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我国液化天然气（LNG）产业发展迅速，国内多个接收站处于在建和扩建中，LNG接收站朝着大规模化的方向发展。蒸发气体（BOG）处理系统是接收站最复杂的关键部分，BOG处理系统的平稳运行关系到整个接收站的安全稳定性。受卸船、管线漏热、泵功耗转换、体积置换和天然气下游多种用户用气不均匀性等多种因素影响，接收站BOG产生量和LNG外输量呈现实时的波动特性，给接收站BOG处系统的设计和操作带来极大的困难。现有BOG处理系统仍存在能耗大、再冷凝器压力和液位不稳定、操作不灵活等问题。为节省能耗，提高其操作稳定性，本文以某接收站BOG处理系统为研究对象，考虑接收站扩建时在充分利用现有工艺条件的基础上，设计了BOG多阶压缩再冷凝工艺，并优化了工艺操作参数和控制系统参数。分析了影响接收站BOG产生量及LNG外输量的各个因素，并建立BOG产生量数学模型，计算出接收站扩建后BOG产生量负荷及其波动幅度。对现有工艺系统及多阶系统进行了热力学分析，得到降低再冷凝器操作压力是降低能耗的关键，提出接收站扩建时BOG处理系统采用二阶工艺的方案。分析系统各设备及模块模型参数，分别建立现有工艺和多阶工艺的动态流程模型。在满足系统动态操作稳定性、高压泵气蚀安全余量等限制条件下，以系统能耗最低为目标函数，分析优化多阶工艺设备操作参数及控制系统参数。得到二级再冷凝器操作压力维持885kPa，一级再冷凝器操作压力设定在305kPa；二级压缩机的负载开启在25%档位，其余BOG量由一级再冷凝器处理，可得到较低的系统操作能耗。再冷凝器控制系统采用PID控制，分别优化得到两个再冷凝器的比例、积分和微分控制系数。与现有工艺对比，多阶工艺在设计工况下总能耗减少了1247kW，总能耗降低了19.7%。该接收站全年可节约308.5万kWh电量，每年可增加收益约236.3万元。在典型日波动负荷工况下，再冷凝器液位波动均在50%-60%的最佳范围内，压力变动均小于200kPa的高压泵安全气蚀余量，且两者均能很快恢复设定值稳定运行。多阶工艺不仅降低了系统能耗，而且提高了接收站操作的动态稳定性。