LNG系统BOG计算

1、液化天然气BOG的计算方法与处理工艺燃气安全网2013-06-14阅读：10585摘要：介绍了液化天然气BOG（BoilOfGas,蒸发气）的产生原因，以及不同条件下BOG!的计算方法，以及直接压缩和再冷凝两种BOG理工艺，利用伯努利方程定量地对两种处理工艺的能耗进行比照，并进行实例验算。结果说明：在相同工况下，再冷凝工艺比直接压缩工艺节能，且处理的BOGS越大、LNG储罐储存压力越低、外输管网压力越高，再冷凝工艺的节能效果越明显。得出结论：再冷凝工艺适合于大型LNG接收站处理BOG而直接压缩工艺适合于小型LNG卫星站处理BOG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

2、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车入，罐内产生大量BOG（BoilOfGas,蒸发气）气体2。为了保证LNG储

3、罐压力在安全范围之内，必须将过量的BO8体处理掉。如何处理BOGt体，成为LNG收立或LNG卫星站的关键工艺。1BOG的计算方法2大连LNG妾收站拥有3台LNG立式储罐，容积16X104m3最高工彳压力129kPa,以该站为例，进行LNG接收站日产生BOG勺质量计算。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勺质量计算。1.1 外界环境热量侵入产生的BO或量在实际工程中，根据经验值法计算BOG勺质量:式中：G1为储罐因外界环境热量侵入产生的BOG量，kg/h;I为蒸发气产生系数（，0.05%0.

4、08%）/d;pLNG为储罐内LNG勺密度，kg/m3;V£为储罐实际储存LNG的体积,m3假定1=0.08%,pLNG=445kg/m3充装率（储罐内LNG与储罐总容积之比）为90%对于LNG接收站，Ve=14.4X104m3则G1=2136kg/h,3个储罐因环境热量侵入而产生的BOG量为153.8t/d。对于LNG卫星站，Ve=90m3则G1=1.335kg/h,10个储罐因环境热量侵入而产生的BO或量为320kg/d。1.2 LNG进液泵运行产生的BOG量LNG进液泵运行产生的BO顷量为：3600Pq二-M式中：G2为LNG进液泵运行时机械能转化为热能而产生的BO电量，kg/

5、h;P为LNG进液泵的功率，kW;Ah0为LNG的汽化潜热，kJ/kg。LNG汽化潜热近似取440kJ/kg。对于LNG接收站，大连LNG接收站所使用的LNG进液泵功率为82.5kW,则G2=2025kg/h,假设每10d进液一次，则大连LNG收立因LNG进液泵运行而产生的BOG量为4.86t/d。对于LNG卫星站，山东淄博LNG卫星站所使用的LNG进液泵功率为2.5kW,则G2=20.45kg/h。假设该站一天进液一次，一次进料所需时间为2.63.3h,则因LNG进液泵运行而产生的BOG量为530670kg/d。1.3 容积置换产生的BOG量从罐顶送入LNG时，由于容积置换产生的 BO顷量为

6、:式中：G3为容积置换时产生的BOG量，kg/h;31、32分别为LNG储罐的进出料速度，kg/h;pLNG为进料前BOGK体的密度，其值取3.5kg/m3。对于LNGWI攵立LNG船的正常卸料能力为co1=6230kg/h,LNG正常出料流量为co2=200.25kg/h,则LNG接收站因容积置换而产生的BO电量为113.8t/d。对于LNG卫星站，LNG储罐的进、出料速度通常为1215t/h、34t/h,则LNG进料时因容积置换产生的最大BO电量为（15-3）X1000X3.5/445=94kg/h,而因LNG进料而产生的最大BO电量为2440kg/d。根据式（1）式（3）的计算结果，在正

7、常，f#况下（不考虑事故的发生），LNG接收站产生的BOG1为1282.3t/d。LNG卫星站产生的BOGt最大可达3.43t/d。2BOG气体处理工艺处理BOG!体的传统方法有4种：将储罐内的BO%回至LNG船舶或LNG槽车，填补卸料时产生的真空3;通过压缩机将BOCB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；通过压缩机直接将BOGE缩，到达外输管网所需压力后输出：送火炬燃烧，当BOGS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

8、况下才能使用。第2和第3种方法均是将BOGm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LNGfW罐内的BOG!过气液别离罐别离掉液相部分,再将BOG!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。LEG中啤.用I汽抬小缩I N派闾国图1EU。热按任缩工艺遭相册2.2 再冷凝工艺再冷凝工艺流程（图2）:将经气液别离罐别离的BOG!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勺流量控制进入

9、再冷凝器的LNG宛量，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。t一.%脑_二 rfH-jMM rlnvmwwLNh-LNGk 沾用2网冷遍aifcfvrafflIROG将冷4n艺请用国2.3 两种工艺的能耗比较直接压缩工艺通过压缩机将BOGE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：jVP：犷为第或为陶机的小四 n： pi<

10、;6海单为生就林蛤邙状您的Hi力.P/ p为中伟 9f酌g为小白11闻跖 皿；，也为单做质片流体#的神1他. in； ui l物为怵"而体始外状否的流速，“ft%为单位质4施体银稗的动肥.m；胃胃打单隹如瀛体始终状毒的利置协健，m:1一局与巾忖币皿而仲我用的例廉.nu同：为单位厮制流体的海动用力相央.m.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

11、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的天然气进彳TBO电量验算，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，得到其输送功率的比照结果(表1)。*1H箱用即端工艺与国内需工艺场项平时比!'阳FdJjtAwiai1|4端M一麻.i门2.UOHr3JO1wQ.8*3RQwTTC口隹OJ&3.in3_CO.MAin-IJft工好7i旧5jli立it心ll.il口必(1)根据实例18,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。

12、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BOGt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14,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58,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

13、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BOGS很大(年接收量为300X104t的大连LNG接收站日平均BOCT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(610MPa),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妾收站利用再冷凝工艺处理BOG1然是比较经济的。小型LNGS星站需要处理的BOGt并不多，最多仅3.43t/d;其储罐均是压力容器，工作压力可达0.81.0MPa。同时，LNG卫星站离用户

14、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11.5MPa,小规模的LNG卫星站压力只有0.30.5MPa。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BOGR能节约0.02kWh能耗，而且小型LNG卫星站无法为BOG勺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：1刘新领.液化天然气供气站的建设J.煤气与热力，2002，22(1)：35-36.2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):7-10.3 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-offgascompressionp