LNG接收站BOG处理系统工艺及控制研究.pdf

接收站 处理系统工艺及控制研究丁乙（中国石化天然气分公司，北京市 ）摘要：分析了液化天然气（）接收站蒸发气（）的来源，对 需处理量进行了计算，得出：在卸船工况及非卸船工况下的 需处理量分别为 和 。研究了 处理系统的组成和再冷凝工艺，通过提高再冷凝换热效率、将低压 直接外输、控制储罐压力等方式，对再冷凝工艺及 处理系统进行了优化。分析了进入再冷凝器的 所需的 量、再冷凝器液位、再冷凝器顶部及底部压力等参数。利用调节器调整进入再冷凝器的 流量；通过调节阀门 的开度控制再冷凝器底部压力；通过调节 压缩机负荷调整再冷凝器液位，实现液位控制的优化。关键词：接收站 处理系统工艺控制储罐压力再冷凝器在液化天然气（）的储存过程中，随着外界热量进入系统，蒸发气（）伴随着 的蒸发而大量产生 。然而过多的 会导致储罐及容器内的压力升高，影响接收站的安全、节能运行，故有必要对 处理系统工艺和控制进行研究 。肖荣鸽等 从 站无外输、产生量过大这两种特殊工况入手，增设压缩 储罐，虽能初步达到节能效果，但对 的处理控制来说仍有一定提升空间。等 设计了一种利用过冷 直接再液化 的工艺，从 储罐底部泵出的一部分 经过反向布雷顿氮气循环过冷，通过喷射将 重新液化送回罐中，虽损失较少，但仅考虑了局部优化。文中参考高压压缩机系统、储罐压力控制系统等的情况，对 处理系统进行了优化。的来源及其需处理量的计算 的来源根据接收站主要装置的特点，产生的主要原因如下：自然蒸发，目前国内 接收站的 储罐容积多为 ，储罐内外温差大，这会导致储罐内的部分 气化为 ，储罐的设计日蒸发率为 ；卸船时船舱内 温度高于储罐内 温度，船舱内温度较高的 经卸料系统进入储罐并与储罐内 混合，这会产生一定量的 ；船的货仓泵及储罐的罐内泵产生热量，部分 吸收了泵运行时产生的热量气化为 ；管道或设备吸热，管道或设备吸收了外界热量后温度升高，温度较高的 循环回储罐会导致 的产生 。需处理量的计算 产生量主要与 储存系统吸热量有关，是否卸船及外界温度对 的产生量影响较大，同时 需处理量决定着 压缩机和再冷凝器的负荷 。以某接收站为例，船装载量 ，卸料速度 ，外输量 ，储罐压力 ，储罐台，气化潜热为 ；在非卸船工况下，外输量 ，储罐压力 。经计算得：卸船工况下 需处理量为 ；非卸船工况下 需处理量为 。处理系统工艺及优化 处理系统简介 再冷凝系统、高压压缩机系统、储罐压力控制系统、燃料气系统、火炬系统等构成了完整的 处理系统，见图。低压 主要来自于储罐 ，大部分经再冷凝系统进行处理；再冷收稿日期：。作者简介：丁乙，工程硕士，长期从事天然气储运设施建造、运行、安全管理等工作，曾参与川气东送、青岛 等工程。联系电话：，：。凝器排放气、凝液罐排放气、装车返回气、热控安全阀（）放空气、压力安全阀（）放空气及外输天然气（）补充气均为间断性产生，与储罐 相比较少。中压 主要来自于经 压缩机压缩后的低压 ，大部分经再冷凝器冷凝成液体，还有一部分进入燃料气系统。图 处理系统 再冷凝系统 再冷凝系统的动设备主要为 压缩机，静设备包括再冷凝器、压缩机入口分液罐、凝液罐等。再冷凝系统流程示意见图 。图 再冷凝系统流程示意 高压压缩机系统当外输量不足以将产生的 全部冷凝时，启动高压压缩机系统。在夏季气温高而用气量相对较小时，卸船工况会产生大量 ，若再冷凝效果不佳导致不能将 完全冷凝，可以重新启动高压压缩机。当再冷凝器跳车或者处于除全厂停电外的其他工况时，启动高压压缩机，最后恢复再冷凝器。高压压缩机为活塞式压缩机。储罐压力控制系统当储罐压力在 时能够正常储存一定量的 。当储罐压力高于 时，控制系统控制阀处于打开状态，可将部分超过额定压力的气体排至火炬。当压力高于 时达到安全阀起跳阈值，此时将气体排入大气中。当压力低于 时，需要补充储罐压力，可采用输出 的方式减压。燃料气系统和火炬系统燃料气系统主要包括燃料气管线及加热器。燃料气主要来自于 压缩机出口、浸没燃烧式气化器出口、开架式海水气化器出口。火炬系统由火炬和火炬分液罐组成。正常运行时，火炬长明灯保持燃烧状态，地面点火器采用液化石油气作为气源。处理系统优化（）提高再冷凝换热效率。当压力恒定时，再冷凝器所需的冷量与进入再冷凝器 的温度成正比，将 冷交换器置于 压缩机出口至再冷凝器入口之间，在 进入再冷凝器前将其冷却到 。（）将低压 直接外输。在接收站周边有低压 用户且用量大的情况下，将 压缩机出口的 经加热器加热后直接外输。（）控制储罐压力。在卸船前降低储罐压力，增加储罐储气能力，从而降低再冷凝器的负荷。再冷凝器运行控制及优化 再冷凝原理在某一压力范围内，处于过冷状态的 与 接触后经传质传热将 冷凝为 。相图见图 。再冷凝器结构国内 接收站再冷凝器一般为单层换热塔，与 同时进入再冷凝器进行接触换热。为了增加换热面积、提高换热效率，再冷凝器中上部设置塔盘和鲍尔环填料。只有一部分 进入再冷凝器与 换热，其余 通过旁路进入高压泵入口汇管。图 相图 再冷凝器的控制某 接收站再冷凝器工艺控制方案见图 。由再冷凝器顶部输入物料，包括经 压缩机增压后 、高压泵气相放空 和经节流补压的外输气等 股气体。图 某 接收站再冷凝器工艺控制方案 控制参数分析（）进入再冷凝器的 所需的 量。温度恒定时，气体露点与气体压力成正比。因此，压缩机出口压力增大将导致 冷凝温度升高，再冷凝冷量随之减小，物料比（）也同步减小。压力增大到一定阈值（）后，其对物料比的影响不显著，此时通过压力控制物料比的效能降低。（）再冷凝器液位。再冷凝器液位与 密度、顶部与底部压差有关。进入再冷凝器的 密度减小或顶部与底部压差增大，均会导致再冷凝器液位升高。（）再冷凝器顶部及底部压力。再冷凝器液位、高压泵入口压力由再冷凝器顶部及底部压力决定，再冷凝器底部压力等于顶部气相压力与再冷凝器内液相静压之和。高压泵入口压力等于再冷凝器底部压力，再冷凝器底部压力与进入高压泵 的饱和蒸气压的压差必须达到高压泵的有效汽蚀余量。再冷凝器控制（）进入再冷凝器的 量的控制。再冷凝器通过流量比值调节模块 计算所需的 量，通过调节器调整 管线上 阀的开度，进而控制进入再冷凝器的 流量。（）液位控制。液位偏低时，增大 入口管线 阀的开度、减小低压总管 阀的开度；液位偏高时，打开高压外输气补气管线上的 阀来增加再冷凝器气体量。（）压力控制。使用 阀控制再冷凝器顶部压力，通过调节阀门 的开度来控制再冷凝器底部压力，实现分程控制，底部压力与 的开度成正比。再冷凝器运行及控制优化启、停高压泵会导致高压泵的回流物料输入再冷凝器，引起再冷凝器液位的骤然变化，对再冷凝器的平稳运行产生了一定的阻碍。优化时，增加一条返回 储罐的旁路用于高压泵回流；从节能减排的角度出发，在 进入再冷凝器前，使其与高压泵出口 在换热器内换热，既能提高再冷凝器的工作效率，也能使 液化所需的 量同步减小，还能降低再冷凝器负荷。小结对 处理系统工艺和控制进行了研究，计算得出：接收站在卸船及非卸船工况下的 需处理量分别为 和 。对 再冷凝器的运行进行控制和优化：通过流量比值调节模块 计算所需的 量，利用调节器调整进入再冷凝器的 流量；通过调节 压缩机的负荷来调整再冷凝器液位；使用 阀控制再冷凝器顶部压力，通过调节阀门 的开度来控制再冷凝器底部压力。参考文献 贾劲松 液化天然气汽化器技术研究进展及发展分析 化工装备技术，（）：苗嘉旭，李轩宇，门驰，等 接收站内 再冷凝工艺的计算与优化 能源化工，（）：肖荣鸽，戴政，靳文博，等 接收站 处理工艺改进及节能分析 现代化工，（）：，：张英，邱明刚，刘勇 加气站 动态模拟研究 安全、健康和环境，（）：石瑞瑞 天然气的液化工艺和储运安全性 化学工程与装备，（）：（编辑王艳星）（，）：（）（），：，