PDF《LNG 接收站 B OG 再冷凝工艺 H YSYS 模拟及优化》

L N G 接收站B O G 再冷凝工艺 H Y S Y S模拟及优化 汪蝶1 张引弟1 杨建平2 伍丽娟1 1.

长江大学石油工程学院 2. 中国石油辽河油田公司 S A G D 开发项目管理部 摘要在BOG 的再冷凝工艺流程中, 主要能耗来源于压缩机.为了减少 B OG 的压缩能耗, 保 障系统稳定运行, 分析了B OG 压缩过程压力比焓( p - H ) 的变化, 并运用 HY S Y S对原有B OG 处理工艺 流程进行了模拟研究, 由此对工艺流程和系统作了改进及优化.结果表明, 改进后的工艺流程比原有工 艺流程压缩机能耗降低约1 5. 5%, 最小物料比也相对减少, 两者降低有利于系统的稳定运行. 关键词 B OG 再冷凝 HY S Y S模拟 节能 优化 中图分类号: T E

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5 文献标志码: A D O I :

1 0.

3 9

6 9 / j . i s s n .

1 0

0 7 -

3 4

2 6.

2 0

1 6.

0 5.

0 0

7 H Y S Y Ss i m u l a t i o na n do p t i m i z a t i o no fB O Gr e c o n d e n s a t i o n p r o c e s sa tL N Gr e c e i v i n g t e r m i n a l W a n gD i e

1 , Z h a n gY i n d i

1 , Y a n gJ i a n p i n g

2 ,W uL i j u a n

1 ( 1. S c h o o l o fP e t r o l e u mE n g i n e e r i n g, Y a n g t z eU n i v e r s i t y, W u h a n4

3 0

1 0 0, C h i n a;

2. S A G DD e v e l o pm e n t P r o j e c tM a n a g e m e n tD e p a r t m e n t o fL i a o h eO i l f i e l dC o mp a n y, P e t r o C h i n a, P a n j i n g1

2 4

0 1 0, C h i n a ) A b s t r a c t : D u r i n gt h eB OGr e c o n d e n s a t i o np r o c e s s , t h ew o r ko fc o m p r e s s o ri st h e m a i ne n e r g y c o n s u m p t i o n .T h i sp a p e ra i m e dt or e d u c et h ee n e r g yc o n s u m p t i o ni nB OGt r e a t m e n tp r o c e s sa n d e n s u r e t h e s t a b i l i t yo f t h e s y s t e m. B a s e do n t h e a n a l y s i so f p r e s s u r e - e n t h a l p y( p - H ) v a r i a t i o n i nB OG c o m p r e s s i o np r o c e s s , t h eB OGt r e a t m e n tp r o c e s s i ss i m u l a t e db yHY S Y S. A n dt h e nt h ep r o c e s sa n d s y s t e ma r eo p t i m i z e d i nt h i sp a p e r . T h er e s u l t ss h o wt h a t t h eo p t i m i z e ds y s t e me n e r g yc o s t s1 5. 5% l e s st h a nt h eo r i g i n a ls y s t e m,a n dt h e m i n i m a l m a t e r i a lr a t i oa l s od i m i n i s h e s .B o t hd e c r e a s e si n o p t i m i z e ds y s t e ma r eu s e f u l f o r t h es t a b l eo p e r a t i o no f t h es y s t e m. K e yw o r d s : B OG, r e c o n d e n s a t i o n ,HY S Y Ss i m u l a t i o n , e n e r g yc o n s e r v a t i o n , o p t i m i z a t i o n L NG 具有解决远海和荒漠地区气田开发、 回收边 远气田 天然气等优点, 因而得到了广泛的运用[

1 - 2] . L NG 具有低温特性, 由于设备漏热、 产热、 作业过程中 储罐与船舱的压差等因素, 接收站系统将产生一定量 的蒸发气体( B OG) [ 3] .B OG 的处理 工艺是 L NG 接 收站的核心工艺[

4 -

6 ] .结合气化外输压力、 最小外输流 量以及能源利用的合理性等因素, B OG 气体处理工艺 的优先顺序为: ①返回 L NG 船填补舱压;

②返回 L NG

0 3 石油与天然气化工CHEM I C A LE NG I N E E R I NG O FO I L &

G A S

2 0

1 6 基金项目: 国家自然科学基金 C O

2 气氛下煤及碳氢燃料燃烧碳烟颗粒物 ( S o o t )的形成机制 (

5 1

3 0

6 0

2 2) ;

湖北省自然科学基 金 C O

2 氛围下煤粉火焰挥发组分中碳烟颗粒物 ( S o o t )的形成机制研究 (

2 0

1 3 C F B

3 9 8) ;

中国石油科技创新基金 稠油热采地面 注汽锅炉热能高效利用及 C O

2 富集驱油联产技术研究 (

2 0

1 5 D -

5 0

0 6 -

0 6

0 3 ) ;

长江青年科技创新团队基金 页岩气采输流动保障及 应用新技术 (

2 0

1 5 c q t

0 1 ) . 作者简介: 汪蝶(

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9 0-) , 女, 湖北天门人, 长江大学在读硕士生, 现主要从事油气储运工程专业燃气方向的研究工作.E - m a i l :

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0 3

0 7

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7 5@q q . c o m 储罐;

③再液化;

④直接压缩;

⑤燃料气利用;

⑥火炬燃 烧或储罐压力安全阀放空[

7 ] .2

0 0

9 年杨志国等通过 调节 B OG 压缩机压缩比、 物料比等再冷凝工艺参数, 实现 B OG 再冷凝工艺的优化运行.并针对 B OG 再 冷凝工艺能耗偏高的问题, 提出利用高压 L NG 预冷 增压后 的BOG, 降低BOG 压缩机压缩比的工艺流程[ 3,

8 ] .2

0 1

4 年徐天源等从热力学的角度提出了BOG 多级压缩再冷凝工艺, 通过调节压缩机的压缩系 数和 B OG 分流比达到减少压缩机能耗的目的[ 9] .本 文针对 B OG 再冷凝过程中压缩机能耗较大的问题, 运用 B OG 再冷凝工艺中 B OG 与LNG 的压力比焓(p-H)图, 从理论上分析了工艺优化的可行性.在此 基础上对现有 B OG 再冷凝处理工艺进行改进, 通过 分析各种因素对压缩机能耗的影响, 达到减少压缩机 能耗、 保障系统平稳运行的效果;

同时通过对物料比的 分析, 进一步验证了改进方案的可行性.

1 B O G 再冷凝液化工艺 B OG 直接压缩工艺中, B OG 经压缩机加压、 计量 加臭后以高压天然气进入外输管网供下游用户使用. 直接 压缩工艺适用于小型LNG 卫星站处理BOG;

B OG 再冷凝液化工艺中, B OG 经压缩机加压后进入 再冷凝器, 与一部分过冷 L NG 换热, 形成液态, 并与 剩余 L NG 一起通过高压泵加压, 进入气化器气化, 再 外输.再冷凝工艺适用于大型LNG 接收站处理BOG.其工艺流程如图1所示[

1 0 -

1 3] . 再冷凝器主要有3个功能: ①冷凝 B OG;

②作为 L NG 高压泵的入口缓冲罐;

③再冷凝器内部液位高度 可满足 L NG 高压泵入口 N P S H 的要求[

1 4] .将LNG 加压, 使其成为过冷液体, 再与高压的 B OG 换热, 控制LNG 的流量, 可以使经过再冷凝器的 B OG 正好变 成饱和状态的 L NG, 此时的 L NG 流量是再冷凝器的 最小流量.

2 B O G 再冷凝工艺压力比焓图分析及优化 L NG 经过罐内低压泵加压, 压力增大, 温度基本 不变, 泡点温度随压力增大而升高, 由式( 1) [

1 5 ] 可知, 此时 L NG 拥有一定的过冷度, 称为过冷 L NG.L NG 低压泵吸入的 L NG 状态为饱和液体, 经过低压泵加 压后, 输出 L NG 的状态为过冷液体. 过冷 L NG 具有的冷能为: Q= c m( T2-T1) (

1 ) 式中: c为LNG 比热容;

m 为LNG 质量;

T1 为LNG 经液下泵后温度;

T2 为LNG 的泡点温度. 为了对 B OG 再冷凝工艺进行优化, 降低压缩机 能耗.利用经低压泵加压的具有较大冷能的 L NG 对 经第一级压缩机加压的 B OG 进行预冷, 降低第二级 压缩机入口 B OG 的温度, 减少压缩能耗.对BOG 的 压缩过程原有工艺和改进工艺进行热力学分析, 图2 为BOG 再冷凝原有工艺及改进工艺的压力比焓比较图. 图2中等温线为其中4个不同温度下的等温线. A B E线( 直线) 为原有 B OG 压缩过程.A B C D 是在原 有工艺的基础上改进的 B OG 压缩过程, B OG 缓冲罐 出来的 B OG 经一级压缩机加压到 B 点, 与经过低压 泵加压的具有较大冷能的 L NG 换热, 降温到 C 点后 经第二级压缩机加压得到所需的压力 D 点.在相同 的压缩比时, 原有工艺的比焓变化为 Q 3;

改进工艺的

1 3 第4 5卷第5期 汪蝶 等LNG 接收站 B OG 再冷凝工艺 HY S Y S模拟及优化 比焓为Q 1+Q 2. 原有工艺压缩过程: B OG 经A、 B、 E压缩过程, 压 缩机械功耗为: W1=Q 3・F / η (

2 ) 改进工 艺压缩过程: B OG 经A、 B、 C、 D 压缩过程, 压缩机械功耗为: W2=( Q1+Q2) ・F / η (

3 ) 式中: W1 为原有工艺压缩机功耗, k J / h;

W2 为改进工 艺压缩机功耗, k J / h;

F 为进入压缩机 B OG 的质量流 量, k g / h;

η为压缩机的机械效率, %. 在进入压缩机 B OG 的质量流量F 和压缩机机械 效率η 一定的情况下, 从图2中可以看出, Q 3>

Q 1+ Q 2, 故W1>

W2;

在第二级压缩机 B OG 出口压力一定 的情况下, Q

1、 Q 2随第一级压缩机出口压力( 即B点的位置) 和第二级压缩机 B OG 入口温度( 即C点的位 置) 的变化而变化, 通过同时调节第一级压缩机的出口 压力和第二级压缩机 B OG 的入口温度可以得到最佳 节能工艺, 即使Q 1+Q 2最小化, 工艺流程最优化.

3 B O G 再冷凝工艺流程 H Y S Y S模拟 由上一节的分析可知, 经低压泵加压后的 L NG 具有一定的冷能;

通过对一级压缩后的 B OG 预冷到 适当的温度, 再进行第二级压缩可以达到减少压缩能 耗, 进而减少总能耗的目的.基于此原理, 对原有工艺 进行 改进, 运用经低压泵加压后的具有一定冷能的LNG 对一级压缩后的 B OG 预冷, 并对工艺流程进行 了参数优化. 3.

1 物性参数 以国内某常规 L NG 接收站 B OG 再冷凝系统工 艺流程为例, 运用 HY S Y S软件对设计工况下的运行 参数进行模拟. 储罐的日蒸发率(质量分数)为0.

0 0 5%.取B OG 的质量流量为35

0 0k g / h.再冷凝 器压力越高, 节能越少, 考虑到操作方便等因素, 再冷 凝器压力一般控制在0. 6~0.

9 MP a [

1 6 ] .本研究选取........