LNG工厂阶段性停车BOG回收方案

邹晓峰 彭刚 董波

（山东泰安昆仑能源有限公司，山东泰安 271033）

LNG工厂阶段性停车BOG回收方案

邹晓峰1彭刚2董波

（山东泰安昆仑能源有限公司，山东泰安 271033）

LNG工厂在阶段性停车期间，由于储罐漏热，LNG持续挥发成BOG，此时BOG量远低于装置开车时的量，造成BOG回收装置无法启动，若停车时间较长，且无有效的回收手段，造成较大的浪费，本文分析阶段性停车BOG的回收方案及可行性。

阶段性停车；LNG储罐；增压；液化

BOG为天然气液化工厂产品中仅次于LNG产量的副产品，主要由生产过程中的闪蒸、LNG储罐置换及漏热、管线及装车冷循环三个原因产生，所占比例见下表：

备注序号占总量百分数1 7 % B O G来源1 2 3置换与漏热节流闪蒸管线与冷循环3 % 8 0 %与负荷、组份有关与储罐数量、隔热效果有关与隔热效果、长度有关

LNG液化装置正常生产时的BOG产量较大，以昆仑能源山东泰安260万方/天的液化工厂，100%负荷生产为例，每天的BOG产生量约为14万方，占总进气量的18%。对于连续生产时的BOG处理，在进行工厂设计时均进行了充分的考虑，目前常用的方案包括利用往复压缩机加压输送至燃气管道或返回装置再液化，并在生产实际中得到成功运用。

近几年受到海外LNG产品大量进口、气液价格倒挂、汽柴油价格下降、LNG工厂投产较多产能过剩、市场开发相对缓慢的影响，国内的LNG工厂开工率普遍不足，2014年平均开机率仅为40%左右。停车期间，储罐内的LNG由于漏热，会持续挥发成BOG。目前国内储罐的静态挥发率基本为0.8%。以30000m3储罐为例，每天的BOG量约为5吨（7200Nm3）左右，远小于稳定生产的BOG量，增压所用的往复压缩机虽然能够在25%、50%、75%负荷下调节，但无法长时间稳定运行在25%的负荷，即使采用回流调节的方式也无法满足低流量的状态，造成BOG只能通过火炬系统燃烧排放，对工厂的经营、资源的利用造成很大的浪费。结合开车状态的BOG回收，本文简述停车阶段的BOG回收方案。

1 采用往复压缩机对BOG增压

目前国内液化工厂生产状态的BOG处理均采取增压的方式，或增压至原料气进厂压力，让BOG进入再液化流程；或增压至当地城市燃气管道压力，外输到城市燃气管网。

图一BOG增压返回再液化流程

图二BOG增压外输

BOG压缩机的选择目前有常温往复压缩机和低温往复压缩机两种。两种压缩机运行经济性对比如下

1.1 选择低温压缩机

根据热力学功率方程P=GRT1［（P2/P1）K-1/K-1］*K/（K-1）

公式中P——压缩功率，G——重量流量，P1、T1——压缩机入口压力、华氏温度，K=CP/CV——绝热系数，约为1.4，从公式可以看，在压力、流量稳定时，随着压缩机入口温度的升高，所需的功率也随之提高，BOG敷热后的温度约为敷热前的3倍，因此常温压缩机机功率也约为低温压缩机的3倍。

1.2 选择常温压缩机，BOG由气态-156℃敷热至40℃，没有发生相变，能提供的热负荷如下

根据热负荷方程Q=CPρVΔT

图中T1’、T1‘代表热流体的进出口温度

T2“、T2”代表冷流体的进出口温度

从上式中看出，敷热BOG所产生的冷量利用远低于压缩机功率，另根据换热面积

S——换热面积，K——传热系数，要充分利用此部分冷量，换热器的选型也比较巨大。

通过对比发现，选择低温压缩及在运行成本上，要远低于常温压缩机。

常温往复压缩机国内机型比较成熟，制造成本较低，设备稳定性较好，但需要将低温BOG升温，为了更好利用BOG的低温冷能，将BOG在进入压缩机前与进入液化冷箱前的净化天然气换热，以降低净化合格天然气的温度，降低液化的能耗；低温压缩机由于设备材料和技术的限制，前期主要依赖于进口，设备造价远高于常温压缩机，国内早期的LNG工厂绝大部分都采用热交换器将BOG敷热，利用常温压缩机的方式。

装置停车阶段的BOG量远低于开车阶段的量，且停车后BOG的冷量利用价值不大，因此停车BOG的回收更多考虑采用低温压缩机。随着材料和技术的进步，目前国内压缩机厂家已经能够制造出性能稳定的低温压缩机，在LNG工厂中已经开始应用，运行状态稳定。其中昆仑能源山东泰安LNG工厂采用的沈阳远大压缩机厂的低温压缩机在试运行过程效率、设备振动值、压缩机出口温升均符合设计要求，能够长期稳定运行。

2 BOG再液化

很多LNG工厂停车阶段，受到计量结算、外输量与需求量不匹配等限制，BOG压缩外输存在较大的困难，可采用外来冷量降温再液化的方式将低温BOG液化为LNG。

储罐内BOG的温度约为-156℃，气态状态下降温至-162℃，所需要的显热能量为Q=m*c（t2-t1）Q

公式中m-质量，c-比热，t2-t1-降温前后的温度差；

从-162℃的气态状态变为-162℃的液态LNG，所需要的潜热能量为Q2=m·r

公式中Q2-潜热热量（kcal），m-物体的质量（kg），r-汽化热（kcal/kg）。

由于温差相对较小，汽化显热能量要远低于汽化潜热能量，所以在实际不需要精确计算时，可以忽略显热能量。

考虑到提供冷量的冷剂的普遍性和成本，目前普遍采用液氮作为冷剂，提供冷量来液化BOG，根据上述公式，都忽略显热能量，通过汽化潜热的比较，得出基本液化1吨LNG需要2吨液氮的消耗。消耗的液氮可进行增压，补充LNG工厂火炬流体封、装置置换、气密使用。

3 阶段性停车BOG回收的经济效益

3.1 阶段性停车BOG产生的浪费

根据目前LNG工厂阶段性停车BOG高空燃烧的处理方式、BOG的产量（5吨/天），LNG销售出厂价格（3700元/吨）计算，每天需要烧掉1.85万元。

3.2 低温往复压缩机压缩BOG的投资成本和运行成本

根据热力学功率方程，将BOG由常压压缩至1.7MPa，需要的功率约为100kw，结合BOG的产量，选择压缩机、电机及相关配套设备（包括在线卸荷器、余隙调节、缓冲罐等），基本投资在250万元左右。运行成本主要为设备运转所耗电量电费，约为0.33度/Nm3。

3.3 利用液氮液化BOG的投资成本和运行成本

根据BOG的产量、温度，基本就可以确定所需的换热器的容量及规格，根据再液化后的LNG的去向，选择相应的LNG储罐和低温泵及液氮储罐等，设备投资为150万元左右。运行成本主要为液氮消耗，约为1.11Nm3/Nm3

通过上述分析，无论是将BOG增压输送或再液化，在目前开机率40%的情况下，都是可行的方案。具体方案的选择，还需要结合LNG工厂的情况，如电价情况、液氮价格及氮气再利用等情况而定。

［1］顾安忠.鲁雪生液化天然气技术手册机械工业出版社. 2010.

［2］章熙民，任泽霈，梅飞鸣.传热学（第五版）.中国建筑工业出版社，2007.

［3］杨世铭，陶文铨编.传热学（第三版）.高等教育出版社，1998.

［4］姚玉英.化工原理，天津科学技术出版社，2004.

邹晓峰，山东泰安昆仑能源有限公司副总经理，负责山东泰安昆仑能有限公司60万吨/年LNG国产化研发项目调度、设备、储运管理等工作。

彭刚，山东泰安昆仑能源有限公司副总经理，负责山东泰安昆仑能有限公司60万吨/年LNG国产化研发项目安全、生产运行、企业管理等工作。

董波，昆仑能源投资山东有限公司设备技术部主任，负责山东公司的设备、基建等工作。