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摘要介绍LNG接收站BOG气体两种不同处理方式, 即再冷凝工艺和直接压缩工艺。运用广义泊努利方程定性分析和定量计算, 指出再冷凝工艺更为节能。通过流程模拟, 提出两种处理方式的适用范围。
关键词LNG接收站BOG气体
Abstract introduction LNG receiving station BOG gas two different processing modes, namely the recondensation process and direct compression process. By using the generalized Poisson Bernoulli equation qualitative analysis and quantitative calculation, points out that the recondensation process more efficient. Through process simulation, the applicable scope of two kinds of treatment methods.
Keywords BOG gas LNG receiving station
中图分类号：TE868文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
随着天津市燃气电厂、大炼油、大乙烯、大造船及大火箭等一批大用能项目的改造及规划建设，天津市天然气的供应缺口突显，供需矛盾日益突出。结合目前实际情况，想要实现“十二五”规划预期的天然气供气规模，难度巨大，气源缺口问题急需解决。管道输送天然气在一定程度上缓解了这一矛盾, 但与未来几年需求相比还远远不够, 而通过在沿海城市建设LNG接收站从国外进口LNG是解决这一矛盾的新途径。天津南疆港浮式LNG接收站作为天津市主要气源之一，可提高安全稳定供气能力，保证滨海新区燃气需求。
通常LNG接收站包括以下几个部分: LNG卸料系统(包括码头与泊位) 、LNG储罐、LNG蒸发器、LNG泵、BOG (Boil Off Gas 闪蒸气) 气体处理系统和其它公用工程系统[1～3 ] 。本文主要介绍和讨论BOG气体处理系统。
由于低温LNG储罐(约-160 ℃) 受外界环境热量的侵入, LNG罐内液下泵运行时部分机械能转化为热能, 都会使罐内LNG气化产生闪蒸气, 也就是BOG气体。为了维持LN G储罐恒定的压力(10 ～ 17)KPa ( G) , 必须不断排出BOG气体。此外, 外部LNG从罐顶送入(比如LNG船卸料时)产生的容积置换, 也要求排出BOG气体, 以维持罐压。如何处理BOG气体成为LNG接收站工艺的重要组成部分。从能量利用合理性角度定性分析, BOG 气体处理的优先顺序如下:
(1) 将储罐BOG气体返回LNG船, 填补舱罐卸料产生的真空。
(2) 与输出的LNG直接换热, 将BOG再冷凝成LNG送出。
(3) 直接压缩到外送输气管道压力送出。
(4) 送火炬或者排入大气。
上述第一种方式简便、高效, 但只在LNG船卸料时才能平衡掉一部分BOG气体, 无LNG船卸料时则无法使用。第四种方式是一种紧急安全措施, 经济和环保上显然不合理。第二种再冷凝工艺和第三种直接压缩工艺都是将BOG气体送入压缩机加压, 最终送入外输高压管道利用,只是中间过程有所不同。
1 处理工艺
1.1再冷凝工艺
所谓再冷凝工艺是指LNG储罐的BOG气体通过压缩机加压, 储罐内的液下泵送出相同压力的LNG, 两者按照一定比例在再冷凝器中直接换热。加压后过冷的LNG 利用“显冷”将大部分BOG气体冷凝, 再经第二级泵加压, 经气化器气化后送高压输气管道。
1.2直接压缩工艺
直接壓缩工艺指LNG储罐的BOG气体通过压缩机直接加压到燃气管网所需压力后, 进入外输管网。储罐的液下泵将LNG送气化器后入输气管道外送, 不需要再冷凝器和LNG第二级泵。
1.3比较
相对于直接压缩工艺来说, 再冷凝工艺将BOG加压过程分成两个阶段, 第一阶段由压缩机完成, 与直接压缩工艺相同。第二阶段通过第二级泵完成, 其目的为了减小能耗。再冷凝工艺的缺点是增加了再冷凝器和第二级泵, 流程比较复杂。相反直接压缩工艺的优势在于设备少, 流程简单, 但能耗较高。另一个值得注意的问题是再冷凝工艺要有冷源, 即接收站要连续不断有LNG气化, 对外输气。如果LN G气化中断, 则由于压缩机出口压力较低, 无法直接将BOG 送入外输管道, 只能暂时送火炬系统, 造成浪费。
2功耗分析
再冷凝与直接压缩工艺相比最大的优势在于节能, 而用压缩机对BOG气体直接加压所需功耗比泵高。由广义泊努利方程[4 ,5]可知, 单位重量流体从输送机械(泵和压缩机) 获得的机械能(即扬程或压头) 可以表示为:
式中，H为泵和压缩机的扬程，即单位重量流体获得的机械能；（u22-u12）/2为单位重量流体获得的动能项；Z2-Z1为单位重量流体获得的位能项；为单位质量流体获得的静压能项；，为单位重量流体流动阻力损失项；为流体的密度；g为重力加速度。
单位重量流体从泵和压缩机获得的机械能转换成流体的动能、位能、静压能和流动阻力损失；①位能和流动阻力损失相比静压能和动能要小得多，可忽略不计；②气体的经济流速远比液体的经济流速要高。气体动能值比液体大，即单位重量气体需要从压缩机获得更多动能；③当进出口压力相同时，由于同种物质气体密度远小于液体的密度，气体静压能项数值比液体大很多，单位质量气体需要从压缩机获得静压能比液体从泵获得的静压能大很多。同等条件下，用泵加压更节省功耗。
当然再冷凝工艺中的再冷凝和气化过程都有能耗，但相对泵节省的功耗，增加量很小。
3结语
通过对BOG气体的再冷凝工艺和直接压缩工艺的分析，可得出以下结论：
（1）再冷凝工艺比直接压缩工艺更为节能，但需要可靠地冷源并增加再冷凝器等设备。
（2）在冷凝工艺适合大型LNG接收站。因为BOG气体量大且外送输气管道的压力高，节能效果显著；另外作为气源站，LNG泵始终运行对外供气，确保了BOG气体再冷凝的冷源。
（3）直接压缩工艺适合小型调峰型LNG接收站。作为调峰站，无法确保为再冷凝提供持续的冷源；BOG气体量小，外送输气管道的压力低导致再冷凝工艺节能效果不显著；省去了再冷凝器等设备，投资降低。
参考文献
1 顾安忠等.液化天然气技术[M].北京：机械工业出版社.2003
2 张立希.LNG接收终端的工艺系统及设备[J].石油与天然气化工，1999（3）
3 杜光能.LNG终端接收站工艺及设备[J].天然气工业，1999（5）
关键词LNG接收站BOG气体
Abstract introduction LNG receiving station BOG gas two different processing modes, namely the recondensation process and direct compression process. By using the generalized Poisson Bernoulli equation qualitative analysis and quantitative calculation, points out that the recondensation process more efficient. Through process simulation, the applicable scope of two kinds of treatment methods.
Keywords BOG gas LNG receiving station
中图分类号：TE868文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
随着天津市燃气电厂、大炼油、大乙烯、大造船及大火箭等一批大用能项目的改造及规划建设，天津市天然气的供应缺口突显，供需矛盾日益突出。结合目前实际情况，想要实现“十二五”规划预期的天然气供气规模，难度巨大，气源缺口问题急需解决。管道输送天然气在一定程度上缓解了这一矛盾, 但与未来几年需求相比还远远不够, 而通过在沿海城市建设LNG接收站从国外进口LNG是解决这一矛盾的新途径。天津南疆港浮式LNG接收站作为天津市主要气源之一，可提高安全稳定供气能力，保证滨海新区燃气需求。
通常LNG接收站包括以下几个部分: LNG卸料系统(包括码头与泊位) 、LNG储罐、LNG蒸发器、LNG泵、BOG (Boil Off Gas 闪蒸气) 气体处理系统和其它公用工程系统[1～3 ] 。本文主要介绍和讨论BOG气体处理系统。
由于低温LNG储罐(约-160 ℃) 受外界环境热量的侵入, LNG罐内液下泵运行时部分机械能转化为热能, 都会使罐内LNG气化产生闪蒸气, 也就是BOG气体。为了维持LN G储罐恒定的压力(10 ～ 17)KPa ( G) , 必须不断排出BOG气体。此外, 外部LNG从罐顶送入(比如LNG船卸料时)产生的容积置换, 也要求排出BOG气体, 以维持罐压。如何处理BOG气体成为LNG接收站工艺的重要组成部分。从能量利用合理性角度定性分析, BOG 气体处理的优先顺序如下:
(1) 将储罐BOG气体返回LNG船, 填补舱罐卸料产生的真空。
(2) 与输出的LNG直接换热, 将BOG再冷凝成LNG送出。
(3) 直接压缩到外送输气管道压力送出。
(4) 送火炬或者排入大气。
上述第一种方式简便、高效, 但只在LNG船卸料时才能平衡掉一部分BOG气体, 无LNG船卸料时则无法使用。第四种方式是一种紧急安全措施, 经济和环保上显然不合理。第二种再冷凝工艺和第三种直接压缩工艺都是将BOG气体送入压缩机加压, 最终送入外输高压管道利用,只是中间过程有所不同。
1 处理工艺
1.1再冷凝工艺
所谓再冷凝工艺是指LNG储罐的BOG气体通过压缩机加压, 储罐内的液下泵送出相同压力的LNG, 两者按照一定比例在再冷凝器中直接换热。加压后过冷的LNG 利用“显冷”将大部分BOG气体冷凝, 再经第二级泵加压, 经气化器气化后送高压输气管道。
1.2直接压缩工艺
直接壓缩工艺指LNG储罐的BOG气体通过压缩机直接加压到燃气管网所需压力后, 进入外输管网。储罐的液下泵将LNG送气化器后入输气管道外送, 不需要再冷凝器和LNG第二级泵。
1.3比较
相对于直接压缩工艺来说, 再冷凝工艺将BOG加压过程分成两个阶段, 第一阶段由压缩机完成, 与直接压缩工艺相同。第二阶段通过第二级泵完成, 其目的为了减小能耗。再冷凝工艺的缺点是增加了再冷凝器和第二级泵, 流程比较复杂。相反直接压缩工艺的优势在于设备少, 流程简单, 但能耗较高。另一个值得注意的问题是再冷凝工艺要有冷源, 即接收站要连续不断有LNG气化, 对外输气。如果LN G气化中断, 则由于压缩机出口压力较低, 无法直接将BOG 送入外输管道, 只能暂时送火炬系统, 造成浪费。
2功耗分析
再冷凝与直接压缩工艺相比最大的优势在于节能, 而用压缩机对BOG气体直接加压所需功耗比泵高。由广义泊努利方程[4 ,5]可知, 单位重量流体从输送机械(泵和压缩机) 获得的机械能(即扬程或压头) 可以表示为:
式中，H为泵和压缩机的扬程，即单位重量流体获得的机械能；（u22-u12）/2为单位重量流体获得的动能项；Z2-Z1为单位重量流体获得的位能项；为单位质量流体获得的静压能项；，为单位重量流体流动阻力损失项；为流体的密度；g为重力加速度。
单位重量流体从泵和压缩机获得的机械能转换成流体的动能、位能、静压能和流动阻力损失；①位能和流动阻力损失相比静压能和动能要小得多，可忽略不计；②气体的经济流速远比液体的经济流速要高。气体动能值比液体大，即单位重量气体需要从压缩机获得更多动能；③当进出口压力相同时，由于同种物质气体密度远小于液体的密度，气体静压能项数值比液体大很多，单位质量气体需要从压缩机获得静压能比液体从泵获得的静压能大很多。同等条件下，用泵加压更节省功耗。
当然再冷凝工艺中的再冷凝和气化过程都有能耗，但相对泵节省的功耗，增加量很小。
3结语
通过对BOG气体的再冷凝工艺和直接压缩工艺的分析，可得出以下结论：
（1）再冷凝工艺比直接压缩工艺更为节能，但需要可靠地冷源并增加再冷凝器等设备。
（2）在冷凝工艺适合大型LNG接收站。因为BOG气体量大且外送输气管道的压力高，节能效果显著；另外作为气源站，LNG泵始终运行对外供气，确保了BOG气体再冷凝的冷源。
（3）直接压缩工艺适合小型调峰型LNG接收站。作为调峰站，无法确保为再冷凝提供持续的冷源；BOG气体量小，外送输气管道的压力低导致再冷凝工艺节能效果不显著；省去了再冷凝器等设备，投资降低。
参考文献
1 顾安忠等.液化天然气技术[M].北京：机械工业出版社.2003
2 张立希.LNG接收终端的工艺系统及设备[J].石油与天然气化工，1999（3）
3 杜光能.LNG终端接收站工艺及设备[J].天然气工业，1999（5）