LNG系统BOG计算Word格式文档下载.docx
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关键词:
液化天然气;
BOG;
计算方法;
处理工艺;
直接压缩;
再冷凝
最近10年,我国沿海一带已建和在建LNG接收站达22个。
LNG接收站接收由LNG船舶从LNG产地运输而来的LNG并储存于LNG大型储罐中,再由LNG气化器将LNG气化为气态天然气进入天然气管网。
LNG卫星站作为小型接收站,具有投资成本低、规模小、适合LNG槽车运输的优势,可使天然气管网尚未覆盖的地区提前用上天然气,为培育天然气市场创造了条件;
在天然气管网建设完善后,LNG卫星站又可作为天然气管网调峰和事故应急的备用气源[1]。
在卸船或卸车时,LNG进入储罐导致罐内介质体积变化,同时由于环境温度及LNG进液泵运行等外界能量的输入,罐内产生大量BOG(BoilOffGas,蒸发气)气体[2]。
为了保证LNG储罐压力在安全范围之内,必须将过量的BOG气体处理掉。
如何处理BOG气体,成为LNG接收站或LNG卫星站的关键工艺。
1BOG的计算方法[2]
大连LNG接收站拥有3台LNG立式储罐,容积16×
104m3,最高工作压力129kPa,以该站为例,进行LNG接收站日产生BOG的质量计算。
山东淄博LNG卫星站是我国最大的LNG卫星站,设有10个100m3立式储罐,最高工作压力0.5MPa,以该站为例,进行LNG卫星站日产生BOG的质量计算。
1.1外界环境热量侵入产生的BOG质量
式中:
G3为容积置换时产生的BOG质量,kg/h;
ω1、ω2分别为LNG储罐的进出料速度,kg/h;
ρLNG为进料前BOG气体的密度,其值取3.5kg/m3。
对于LNG接收站,LNG船的正常卸料能力为ω1=6230kg/h,LNG正常出料流量为ω2=200.25kg/h,则LNG接收站因容积置换而产生的BOG质量为113.8t/d。
对于LNG卫星站,LNG储罐的进、出料速度通常为12~15t/h、3~4t/h,则LNG进料时因容积置换产生的最大BOG质量为(15-3)×
1000×
3.5/445=94kg/h,而因LNG进料而产生的最大BOG质量为2440kg/d。
根据式
(1)~式(3)的计算结果,在正常情况下(不考虑事故的发生),LNG接收站产生的BOG量为1282.3t/d。
LNG卫星站产生的BOG量最大可达3.43t/d。
2BOG气体处理工艺
处理BOG气体的传统方法有4种:
①将储罐内的BOG返回至LNG船舶或LNG槽车,填补卸料时产生的真空[3];
②通过压缩机将BOG压缩至一定压力后,与输出的LNG在相同的压力下直接接触换热,冷凝成LNG送出;
③通过压缩机直接将BOG压缩,达到外输管网所需压力后输出;
④送火炬燃烧,当BOG量过多而使火炬不能承受时,直接排入大气。
第1种方法虽然过程简单,能量利用最合理,但只有在LNG槽车卸车时才能使用;
第4种方法显然最不合理,既不经济也不利于环境保护,只有在紧急情况下才能使用。
第2和第3种方法均是将BOG加工再利用,但中间过程有所不同,需根据具体情况,选择不同的工艺[4]。
2.1直接压缩工艺
直接压缩工艺流程(图1):
先将LNG储罐内的BOG通过气液分离罐分离掉液相部分,再将BOG通过压缩机直接压缩到外输管网所需压力后,送入外输管网[5]。
2.2再冷凝工艺
再冷凝工艺流程(图2):
将经气液分离罐分离的BOG通过压缩机加压至一定压力;
由储罐内的第一级泵输送出相同压力的LNG,由于LNG经泵加压后的压力大于该温度下LNG的饱和压力,具有一定的“显冷”性;
再冷凝器设有比例控制系统,根据BOG的流量控制进入再冷凝器的LNG流量,两者在再冷凝器中直接接触换热;
利用LNG的“显冷”将大部分BOG冷凝,确保进入第二级泵的LNG处于过冷态;
通过第二级泵加压,经汽化器汽化后送入外输管网[6]。
2.3两种工艺的能耗比较
直接压缩工艺通过压缩机将BOG压缩至管网所需压力,无需再冷凝设备;
再冷凝工艺中,压缩机只需承担直接压缩工艺中的一部分工作,剩余工作由LNG高压泵承担。
根据伯努利方程[7],单位质量的流体在输送过程中,从泵或压缩机中所获得的压头可表示为:
位能与流动阻力损失相比静压能和动能小很多,均可忽略不计。
气体相对于液体更容易流动,因此单位质量的气体动能值比液体大,即需要从压缩机获得更多动能。
由于同种物质气体密度远远小于液体密度,因此在进出口压力相同的情况下,单位质量气体比单位质量液体获得的静压能大得多。
故在相同工况下,泵压缩液体比压缩机压缩气体的能耗小得多,因此,再冷凝工艺能耗更低。
3应用实例
采用直接压缩工艺和再冷凝工艺对山东淄博LNG卫星站流量为100kg/h的天然气进行BOG质量验算,在进口温度相同的情况下,分别用压缩机压缩气态天然气、用高压泵压缩液态天然气,得到其输送功率的对比结果(表1)。
(1)根据实例1~8,在相同进出口压力下,高压泵加压液态天然气比压缩机加压气态天然气所需能耗低。
因此,在相同工况下,再冷凝工艺比直接压缩工艺能耗低,且单位时间内需要处理的BOG量越大,再冷凝工艺比直接压缩工艺节省的能耗越大。
(2)根据实例1~4,在进出口压力差相同、进口压力不同的情况下,高压泵的能耗不变,但压缩机的能耗明显随着进口压力的增大而减小。
这是由于随着进口压力的变化,液态天然气的密度基本不变,单位质量液体获得的静压能基本不变;
但是,随着进口压力变大,气态天然气的密度显著增大,单位质量气体获得的静压能明显变小。
因此,进口压力越小,即储罐储存压力越小,再冷凝工艺的能耗节省效果越明显。
(3)根据实例5~8,在相同的进口压力下,随着出口压力的增大,泵的能耗呈线性增大,压缩机能耗的增大幅度明显大于泵的增大幅度。
因此,随着出口压力的增大,即外输管网的压力越高,再冷凝工艺的能耗节省效果越明显。
4结束语
对于大型LNG接收站来说,需要处理的BOG量很大(年接收量为300×
104t的大连LNG接收站日平均BOG产生量可达1280t),且储罐储存压力低(LNG大型储罐储存压力接近常压)、外输管网压力高(6~10MPa),采用再冷凝工艺相对于直接压缩工艺处理每千克BOG可以节约0.14kWh的能耗。
因此大型LNG接收站利用再冷凝工艺处理BOG显然是比较经济的。
小型LNG卫星站需要处理的BOG量并不多,最多仅3.43t/d;
其储罐均是压力容器,工作压力可达0.8~1.0MPa。
同时,LNG卫星站离用户较近,外输管网压力较小,国内最大规模LNG卫星站的压力仅有1~1.5MPa,小规模的LNG卫星站压力只有0.3~0.5MPa。
这些因素均导致再冷凝工艺的节能效果不明显,处理每千克BOG只能节约0.02kWh能耗,而且小型LNG卫星站无法为BOG的再冷凝提供持续的冷源。
因此,对于小型LNG卫星站,使用再冷凝工艺处理BOG节省功耗效果不是很明显,在LNG产业处于起步阶段的背景下,建议使用直接压缩工艺来处理BOG,可以节省再冷凝器设备费用,降低LNG卫星站的初投资。
参考文献:
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[2]刘浩,周永春.LNG低温储罐压力安全系统设计[J].化工设计,2007,17
(1):
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[3]顾安忠.液化天然气技术[M].北京:
机械工业出版社,2003:
195.
[4]MyungWookShin,DongilShin,SooHyoungChoi,etal.Optimaloperationoftheboil-offgascompressionprocessusingaboil-offratemodelforLNGstoragetank[J].KoreanJournalofChemicalEngineering,2008,25
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[5]杨志国,李亚军.液化天然气接收站再冷凝工艺优化研究[J].现代化工,2009(11):
74-77.
[6]金光,李亚军.LNG接收站蒸发气体处理工艺[J].低温工程,2011
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51-56.
[7]黄钟岳,王晓放.透平式压缩机[M].北京:
化学工业出版社.2004:
152.
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