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(BoilOffGas，蒸发气)的产生原因，以及不同条件下BOG量的计算方法,以及直接压缩和再冷凝两种BOG处理工艺，利用伯努利方程定量地对两种处理工艺的能耗进行对比，并进行实例验算。结果表明：在相同工况下，再冷凝工艺比直接压缩工艺节能，且处理的BOG量越大、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。
1 BOG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 在实际工程中，根据经验值法计算BOG的质量：
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式中：G1为储罐因外界环境热量侵入产生的BOG质量，kg/h;ζ为蒸发气产生系数(，0.05%～0.08%)/d;ρLNG为储罐内LNG的密度，kg/m3;Vε为储罐实际储存LNG的体积，m3。
假定ζ=0.08%，ρLNG=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，Vε=14.4×104m3，则G1=2136kg/h，3个储罐因环境热量侵入而产生的BOG质量为153.8t/d。对于LNG卫星站，Vε=90m3，则G1=1.335kg/h，10个储罐因环境热量侵入而产生的BOG质量为320kg/d。
1.2 LNG进液泵运行产生的BOG质量 LNG进液泵运行产生的BOG质量为：
式中：G2为LNG进液泵运行时机械能转化为热能而产生的BOG质量，kg/h;P为LNG进液泵的功率，kW;△h0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，若每10d进液一次，则大连LNG接收站因LNG进液泵运行而产生的BOG质量为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。若该站一天进液一次，一次进料所需时间为2.6～3.3h，则因LNG进液泵运行而产生的BOG质量为530～670kg/d。
1.3 容积置换产生的BOG质量
从罐顶送入LNG时，由于容积置换产生的BOG质量为：
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。
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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。
2 BOG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
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LNG系统BOG计算
