG衛(wèi)星站流量為100kg/h的天然氣進彳TBO電量驗算，在進口溫度相同的情況下，分別用壓縮機壓縮氣態(tài)天然氣、用高壓泵壓縮液態(tài)天然氣，得到其輸送功率的比照結(jié)果(表1)。*1H箱用即端工藝與國內(nèi)需工藝場項平時比!'陽FdJjtAwiai1|4端M一麻.i門2.UOHr3JO1wQ.8*3RQwTTC口隹OJ&3.in3_CO.MAin-IJft工好7i舊5jli立it心ll.il口必(1)根據(jù)實例18,在相同進出口壓力下，高壓泵加壓液態(tài)天然氣比壓縮機加壓氣態(tài)天然氣所需能耗低。

12、因此，在相同工況下，再冷凝工藝比直接壓縮工藝能耗低，且單位時間內(nèi)需要處理的BOGt越大，再冷凝工藝比直接壓縮工藝節(jié)省的能耗越大。(2)根據(jù)實例14,在進出口壓力差相同、進口壓力不同的情況下，高壓泵的能耗不變，但壓縮機的能耗明顯隨著進口壓力的增大而減小。這是由于隨著進口壓力的變化，液態(tài)天然氣的密度基本不變，單位質(zhì)量液體獲得的靜壓能基本不變；但是，隨著進口壓力變大，氣態(tài)天然氣的密度顯著增大，單位質(zhì)量氣體獲得的靜壓能明顯變小。因此，進口壓力越小，即儲罐儲存壓力越小，再冷凝工藝的能耗節(jié)省效果越明顯。(3)根據(jù)實例58,在相同的進口壓力下，隨著出口壓力的增大，泵的能耗呈線性增大，壓縮機能耗的增大幅度明顯

13、大于泵的增大幅度。因此，隨著出口壓力的增大，即外輸管網(wǎng)的壓力越高，再冷凝工藝的能耗節(jié)省效果越明顯。4結(jié)束語對于大型LNG接收站來說，需要處理的BOGS很大(年接收量為300X104t的大連LNG接收站日平均BOCT生量可達1280t),且儲罐儲存壓力低(LNG大型儲罐儲存壓力接近常壓)、外輸管網(wǎng)壓力高(610MPa),采用再冷凝工藝相對于直接壓縮工藝處理每千克BOG可以節(jié)約0.14kWh的能耗。因此大型LNG妾收站利用再冷凝工藝處理BOG1然是比較經(jīng)濟的。小型LNGS星站需要處理的BOGt并不多，最多僅3.43t/d;其儲罐均是壓力容器，工作壓力可達0.81.0MPa。同時，LNG衛(wèi)星站離用戶

14、較近，外輸管網(wǎng)壓力較小，國內(nèi)最大規(guī)模LNG衛(wèi)星站的壓力僅有11.5MPa,小規(guī)模的LNG衛(wèi)星站壓力只有0.30.5MPa。這些因素均導致再冷凝工藝的節(jié)能效果不明顯，處理每千克BOGR能節(jié)約0.02kWh能耗，而且小型LNG衛(wèi)星站無法為BOG勺再冷凝提供持續(xù)的冷源。因此，對于小型LNG衛(wèi)星站，使用再冷凝工藝處理BOG省功耗效果不是很明顯，在LNG產(chǎn)業(yè)處于起步階段的背景下，建議使用直接壓縮工藝來處理BOG可以節(jié)省再冷凝器設備費用，降低LNG衛(wèi)星站的初投資。參考文獻：1劉新領.液化天然氣供氣站的建設J.煤氣與熱力，2002，22(1)：35-36.2劉浩，周永春.LNG低溫儲罐壓力安全系統(tǒng)設計J.化工設計，2007,17(1):7-10.3 顧安忠.液化天然氣技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版社，2003：195.4 MyungWookShin，DongilShin，SooHyoungChoi，etal.Optimaloperationoftheboil-offgascompressionp