(中石油江苏液化天然气有限公司,江苏省南通市)
摘要:随着全球能源结构的转变和环保意识的增强,液化天然气(LNG)作为一种清洁、高效的能源,在全球范围内得到了广泛的关注和应用。LNG接收站作为连接LNG供应链的重要环节,承担着LNG卸载、储存、气化以及输送等关键任务。在LNG接收站的运行过程中,由于环境温度、压力变化以及设备泄漏等原因,会产生大量的蒸发气体,即BOG(Boil-OffGas)。BOG的存在不仅影响了LNG的储存安全,还造成了能源的浪费和环境污染。因此,对LNG接收站BOG再冷凝工艺进行深入研究,掌握其技术原理,对于提高LNG接收站的运行效率和经济效益具有重要意义。
关键词:LNG接收站;BOG;再冷凝;优化;
1.LNG接收站BOG再冷凝工艺技术原理
在LNG接收站的运营中,蒸发气(BOG)的管理至关重要。BOG再冷凝工艺是将BOG转化为液态,重新加入LNG库存中的关键技术。优化这一工艺不仅能提高能源利用效率,还能减少运营成本,增强安全性与环保性。LNG接收站BOG再冷凝工艺的技术原理主要包括制冷循环和再冷凝两个部分。
1.1制冷循环
BOG再冷凝工艺的制冷循环通常采用级联式制冷循环,该循环由多个制冷剂组成,每个制冷剂都有其特定的蒸发温度和冷凝温度。通过逐级降低BOG的温度和压力,使其逐渐液化。具体来说,制冷循环的工作过程如下:
(1)BOG首先进入预热器,被预热至接近制冷剂的蒸发温度,以减少制冷剂的蒸发潜热损失。
(2)预热后的BOG进入蒸发器,与制冷剂进行热交换。在蒸发器中,制冷剂吸收BOG的热量而蒸发,从而降低BOG的温度。
(3)蒸发后的制冷剂进入冷凝器,与冷却介质进行热交换。在冷凝器中,制冷剂释放热量而冷凝成液体,同时BOG得到进一步的降温。
(4)冷凝后的制冷剂通过节流阀降压后再次进入蒸发器,与新的BOG进行热交换。这样反复循环,直到BOG被完全液化为止。
1.2再冷凝
再冷凝是BOG再冷凝工艺的重要组成部分,其目的是将已经液化的BOG进一步冷却,以达到储存或运输的要求。再冷凝的方法主要有以下几种:
(1)直接再冷凝:将已经液化的BOG直接通过换热器与低温介质进行热交换,使其温度进一步降低。这种方法简单易行,但需要消耗大量的低温介质。
(2)再膨胀再冷凝:将已经液化的BOG通过膨胀阀或膨胀机进行膨胀,使其温度降低并放出膨胀能。然后将膨胀后的BOG与低温介质进行热交换,进一步降低其温度。这种方法既可以利用BOG的膨胀能,又可以提高再冷凝效果。
(3)混合再冷凝:将不同温度和压力的BOG进行混合,使其温度和压力达到储存或运输的要求。这种方法可以充分利用不同BOG之间的温度差和压力差,提高再冷凝效率。
2.LNG接收站BOG再冷凝工艺技术流程
2.1BOG收集
LNG接收站的储罐在储存LNG过程中,由于环境热量交换和储罐内压力变化,会产生一定量的BOG。为了有效地收集BOG,接收站通常配备有专门的BOG收集系统。该系统通过管道将储罐内的BOG引入压缩机前的缓冲罐中,进行初步收集和储存。
2.2BOG压缩
经过收集的BOG在进入再冷凝器之前,需要通过压缩机进行压缩。压缩的主要目的是提高BOG的压力和密度,以便于后续的换热冷凝过程。压缩机的选择和设计需要根据BOG的流量、压力和温度等参数进行确定。在实际操作中,压缩机通常采用多级压缩和中间冷却的方式,以提高压缩效率和降低能耗。
2.3换热冷凝
压缩后的BOG进入再冷凝器进行换热冷凝。再冷凝器是BOG再冷凝工艺中的核心设备,其作用是将BOG中的热量传递给液态LNG,使BOG降温并液化。在再冷凝器中,BOG与液态LNG进行逆流接触和换热,BOG的温度逐渐降低并液化。为了确保BOG充分冷凝,再冷凝器需要具有足够的换热面积和传热效率。根据某LNG接收站的实际运行数据,采用高效再冷凝器后,BOG的冷凝效率可达到95%以上。此外,再冷凝器通常采用填料式或板式结构,以增大换热面积和提高传热效率。同时,再冷凝器还需要配备温度、压力和液位等监测仪表,以便于操作人员实时监控和调整设备的运行状态。
2.4液化回收
经过换热冷凝后,BOG已经转化为液态。此时,需要将液态LNG从再冷凝器中回收并重新储存或运输。液化回收过程需要保证液态LNG的质量和稳定性,以避免对储存和运输设备造成损害。为了确保液态LNG的稳定回收,接收站通常配备有专门的液态LNG回收系统。该系统通过管道将液态LNG引入储罐中,进行储存或外输。在液化回收过程中,还需要注意控制液态LNG的储存温度和压力等参数。为了确保储存安全,储罐需要具有足够的强度和密封性能,并配备有安全阀、压力表等安全附件。此外,还需要对储罐进行定期检查和维护,以确保其正常运行和安全使用。
3.LNG接收站BOG再冷凝工艺优化措施
3.1提升BOG压缩效率
压缩机是BOG再冷凝工艺中的关键设备,负责将BOG从储罐收集并压缩至一定压力。优化压缩机的设计和运行参数可以显著提高工艺效率。选择高效压缩机:采用变频驱动的离心式或往复式压缩机,可根据BOG流量的变化自动调节转速,减少能耗。多级压缩与中间冷却:实施多级压缩并在各级之间加入中间冷却,可以降低压缩过程中的温度上升,减少压缩功耗。压缩机维护与管理:定期检查压缩机的密封性和润滑状况,避免不必要的能量损耗。
3.2优化制冷剂循环系统
制冷剂循环系统是BOG再冷凝过程中的核心,用于提供冷量使BOG液化。制冷剂选择:根据BOG的成分和工艺要求,选择合适的制冷剂,如丙烷、丙烷-乙烯混合物等,以平衡能效与环境影响。循环系统优化:改进制冷剂循环路径,确保制冷剂与BOG充分接触,提高热交换效率。冷量回收:探索冷量回收技术,如将制冷剂在冷凝过程中的余冷用于预冷BOG,减少能耗。
3.3增强换热器性能
换热器是BOG与制冷剂进行热交换的主要场所,其性能直接影响再冷凝效率。换热器设计:采用高效紧凑型换热器,增加换热面积,减少流体阻力,提高换热系数。材质与涂层:选择耐腐蚀且导热性能良好的材料,并考虑表面处理,减少结垢和腐蚀,保持换热效率。在线清洁与维护:定期清洗换热器,避免积垢降低换热效率。
3.4实施先进的控制系统
先进的自动化控制系统可以实时监测和调整工艺参数,确保BOG再冷凝工艺的稳定与高效。实时监测与数据采集:安装传感器和数据采集系统,持续监控BOG流量、压力、温度等关键参数。智能控制算法:采用PID(比例积分微分)控制、模糊逻辑或机器学习算法,自动调整压缩机、制冷剂循环泵等设备的运行参数。故障预测与健康管理系统:集成故障诊断和预测维护功能,预防设备故障,减少非计划停机时间。
4结束语
通过对LNG接收站BOG再冷凝工艺的优化措施进行阐述和分析,可以看出这些措施在提高BOG回收率、降低能耗以及提高系统稳定性等方面具有显著效果。在实际应用中,应根据接收站的具体情况和需求选择合适的优化措施,并加强监测与管理以确保BOG再冷凝工艺的稳定运行和高效回收。
参考文献
[1]李昌徽.刍议LNG接收站再冷凝工艺优化[J].中国化工贸易,2019,31(36):23.
[2]仇德朋.LNG接收站中再冷凝工艺的技术分析及优化[J].能源化工,2017,38(4):24-27.
[3]郭慧军,逯国英,宋义伟,等.大型LNG接收站BOG处理工艺优化研究[J].当代化工,2017,46(6):1165-1167.