LNG 接收站BOG 压缩机国产化分析

秦赛雷，王建辉，王 婕

（山东省中远天然气技术服务有限责任公司济南分公司，山东济南 250098）

0 引言

LNG（Liquefied Natural Gas，液化天然气）的凝点温度为-162 ℃，在LNG 工厂中LNG 储存在绝热的储罐内，由于外界热量的侵入、储罐压力、初始充满率、LNG 组分以及储罐进出料、设备做功产生的热量等，使得LNG 吸收热量而气化[1]，形成BOG（Boil Off Gas，闪蒸气），久而久之BOG 会使设备、储罐、管线内的压力升高。为防止压力超高而造成不必要的损失，需要一台压缩机将BOG 压缩回收再处理[2]。

压缩机是化工企业常见的大型设备之一，按照工作原理、结构、气缸类型、工作压力等可以分为很多种类型。因为BOG 气体温度过低（-80～-140 ℃），因此要求压缩机可承受低温，前些年由于技术不成熟，低温压缩机主要靠进口，近几年随着工业技术的不断发展，低温压缩机慢慢实现国产化。

1 LNG 接收站BOG 压缩机国产化的第一步

BOG 压缩机作为接收站的主要设备之一，在接收站有着重要作用，是LNG 接收站工艺的“心脏”[3]。但是由于前期国内技术不成熟，国内的接收站市场被进口BOG 压缩机占据着。近几年来，随着国内技术的不断发展进步，国产设备慢慢普及，当然BOG 压缩机也是国产化必不可少的设备。随着国内科研人员的不断探索、实验，2017 年4 月13 日，国内首台自主研发的BOG压缩机在山东青岛LNG 接收站开车成功。与现有的两台进口压缩机相比，此台压缩机处理能力大，在后期的运行中可以完全取代两台进口压缩机，成为回收厂区内BOG 的主力，进口压缩机作为备用或调峰使用。

2 国产BOG 压缩机的优缺点

2.1 结构对比

国产BOG 压缩机为水平对称式BOG 压缩机，气缸中心与中体及机身左右对置[4]。该机共有一、二级气缸各两个，压缩机在吸排气过程不连续，导致往复式压缩机的气流压力脉动较大，因此一、二级气缸吸、排气口，设有8 个气体缓冲罐[5]，对气体起到缓冲作用，减少对气阀、缸体等部件造成冲击（图1）[6]。

图1 国产BOG 压缩机简图

国产BOG 压缩机设置有润滑油系统，润滑油通过油池内置过滤器过滤后通过进油口分两路进入主、辅油泵，通过主、辅润滑油泵升压进入润滑油冷却系统，经冷却后的润滑油由供油口进入BOG 压缩机各运动部件的润滑，形成油膜，减少部件之间的摩擦。该机润滑油系统配备一套电加热和两台风机，当油温较高时通过风机直接降温，无中间降温介质（图2）。

图2 压缩机润滑油路

此台进口BOG 压缩机立式迷宫式BOG 压缩机，气缸中心线垂直于地面[4]。该机共有I 级、II 级气缸各一个，压缩机在吸排气过程不连续，导致往复式压缩机的气流压力脉动较大，因此在每一级的上游和下游均配备了脉动阻尼器来减少管道中的气体脉动[5]。为进一步减少脉动，脉动阻尼器上还安装了孔板，I 级排气与II 级进气共用一个脉动阻尼器，共计3 个脉动阻尼器（图3）[6]。

图3 进口BOG 压缩机简图

进口BOG 压缩机设置有润滑油站和冷却水站，润滑油站设置有换热器，水给油换热，而水的温度控制主要是依靠冷却水站的3 台风机系统以及电加热器系统控制，冷却水系统不仅仅可以为润滑油降温，在冬季气温较低时，也起到加热作用，油温直接影响润滑油的流动性。

冷却水系统为封闭循环系统，主要由囊式蓄能器、冷却水泵（一开一备）、带有3 台空冷风机的空冷器、电加热器、自立式温控三通阀、温度、压力、流量监控仪表、安全阀以及相应的连接管线等组成，两台压缩机共用一套冷却水系统，并为第三台BOG 压缩机留有使用余量。其作用主要是用于对压缩机的气缸热夹套、十字头滑道及油冷器进行冷却控制温度在操作范围内。

正常运行期间，压缩机的齿轮油泵通过内置式滤油器从曲柄机构吸油，油经油冷却器和双联滤油器流至压缩机轴承和十字头。压缩机启动前，通过预润滑泵向轴承和十字头提供润滑油，油压可在泄压阀处调节。润滑系统配有电加热器，结合油加热器，还必须安装一个油位开关，以防止加热器润滑油油位过低。曲柄机构油槽中安装有滤油器以防润滑系统中出现固体污染物。润滑系统配有一个油冷却器，它将润滑油保持在最高温度以下，一些油管配有电伴热系统。

2.2 密封形式对比

国产BOG 压缩机为卧式对称平衡压缩机，采用特殊材料的活塞环（如特氟隆）[1]，实现密封和无油润滑，由于卧式机器的自身局限性，无法避免活塞环、支撑环与气缸的直接接触，导致支撑环、活塞环配件成为定期监控、更换的要点部位，设置活塞杆下沉报警，接近报警值需要及时拆开侧面缸盖，使用塞尺检查活塞环磨损情况，磨损严重时，需更换活塞环，请重新设定报警值。由于BOG 压缩机是低温设备，受温度的影响，会导致活塞环磨损不均匀，活塞环在活塞做往复运动的过程中缓慢旋转，进而导致活塞杆下沉监测值不断变化。

进口BOG 压缩机采用迷宫密封形式，采用气体节流密封原理，压缩机的气缸有螺纹型齿槽，活塞在气缸内做往复运动，气体每经过一个齿槽流速就会下降，从而实现密封效果。同时由于活塞与气缸不接触，并基于对压缩气体的保护，防止气源污染，气缸内采用无油形式，活塞也设计有节流齿槽，无活塞环和支撑环等易损元件；BOG 压缩机的转动部分装有机械密封，所压缩气体不会泄漏到外部环境，提高运行的安全系数；进口BOG 压缩机设置机身隔离段，有效防止润滑油进入气缸、避免气源污染。

2.3 操作、运行对比

2.3.1 开机步骤

国产BOG 压缩机盘车机构为电动盘车，开车时将盘车手柄盘至开车标志位置，开动盘车电机即可。国产BOG 压缩机的开车采用就地自动式启动，具体步骤依次如下：

（1）启动机身油池加热器，使机身油池温度达到设定值。

（2）启动主电机吹扫装置，直至吹扫完成亮起绿色指示灯，中控室同时接到吹扫完成信号。

（3）就地启动辅助油泵，并启动至少一台油冷风扇，查看油压。

（4）将电动盘车齿轮与飞轮啮合，启动盘车电机盘车至少一圈以上，盘车完毕后脱开盘车齿轮，复位盘车限位开关。

（5）将压缩机调至0%负荷，中控进行零负荷确认。

（6）中控手动全开回流线阀门。

（7）控制室、现场查看具备启机条件后，由现场按下BOG 压缩机主电机启动按钮，随即主油泵及电机冷却风扇自动启动。

（8）主电机启动成功后，手动关闭辅助油泵，并将辅助油泵选择至远程模式，油压低于设定值时自动启动。

（9）压缩机启动成功后，确认现场LCP（Local Control Pannel）负荷控制在远程模式，中控提升压缩机负荷，对压缩机入口进行预冷，期间负荷保持50%，BOG 压缩机预冷全过程关注入口温度、出口温度；

（10）压缩机预冷完成后，中控室手动关闭回流线流量控制阀，为出口升压，直至再冷凝器压力。

（11）压缩机并网完成后，根据管网需求调节压力。

（12）压缩机停机后手动打开交流励磁机及电机空间加热器。

进口压缩机每台BOG 压缩机的开车步骤相同，盘车装置为盘车棍，手动盘车，均采用就地自动式启动，具体步骤依次如下：

（1）压缩机启动负荷为25%负荷启机。

（2）在UCP（Unite Control Pannel）上选择就地模式和自动模式。

（3）开车前首先应在LOP（Local Operation Panel）上按下压缩机启动按钮，辅油泵启动，在辅助油泵启动成功的前提下利用盘车棍将电机联轴节盘车一圈以上，出口最小回流线上调节阀自动全开。

（4）当盘车完成后，上好飞轮罩，进行现场复位后现场人员配合中控室完成如下操作：①在辅油泵运行达到时间设定后，确认润滑油加热器出口温度计温度显示在设定温度以上，并且在LOP 上没有任何错误报警，当LCP 上“准备就绪”指示灯变亮，“压缩机启动/运行”指示灯闪烁，表示BOG 压缩机具备启动条件；②启动BOG 压缩机主电动机，主油泵连动启动；③辅油泵和主油泵同时运行达到设定时间后，确认LOP 上辅油泵运行指示灯熄灭，辅油泵自动停止运行；④压缩机50%负荷自动调节，指示灯亮，并观察入口温度；⑤当入口温度达到设定值时，回流阀自动关闭，为出口升压，当出口压力略高于再冷凝器压力时出口单向阀打开。

（5）中控室根据BOG 处理系统操作规程操作再冷凝器，使其运行稳定。

（6）BOG 压缩机启动10 min 后根据储罐压力按下LOP 上“负荷控制75%”按钮使得电磁阀驱动卸载阀将负荷调节为75%；同此步骤，逐渐增大压缩机负荷直至100%，此时BOG 压缩机启动完成。

2.3.2 运行维护

（1）日常运行方面，在卸船工况下，由于卸船原因，BOG 蒸发量增大、BOG 管网温度低，导致BOG 压缩机进口和出口温度低。如果厂区设置BOG 直输管线且为碳钢管线，则对温度要求严格，碳钢最低承受温度为-30 ℃，这就需要提高压缩机入口温度。通常采用压缩机回流将热量带入压缩机入口，从而保证压缩机出口温度达到要求：进口BOG 压缩机回流调节阀为成套包逻辑控制，操作难度大，不易修改；而国产BOG 压缩机最小流量控制阀操作模式为中控人员调节，调节开度便于实现，不受联锁信号控制。

（2）检修维护方面。国产BOG 压缩机备件由国内厂商提供，到货快、价格便宜，且配件全部采用配研工艺，高精密，易操作。而进口BOG 压缩机备件全部从原厂供应商采购，采购难度大，到货时间长，价格昂贵。

2.3.3 负荷调节

压缩机的负荷调节可通过卸荷阀或余隙调节阀来实现，从而实现压缩机的负荷调节，可在就地或DCS 进行动作[7]。国产BOG 压缩机仅采用卸荷阀，0%、25%、50%、75%和100%负荷下的做功状况见表1。其中，“×”卸荷阀顶开气阀，“√”吸气阀正常工作。

表1 国产BOG 压缩机的做功情况

进口BOG 压缩机采用卸荷阀加余隙阀配合调节，无法实现0%负荷，100%、75%、50%及25%负荷下的做功情况见表2。其中，“×”表示关闭气阀，“√”表示打开气阀。

表2 进口BOG 压缩机的做功情况

3 结论

进口大型设备国产化已经是一种趋势，能大大提高我国设备科技先进性，提高装备效率，减少外汇支出，经济效益显著，适合我国企业发展要求，具有深远的意义和前景。进口设备更新换代快，备件全部从原厂供应商采购，采购难度大，到货时间长，价格昂贵，受制于人，BOG 压缩机不国产化将寸步难行。另外，国产BOG 压缩机处理量更大，能耗低，更省电。从运行维护角度来看，国产BOG 压缩机有利于运行操作和长期运行，可控以及可追溯故障源头方式多样。目前国产BOG 压缩机已经在国内市场慢慢展开应用，这也代表着我国科技、工业不断向前发展。