新增LNG储罐预冷过程中的气体处理方法

张豪，杨伟红，李民星，王俊鹏(中海浙江宁波液化天然气有限公司，浙江 宁波 315800)

1 LNG接收站和LNG储罐预冷简介

1.1 LNG接收站

近年来，全球液化天然气(liquef ied natural gas，LNG)因具有运输和储运便利、对环境无污染等优点，LNG贸易已成为全球能源市场的热点。为保证能源供应多元化和改善能源消费结构，国家越来越重视LNG的引进，沿海地区开始大规模兴建LNG接收站[1]，如图1所示。

LNG接收站的主要功能是通过LNG船舶将液化天然气从国外进口至国内LNG接收站，通过卸料臂存储在LNG储罐中，通过罐内泵增压后一部分直接输送至LNG槽罐车，通过槽罐车运送至LNG加气站、小型汽化站、工厂等用户；另一部分通过高压泵再次增压进入汽化器汽化，通过管道输送至下游燃气用户、天然气发电厂和工厂用户[2]。

1.2 LNG储罐预冷

LNG储罐作为接收站的核心设备，正常工作温度为-163 ℃。LNG储罐建成后罐内部处于常温状态，若直接填充LNG，一方面LNG会急剧汽化，体积会增大600倍，使罐内压力迅速升高，损坏罐体；另一方面LNG作为低温介质，瞬间与罐内Ni9钢接触，使Ni9钢温度骤降发生应力变形，撕裂焊缝造成罐体结构性损伤。因此LNG储罐正式投用前，需要对罐体进行预冷，使罐内温度缓慢降至工作温度，同时有效检验罐内低温材料质量、焊接质量、管道冷缩量和管托支撑效果及低温阀门密封性等，降低生产过程中的安全风险。

根据EN 14620-5规定，储罐预冷过程中温降速率宜为3 ℃/h，最大不超过5 ℃/h，罐壁或罐底任意两个不相邻温度传感器之间温度差不宜大于30 ℃。预冷时要逐步降低储罐和相关工艺管道温度，防止温度骤降影响金属材料性能产生较大应力而损伤储罐和管件[3]。

储罐预冷一般采用LNG通过预冷管道进入罐体，通过热交换将罐体温度缓慢降至工作温度。储罐预冷会产生大量BOG气体，需要将产生的BOG气体排出以降低储罐压力和温度。BOG气体易燃易爆，不能直接就地排放，常规BOG处理方式有BOG压缩机回收和火炬放空燃烧。目前LNG 接收站储罐常规预冷主要有以下两种方式。

1.2.1 通过卸料系统预冷LNG储罐

直接利用卸料管道内的LNG进入储罐预冷管道对储罐进行预冷。由于卸料系统正常运行压力一般维持在0.2 MPag，储罐预冷后期需将压力控制在0.5 MPag(储罐喷淋头的工作压力，此压力下储罐预冷效果好)。因此，利用卸料系统无法完全满足储罐预冷后期压力控制要求，且该操作模式下卸船作业也会影响储罐预冷进度。所以该方式主要用于接收站投用初期接卸首船LNG储罐预冷操作，利用船内泵及汽化器气化加压，通过卸料管道对LNG储罐进行预冷。

1.2.2 通过低压外输系统预冷LNG储罐

该方式适用于接收站扩建储罐预冷，通过直接利用低压外输管道跨接至储罐预冷喷淋管道实现预冷[4]。低压外输系统压力通常在1 MPag左右，预冷时需控制预冷压力。

2 BOG气体回收方式

新增LNG储罐预冷工艺与接收站首次投用LNG储罐预冷方式不同，考虑到接收站已处于正常生产运行状态，新增LNG储罐预冷产生的BOG回收操作更加复杂。结合实践经验，总结出LNG接收站新增储罐预冷产生的BOG气体回收主要有以下三种方式。(1)预冷产生的BOG管道与已投用储罐连通，直接通过BOG压缩机回收。(2)预冷产生的BOG管道与已投用储罐连通，通过火炬放空燃烧。(3)预冷前期隔离在用储罐BOG流程，新增LNG储罐预冷产生BOG通过火炬放空燃烧。

2.1 BOG压缩机直接回收处理

将新增LNG储罐BOG管道与已投用储罐BOG管道连通，关闭火炬放空阀门，新增储罐预冷产生的BOG气体与已投用储罐内的BOG混合后直接通过BOG压缩机回收。该方法适用于储罐预冷后期，此时BOG温度较低，且组分中氮气较少，对压缩机运行状况影响较小。

2.2 火炬放空燃烧处理

新增LNG储罐BOG管道与前期投用储罐BOG管道连通，关闭BOG压缩机，新增LNG储罐预冷产生的BOG气体与已投用储罐内的BOG混合后通过火炬放空燃烧。该方法适用于储罐预冷任何一个阶段，对BOG处理系统影响最小。

2.3 火炬燃烧与BOG压缩机回收联合处理

新增LNG储罐预冷前期，将已投用的储罐压力降低至8 kPag左右，此时将已投用的储罐BOG系统进行隔离，隔离过程中压力增长至火炬放空值26 kPag需8～9小时。新增储罐预冷产生的BOG通过火炬放空燃烧，待新增储罐BOG温度达到-89 ℃(乙烷露点，在此温度和压力下易液化成液滴)时，与已投用储罐BOG管道连通，将混合后的BOG气体通过BOG压缩机回收。

3 BOG处理方式对比分析

新增LNG储罐预冷产生的BOG气体处理方式选择主要考虑经济性和可操作性。

3.1 BOG压缩机直接回收

BOG压缩机直接回收工艺可以实现BOG零放空，经济效益显著，但在实际可操作性差。BOG压缩机回收BOG时，经过入口缓冲罐进行气液分离，然后经过入口过滤器过滤杂质，最后进入BOG压缩机增压后送至再冷凝器[5]，流程如图2所示。

新增LNG储罐预冷前期产生的BOG气体温度较高，组分中包含氮气、乙烷、丙烷等重烃物质，当与接收站其他在运行的储罐中产生的BOG混合后，该混合气体通过BOG压缩机入口过滤器时，组分中的C2H6、C3H8等重烃会液化形成液相膜而使压缩机入口过滤器堵塞，导致BOG压缩机入口压力快速下降，影响BOG压缩机的正常运行，无法实现BOG回收。

3.2 火炬放空燃烧处理

火炬放空燃烧操作简单，但经济性差。按照储罐预冷平均速度4 ℃/h，约耗损LNG120 t。此时，新增LNG储罐与已投用储罐BOG管道处于连通状态，故已投用储罐产生的BOG也会随之燃烧，增加了BOG损耗量，造成资源严重浪费。

3.3 火炬燃烧与BOG压缩机回收联合处理

采取火炬燃烧与BOG压缩机回收联合处理方式，步骤如下：(1)提前将组分较轻的LNG卸至已投用储罐，利用该罐内的LNG作为新增LNG储罐的预冷介质，从源头减少LNG中重烃含量，预冷前利用此罐内LNG置换新增储罐预冷管道。(2)提前将已投用储罐压力降至正常操作压力下限8KPag左右(具体值根据各接收站储罐设计要求和实际操作范围而定)，新增储罐预冷前与已投用储罐BOG系统隔离。(3)新增LNG储罐预冷前期，产生的BOG 气体通过火炬燃烧。根据实践经验，LNG储罐BOG系统隔离时，罐压上升速率约2 kPag/h，至已投用储罐压力达到正常操作压力上限26 kPag (具体值根据各接收站储罐设计要求和实际操作范围而定)约9 h，预冷至-89 ℃大约需要15 h。故前9 h内，新增LNG储罐预冷产生的BOG通过火炬放空燃烧，9～15 h期间将BOG系统连通并投用，混合气体通过火炬放空燃烧。(4)当新增LNG储罐预冷产生的BOG达到-89 ℃时，关闭火炬系统，启动BOG压缩机回收该混合气体。

4 结语

(1) BOG压缩机直接回收处理、火炬放空燃烧处理、BOG压缩机直接回收与火炬放空燃烧联合处理是对LNG储罐产生的BOG最常见的处理方法。(2)新增LNG储罐预冷，操作较复杂。综合对比分析，新增LNG储罐预冷产生的气体处理方法中，BOG压缩机直接回收处理虽然经济性最强，但不具备可操作性，而火炬放空燃烧处理虽然操作简单，但经济性较差，所以采用火炬燃烧与BOG压缩机回收联合处理属于最优方法，可为LNG接收站新建储罐预冷时BOG处理工艺选择提供参考。