BOG压缩机运行工艺的技术分析

刘超(中石油京唐液化天然气有限公司，河北 唐山 063200)

1 BOG压缩机结构及运行参数

LNG的蒸发气体是由BOG压缩机进行加压后，将BOG输送至再冷凝器进行再液化处理。以唐山LNG接收站为例，站内的BOG压缩机为往复活塞式压缩机，也是最常见、应用最广的压缩机类型。这种类型压缩机的优点是排气量大，排气压力高，在石油与天然气行业中最通用的一种机型。

BOG压缩机的设备结构主要由气缸、活塞杆压盖、活塞杆、活塞、导向轴承、十字头、连杆、曲轴、驱动端、非驱动端、曲柄机构等组成，如图1所示。

图1 BOG压缩机的设备结构

BOG压缩机的质量流量为10018kg/h，标准体积流量为13662Nm3/h，入口体积流量为5166m3/h，设计温度为-157℃/-24℃，运行转速为494Rpm，吸入压力为0.009MPa，排气压力为0.805MPa，轴功率要求为689kW，电机额定值为900kW。BOG压缩机在运行时工作负荷分为四档，分别是25%、50%、75%和100%。可以通过控制室对压缩机进行负荷调节，BOG压缩机的负荷调节通过电磁阀对机体内部的卸荷阀和余隙阀来实现。

BOG压缩机有润滑油、冷却水等辅助系统。BOG在加压过程中，机体温度会快速升高。BOG压缩机的曲轴、十字头和导向轴承是通过润滑油进行润滑。在启动BOG压缩机前，操作人员需要手动启动辅油泵，将压缩机内的曲轴、中间轴承和十字头销轴承进行预润滑，润滑时间一般不能低于2min，润滑完成后才能启动BOG压缩机。当压缩机启动后，主油泵会自动启动，之前启动的辅油泵运行30s以后自动停止。启动BOG压缩机后，压缩机的曲轴、十字头和导向轴承由主油泵进行润滑。BOG压缩机停机时，主油泵会随着压缩机停止而自动停止。而辅油泵会自动启动，并在压缩机停止5min后自动停止。BOG压缩机在停机期间，当润滑油温度低于15℃时，辅油泵和油加热器会自动工作。当润滑油温度大于20℃时，油加热器会自动停止工作。当润滑油温度大于25℃时，辅油泵自动停止。当润滑油压力降到0.2MPa以下时，BOG压缩机将停止运行。

每台BOG压缩机都配备冷却水系统，系统主要包括一个氮气蓄能器，两个冷却水泵，两个冷却风机，一个电加热器，一个温控阀和相关的分配管线。冷却剂是由体积比为1∶1的水和乙二醇的防冻液组成，被分配到十字头、热障和润滑油系统。冷却水系统中的两台冷却水泵一般是一用一备，当主泵运行时如果冷却水压力低于0.2MPa时，备用泵自动启动。如果备用泵启动后冷却水压力还是不能维持在0.2MPa并持续10min后，BOG压缩机将自动停止运行。冷却水系统中的电加热器和冷却风扇的下游设置了一个温控阀，温控阀的主要作用是控制进入BOG压缩机的冷却剂的温度，设定值一般设定为30℃。当冷却剂温度低于20℃时，电加热器自动启动。当冷却剂温度高于26℃时，电加热器自动停止。当冷却剂温度高于34℃时，冷却风扇自动启动，当冷却剂温度低于34℃时，冷却风扇自动停止。当冷却剂温度高于40℃时，第二台冷却风扇会自动启动。当冷却剂温度再次低于40℃时，第二台冷却风扇将自动停止。

2 BOG的工艺处理流程

储罐中蒸发的气体通过BOG总管到达压缩机，经过BOG压缩机压缩后进入再冷凝器的顶部，进入后的BOG与低压输出总管的LNG在超级拉西环填料床层混合后被冷凝成LNG，再从再冷凝器底部的出口LNG管线流至高压泵。一般情况下BOG与LNG的质量比为1:8.4。

如图2所示，再冷凝器PIC-1300602压力的稳定对于接收站至关重要。当PIC-1300602压力过高时会使BOG压缩机的输送量减少，FX-1300601流量降低，PI-1300601压力升高，容易触发BOG压缩机出口压力高高联锁停车。当PIC-1300602压力过低时会使饱和蒸气压差值PDI-1300605减小，当差值降低到0.05MPa时同样触发联锁。所以在生产运行过程中要保证PIC-1300602压力的稳定。

图2 再冷凝器运行控制图

出口压缩机的负荷调整也会对再冷凝器的压力产生一定影响。压缩机提升负荷，FX-1300601流量升高，再冷凝器液位会出现下降，操作人员需要增加再冷凝器入口FCV-1300602的开度，保证再冷凝器液位稳定，同时还要减小PCV-1300602A或PCV-1300602B的开度，保证再冷凝器的压力稳定。相反压缩机减小负荷，FX-1300601流量降低，再冷凝器液位上升，要相应减小再冷凝器入口FCV-1300602的开度，并增加PCV-1300602A或PCV-1300602B的开度，保证压力稳定。

再冷凝器是连接着气相流程和液相流程的核心设备，它的运行状态直接关系到BOG的处理效果和高压泵的运行稳定与安全。所以在再冷凝器运行过程中需要对它进行流量控制、液位控制和压力控制。如果储罐BOG的量高于BOG压缩机和再冷凝器的处理量时，且储罐和BOG总管的压力一直升高并达到压力控制阀设定值时，过量的BOG会排放至火炬燃烧，以防止储罐压力和BOG总管压力过高带来的风险。

3 BOG产生量的计算

在接收站的工艺中，BOG的产生量决定着BOG压缩机的工作负荷。之前提到压缩机的工作负荷有25%，50%，75%，100%四档，可根据产生量及罐压对工作负荷进行调整。储罐内的BOG产生量一般采用这种计算方式：

Q1=ρ×V×η×n×24

式中：Q1为储罐内一天产生BOG的总量；ρ为储罐内LNG的密度(单位为kg/m3)；V为罐容；η为储罐日蒸发率；n为储罐的数量，24为一天的小时数。

一般采用这种方式可以将接收站内的储罐一天的BOG产生总量计算出来，偏差也不会太大，同时也对BOG系统和再冷凝器系统的运行提供了稳定保障。

4 BOG压缩机易损部件与监测分析

4.1 BOG压缩机易损部件

BOG压缩机的传递动力部分、气体进出及密封部分、辅助部分都是容易出现损坏的地方[1]。传递动力部分的损坏主要是曲轴、连杆、十字头、活塞等零部件的损坏。气体进出及密封部分的损坏主要是气缸、进气阀门、排气阀门、阀片、弹簧、填料函、活塞环和气量调节装置等部件的损坏。辅助部分的损坏主要是水、气、油三条管路上的冷却器、安全阀及管路系统的损坏。

4.2 BOG压缩机监测分析

由于以上三个部分在压缩机运行过程中容易产生损坏，需要采用监测手段解决这些问题。通常的解决方法是：监测进口和出口气阀的温度；监测机体振动情况；监测活塞杆下沉情况。监测机体振动一般在气缸处安装速度传感器，也可安装在机体的不同位置上，两个速度传感器采集的信号同时输送到一个双通道监测器中，以此来判断是否部件连接松动、气阀损坏等现象。活塞杆下沉的监测主要是在机体接近活塞杆适当位置上，安装一个非接触式电涡流位移传感器，当活塞受到磨损时，水平放置的活塞杆就会下沉，非接触式电涡流位移传感器和活塞杆之间的间隙会发生变化，所产生的电压变化信号会输送到活塞杆下沉监测器，从而监测到活塞的工作状况。

BOG压缩机运行时振源较多，结构相对复杂等情况使得压缩机运行时有时会发生一些故障，且故障诊断的难度较大[2]。同时BOG压缩机的机体和重量都较大，易损件也较多，增加了平时维护和检修的难度。所以在工作中对于BOG压缩机的正确维护和保养显得非常重要。操作员要严格按照操作卡正确启停压缩机，并按照维护规程维护压缩机。压缩机在运行时，操作员要密切监视工况的变化，根据工艺参数的变化来进行压缩机负荷的调节。在非紧急情况下，避免压缩机带负荷停车。

5 BOG压缩机运行时出现的问题及处理方法

压缩机出口BOG温度过高[3]，出现原因可能是：入口过滤器堵塞；入口BOG温度过高。处理方法主要是：定期拆开检查并清理过滤器；打开喷淋手阀冷却BOG入口管线温度。

压缩机出口BOG压力过低，出现原因可能是：活塞环漏气；气阀漏气。处理方法主要是：定期检查或更换活塞环；定期检查或更换阀片。

压缩机润滑油压力过低，出现原因可能是：油过滤器堵塞；油管堵塞；安全阀故障；油箱内油位较低。处理方法主要是：定期清洗油过滤器；定期检查疏通油管；定期校验安全阀；定期添加润滑油。

压缩机润滑油温度过高，出现原因可能是：油冷却器供水不足；润滑油变质；油冷却器堵塞。处理方法主要是：加大冷却器供水量；定期检查并更换润滑油；定期检查和清洗油冷却器。

压缩机BOG排气量过低，出现原因可能是：气阀泄漏；卸荷阀故障；气缸余隙容积过大。处理方法主要是：定期检查或更换气阀；检查并处理卸荷装置；调整气缸余隙。

压缩机轴承温度度过高，出现原因可能是：润滑油温度过高；润滑油变质；润滑油供量不足或中断。处理方法主要是：适度增加冷却水供给量；定期检查并更换润滑油；定期检查油过滤器和油泵。

6 结语

综上所述，BOG的有效处理不仅为接收站的运行节约了成本，同时也为接收站的运行安全提供了保证。压缩机的运行稳定需要操作人员日常巡检发现问题，也需要定期进行维护和保养，才能使生产运行更加安全稳定。