液化天然气(LNG)是一种优质能源,具有热值高、燃烧污染小的特点。LNG接收站的主要功能是接收远洋运输船运输来的LNG,并对其进行储存和气化,以获得气态天然气(NG)产品,并通过天然气管网向城市居民和(或)工业用户供气。
在LNG接收站的生产过程中,由于储罐、管道、设备等从环境吸热以及卸船闪蒸、大气压力变化等各种因素,在LNG储存和运输系统会从LNG中释放一定量的蒸发气(BOG)。若BOG处理不当,将导致低温储罐超压而发生危险,若外排燃烧将造成资源的浪费,同时,也带来了安全隐患和环境污染问题,从节能减排的角度考虑也是不可取的。因此,如何安全有效地处理BOG是LNG接收站必须面对的重要课题。
通常情况下,LNG接收站的BOG采用再冷凝法进行处理,这种方法相比直接法(LNG直接加压外输)更为安全、经济、环保,因此,在世界范围内被广为采用。
截至2013年3月,如图1所示,传统工业生产中,LNG接收站的BOG再冷凝系统主要包括LNG储罐101、LNG罐内低压泵102、再冷凝器103、LNG罐外增压泵104、BOG压缩机105、BOG压缩机出口换热器106、气化器107、火炬108等其他管道组件。图1中,LNG储罐中产生的BOG通过蒸发气总管进入BOG压缩机105加压,再经BOG压缩机出口换热器106换热后进入再冷凝器103。LNG储罐101中的LNG通过罐内低压泵102增压后具有一定的过冷度,一部分LNG进入再冷凝器与BOG在再冷凝器103中进行换热,另一部分LNG与再冷凝器中分离出的液体混合后进入罐外增压泵104,增压后,进入气化器107气化,然后通过液化天然气高压外输总管输送至下游天然气管网。
再冷凝器是传统BOG再冷凝工艺系统的核心设备,如图2所示。该再冷凝器103包括罐外壳201,位于罐外壳内部且位于LNG进液管下方使流到其上表面的LNG分布均匀的液体分布器202,位于分布器下方的填充了填料的填料床层203,位于再冷凝器底部的破涡器204。
再冷凝器顶部侧面LNG入口管路上设置有阀门E;再冷凝器顶部与BOG总管连通的管路上设置有阀门F;再冷凝器补气管道上设置有阀门G,BOG压缩机出口换热器冷源管道上设置有阀门H。
再冷凝器103中,由于LNG储罐操作工况的改变等因素都会造成BOG量的变化,这就需要控制进入BOG再冷凝器中的LNG的量,以使其能将所有的BOG全部冷凝,保证混合液输出管道以及下游设备的安全。由于BOG和LNG量的变化,再冷凝器中气压会发生波动,再冷凝器中液位也会呈现不稳定状态。当液面高度低于填料床层203的表面以下时,将会影响LNG和BOG的混合冷凝速度,有可能会使再冷凝器底部出口管道输出的LNG呈现近饱和状态,若有外界其他因素的影响(如环境气温升高等),LNG将会重新气化,从而造成下游LNG罐外增压泵104的“汽蚀”。
再冷凝器103的控制系统如图2所示。当再冷凝器103中的BOG压力增加时,压力控制器C控制阀门F打开,将103中的BOG排放至BOG总管。液位控制器G可监测再冷凝器的液位,并通过阀门G的开度来控制再冷凝器补气管道进入的气体量。当再冷凝器中的液位升高时,阀门G打开,向再冷凝器中充气,从而降低再冷凝器中的液位高度。再冷凝器的压力、进入再冷凝器的LNG流量以及BOG压缩机换热器后的BOG温度和流量信息分别通过压力变送器C、流量变送器A、温度变送器E、流量变送器D传输到逻辑运算器B中进行逻辑操作运算,并通过控制阀门E的开度将BOG在再冷凝器中全部冷却。进入再冷凝器的气体温度的控制由温度控制器F通过改变阀门H的开度来实现。
该再冷凝器内部组件(如鲍尔环,分离器装置,导流板,内部管道等)复杂,逻辑控制较复杂。且由于再冷凝器中的冷凝方式采取静态接触式,因此,冷凝效率较低,通常最高约为58%。另一方面,该再冷凝工艺在一定程度上具有能耗相对较高、设备投资较大、维修不方便等缺点。