一種液化天然氣接收站蒸發氣體再冷凝回收系統及其回收方法

2023-05-26 15:55:31

專利名稱：一種液化天然氣接收站蒸發氣體再冷凝回收系統及其回收方法
技術領域：
本發明屬於液化天然氣(LNG)接收站蒸發氣體(BOG)再冷凝系統優化與能量高效 利用領域，特別涉及一種在LNG接收站，利用LNG自身攜帶的冷能，對LNG儲運過程由於環 境漏熱及設備的機械運動發熱等原因，導致的LNG儲罐和設備、管線內等的LNG產生的BOG 的再冷凝回收系統及其回收方法。
背景技術：
天然氣是實現能源供應多元化，保障能源安全，改善環境和提高能源效率的重要 資源。隨著對天然氣需求的迅猛增長，國內需求與供應之間的缺口也越來越大。根據國家 的能源發展規劃，我國將在長三角、環渤海地區、泛珠三角地區建設約10個LNG接收站，到 2020年形成年進口 5000萬噸以上規模的LNG接收設施，來實現天然氣在一次能源結構中的 比率達到12%的目標。LNG接收站是指接收從氣源地運載來的LNG，以常壓和_160°C左右儲存於LNG儲 罐，並經高壓泵增壓後汽化，計量後輸送至天然氣管網為下遊用戶供氣的設施。由於LNG在 常壓下溫度低至-160. 0°C，其特殊的儲存條件，在接收站儲存時漏熱便不可避免，即LNG在 儲存中LNG儲罐和其他設備、管線內等的LNG會產生大量的蒸發氣體(BOG)，一般地上儲罐 日蒸發量彡0. 05wt %，地下儲罐日蒸發量彡0.1%。處理和回收BOG成為LNG接收站設施的 重要組成部分。目前，LNG接收站普遍採用BOG壓縮再冷凝工藝回收BOG。具體流程如下 BOG氣體先經壓縮機壓縮，將儲罐中的LNG和壓縮後的BOG氣體按一定比例送入再冷凝器 內，BOG在再冷凝器中被LNG攜帶的冷能冷凝，並一同經高壓泵加壓後汽化進輸氣管網(如 圖1所示)。BOG再冷凝器是再冷凝系統中的主要核心設備，再冷凝器的主要功能是用來液 化BOG及作為高壓泵的緩衝槽；同時對再冷凝器液位的控制，不僅要防止液位過高致LNG進 入NG系統及防止液位過低致高壓泵抽空。現行BOG再冷凝工藝存在的不足有UBOG再冷凝器液位波動，控制系統的操作穩定性差BOG再冷凝工藝操作中以控制再冷凝器的液位和保持高壓泵的吸入端壓力恆定為 原則。目前，再冷凝器設計僅考慮BOG液化功能，並未考慮高壓泵吸入端緩衝功能，由於高 壓泵吸入端未設置緩衝槽，當再冷凝器凝結的BOG與用於液化BOG的LNG量相加不足(或 過多)供應高壓泵時，會出現再冷凝器液位失控現象，頻頻的液位波動容易導致高壓泵開 機時臨泵跳車事件；同時因進入再冷凝器的LNG流量是依據定量的BOG流量及高壓泵吸入 端的壓力信號源(PIC-I)設定的再冷凝器出口壓力，經由DCS(分布式控制系統)內設比率 計算模塊公式計算出數值後，依據該計算數值控制LNG流量控制閥(FV)開度，以維持再冷 凝器的液位和保持高壓泵的吸入端壓力恆定，且高壓泵吸入端的壓力信號源(PIC-I)還需 同步調節另一支路LNG流量(PV-l、PV-2)來確保LNG高壓輸送泵的吸入端壓力恆定。由於 控制系統複雜且產生互相干擾，導致再冷凝器運行操作穩定性差。
2、系統能耗大、BOG再冷凝工藝對輸氣負荷波動適應性差由於天然氣用戶的用氣量波動頻繁，不同時段和季節的變化量相當大，故LNG的 氣化要根據下遊管網輸氣的峰、谷負荷來確定。一般接收站的輸氣峰、谷負荷可在20 100%範圍內變化，所以當BOG量大的時候，冷凝BOG需要的冷量也大，LNG用量也就大；在 氣化負荷較低時，LNG輸出量較少，再冷凝器中用來冷凝BOG的LNG進料量就會比較少，BOG 就無法完全被吸收或凝結，不得不通過增加BOG出口壓力來液化。為了保證BOG被完全冷 凝，BOG需被增壓至較高壓力，導致壓縮機功耗較大。當LNG輸出負荷較低的時候BOG不能 完全液化，就需外排火炬燒掉，造成能源浪費。降低現有BOG再冷凝工藝的系統能耗，降低BOG壓縮機出口壓力是關鍵，但壓縮機 出口壓力降低，意味著用來冷凝BOG的LNG進料量將隨之增加，在管網輸氣負荷較低時，就 會給操作帶來一定困難。BOG再冷凝工藝中LNG的作用在於為BOG冷凝提供冷量，LNG不僅要為BOG從氣態 到液態的相變過程提供冷量，而且還要為其壓縮後降溫過程提供冷量，BOG降溫所需的LNG 約佔冷凝所需LNG總量的三分之一。如果在BOG進再冷凝器之前將其預冷，LNG只需要為 BOG的相變提供冷量而無需再為其降溫提供冷量，這樣再冷凝器內就可減少使用LNG，在輸 氣負荷較低時也能將BOG再液化。同時，在能完全將BOG再冷凝的工藝條件下，在操作上就 可降低壓縮機出口壓力，從而降低BOG壓縮機功耗。基於上述現狀分析，為了降低輸氣管網 下遊負荷波動對BOG再冷凝工藝的操作影響及減低系統功耗，本發明提出了一種LNG接收 站BOG再冷凝回收的方法。

發明內容
為了解決上述現有技術中存在的不足之處，本發明的首要目的在於提供一種液化 天然氣(LNG)接收站蒸發氣體(BOG)的再冷凝回收系統；該系統在現有再冷凝器結構的基 礎上增加緩衝槽，以維持再冷凝器液位操作穩定。本發明再一目的在於提供一種根據上述再冷凝回收系統對液化天然氣接收站蒸 發氣體的再冷凝回收方法；該方法在現有的BOG再冷凝工藝基礎上，通過預冷增壓後的 BOG,使進再冷凝器的BOG溫度降低，來減少冷凝BOG所需要的LNG冷量，從而達到實現降低 壓縮機功耗和管網輸氣負荷波動對BOG再冷凝工藝操作影響的目的。本發明中在BOG壓縮 後進再冷凝器之前增加BOG預冷換熱器，回收高壓泵出口到汽化器的LNG的冷能，作為BOG 預冷冷源將其冷卻，即高壓泵出口的LNG —部分作為BOG預冷的冷源，預冷BOG後和另一部 分匯合進汽化器汽化外送管網。為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案一種液化天然氣接收站蒸發氣體 的再冷凝回收系統，該系統包括蒸發氣體壓縮機、蒸發氣體預冷換熱器、再冷凝器、壓力控 制器和液位控制器；所述蒸發氣體壓縮機、蒸發氣體預冷換熱器和再冷凝器依次相連，壓力 控制器和液位控制器分別與再冷凝器相連；所述再冷凝器由垂直冷凝塔和高壓泵緩衝槽組 成，垂直冷凝塔位於高壓泵緩衝槽的上方。所述垂直冷凝塔的頂部設有低壓液化天然氣I進口和蒸發氣體入口，垂直冷凝塔 內填充了垂直冷凝塔填料；所述高壓泵緩衝槽為水平式高壓泵緩衝槽，高壓泵緩衝槽的上 面設有補氣進口、排氣出口、壓力元件和安全閥，高壓泵緩衝槽的上面和底部各設有一個溫度元件和一個液位元件，在高壓泵緩衝槽接近底部的側面設有低壓液化天然氣II進口 ；高 壓泵緩衝槽底部設有水腳，水腳內設有十字形漩渦破除器(用以防止氣泡產生進入泵桶)， 水腳底部設有冷凝液出口。所述壓力控制器為壓力控制器PIC-1、壓力控制器PIC-2和壓力控制器PIC-3，所 述壓力控制器與低壓液化天然氣I進口的閥門、補氣進口的閥門、排氣出口的閥門、壓力元 件和安全閥連接；所述液位控制器為液位控制器LIC-1，所述液位控制器與低壓液化天然 氣II進口的閥門、壓力控制器PIC-I和液位元件連接。所述垂直冷凝塔的功能是使BOG再液化；所述高壓泵緩衝槽的主要功能是提供高 壓泵吸入端穩定的壓力與流量。一種根據上述的再冷凝回收系統對液化天然氣接收站蒸發氣體的再冷凝回收方 法，包括以下操作步驟(1)蒸發氣體的壓縮將從液化天然氣儲槽出來的氣液混合物經氣液分離罐分離 後，得到常壓蒸發氣體；採用蒸發氣體壓縮機將常壓蒸發氣體吸入並進行壓縮；(2)蒸發氣體的預冷將壓縮後的蒸發氣體與來源於高壓泵的高壓液化天然氣在 蒸發氣體預冷換熱器中進行預冷換熱；(3)蒸發氣體的冷凝和過冷將預冷換熱後的蒸發氣體與來源於低壓泵的低壓液 化天然氣I分別從再冷凝器的蒸發氣體入口和低壓液化天然氣I進口加入，在再冷凝器中 混合冷凝，得到冷凝液；冷凝液在重力和壓力的作用下，被吸入高壓泵緩衝槽中；將來源於低壓泵的低壓液化天然氣II從低壓液化天然氣II進口進入，與冷凝液進 行充分混合，聚集於高壓泵緩衝槽底部水腳，得到過冷液化天然氣流體；(4)液化天然氣的二級壓力輸送將過冷液化天然氣流體用高壓泵從冷凝液出口 抽出，經高壓泵加壓後的高壓天然氣送往汽化器進行汽化，汽化的天然氣進入輸氣管網。步驟⑴所述蒸發氣體壓縮機出口壓力範圍為4kg/cm2G 8kg/cm2G，溫度範圍 為-40°C +40"C。步驟⑵所述蒸發氣體預冷換熱後的溫度範圍為_130°C -90°C ；所述 來源於高壓泵的高壓液化天然氣的壓力範圍為80kg/cm2G 110kg/cm2G，溫度範圍 為-158°C -130°C。步驟(3)所述低壓液化天然氣I和低壓液化天然氣II的壓力範圍為3kg/cm2G 10kg/cm2G，溫度範圍為-158°C -130°C ；所述過冷液化天然氣流體的壓力範圍為3kg/ cm2G 10kg/cm2G，操作溫度範圍為_158°C _130°C。步驟⑷所述高壓液化天然氣的壓力範圍為80kg/cm2G 110kg/cm2G，溫度範圍 為-158°C -130°C。當再冷凝器內部壓力大於壓力控制器PIC-I設定值4 8kg/cm2G時，壓力控制器 Pic-I將發送控制信號增大低壓液化天然氣I進口的閥門；當低壓液化天然氣I進口的閥 門全開而再冷凝器內部壓力仍上升時，壓力控制器PIC-2將發出信號開大排氣閥門；當排 氣閥門全開壓力仍上升時，安全閥跳脫；當再冷凝器內部壓力小於壓力控制器PIC-I設定 值4 8kg/cm2G時，壓力控制器PIC-I將發送控制信號關小低壓液化天然氣I進口的閥門； 當低壓液化天然氣I進口的閥門全關而再冷凝器內部壓力仍下降時，壓力控制器PIC-3發 出信號開大補氣閥門。
當再冷凝器液位低於高壓泵緩衝槽高度60%時，液位控制器LIC-I發送控制信 號開大低壓液化天然氣II進口的閥門；當液位高於高壓泵緩衝槽高度60%時，液位控制器 LIC-I發送控制信號關小低壓液化天然氣II進口的閥門；當低壓液化天然氣II進口的閥門 全關而再冷凝器液位仍上升時，液位控制器LIC-I自動提高壓力控制器PIC-I的設定值。將低壓液化天然氣II進口設置在高壓泵緩衝槽接近底部的側面，在再冷凝方法步 驟中使來源於低壓泵的低壓液化天然氣II從這個進口進入，這樣供BOG液化的垂直再凝器 的底端可以經常泡在LNG液體中，以確保冷凝液隨時處於過冷狀態；而且冷凝液一離開再 凝器就能立刻與來自低壓液化天然氣II混合以維持儘可能的更低溫過冷，以防止高壓泵發 生氣蝕現象。本發明的BOG再液化的操作控制工藝(如圖3所示)如下述1、流量控制工藝對於造價高昂的LNG儲罐壓力管理採取穩壓操作，BOG壓縮機出口流量與壓力不 做任何控制，BOG壓縮機出口壓力由再冷凝器操作壓力PIC-I設定決定，再冷凝器壓力的維 持則由用來液化BOG的LNG流量PV-I負責完成。2、壓力控制工藝為維持再冷凝器操作穩定，以再冷凝器的水平緩衝槽蒸汽空間壓力作為主要控制 因素。當再冷凝器壓力過高時，PIC-I發出信號加大PV-I開度，增加進入再冷凝器的LNG流 量以降低再冷凝器壓力。若PV-I全開而再冷凝器壓力繼續上升時，PIC-2將發出信號開大 高壓排氣閥PV-2開度釋壓，以維持再冷凝器的壓力。安全閥跳脫是再冷凝器壓力過高的最 後一道安全防護措施。反之，當再冷凝器壓力過低時，PIC-I發出信號關小PV-I開度，減少 進入再冷凝器的LNG流量以提升再冷凝器壓力，當PV-I全關而壓力繼續下降時，PIC-3將 發出信號開大低壓補氣閥PV-3開度補氣，以維持再冷凝器的壓力。3.液位控制工藝正常操作下，高壓泵輸出的LNG由再冷凝器中凝結的BOG與液化BOG的LNG提供， 不足部分由再冷凝器LIC-I液位控制器根據需求連鎖調整LV-1、LV-2側流控制閥開度補 充。凝結的BOG與液化BOG的LNG相加，若較需求的LNG輸出量小時，再冷凝器液位會降低， LIC-I液位控制器將開大側流進料管線控制閥LV-1、LV-2的開度；凝結的BOG與液化BOG 的LNG量相加，若較需求LNG輸出量大時，再冷凝器液位會上升，LIC-I將使LV_1、LV-2關 小甚至關閉；若側流進料管線液位控制閥LV-l、LV-2都已關閉，此時液位控制器LIC-I會自 動提高PIC-I的壓力設定，即由再冷凝器壓力的升高控制降低凝結BOG所需的LNG/B0G進 料比例量，使再冷凝器的進料與輸出趨於平衡。本發明與現有技術相比，具有如下突出優點和有益效果(1)能耗降低，對輸氣負荷波動具有良好的適應性。本發明設計了 BOG預冷工藝，通過降低BOG進入再冷凝器的溫度，解決了現有再冷 凝工藝存在能耗高的問題。壓縮後的BOG進再冷凝器的溫度由0°C降到-110°c時，由於減少 了 BOG帶入再冷凝器的熱量，在同樣的再冷凝器操作壓力下，LNG/B0G物料比可降低30% 35%，可有效緩解LNG外輸量低時的系統操作不穩定狀況，對下遊用氣負荷的波動適應性 更好。同時，在相同的LNG外輸量且保證同樣冷凝效果工況下，本發明可實現再冷凝器在較低壓力下操作，從而降低BOG壓縮機功耗。與現有工藝相比，在相同的LNG外輸量工況 下，降低再冷凝器的操作壓力可使BOG壓縮機功耗降低34%，而且在同樣的輸氣負荷下，可 避免當LNG輸出負荷較低時候BOG不能完全液化，外排火炬燒掉造成的能源浪費；同時利用 送往汽化器的部分高壓LNG預冷B0G，使去汽化器汽化的LNG溫度升高，從而降低了汽化器 的負荷。(2)緩衝槽的設計提高了高壓泵運轉穩定性再冷凝器垂直槽下增加水平緩衝槽的設計，使得水平緩衝槽加上垂直吸收塔形成 的液化BOG的再冷凝器，有足夠空間以容許流進再冷凝器內的氣/液混合物均勻分布。由 於高壓泵的吸入流量全部由再冷凝器緩衝槽水腳以單一管線供應，因此能穩定且充分的提 供高壓泵吸入端所需的LNG的流量與壓力，改善了現有高壓泵吸入端所需LNG流量由再冷 凝器同步調節另一支路LNG流量供應才能確保LNG高壓輸送泵吸入端壓力恆定的狀況，提 高了高壓泵運轉的穩定性。(3)再冷凝器操作控制系統更穩定與簡單化本發明對再冷凝器的液位與壓力的控制工藝皆以讓系統的操作控制更穩定與簡 單化為原則，因此對再冷凝器的液位與壓力控制信號源皆採用再冷凝器本身的液位與壓力 控制點控制。


圖1為現行帶控制系統的BOG再冷凝工藝流程圖，其中1為LNG儲槽，2為LNG低 壓泵，3為BOG氣液分離罐，4為BOG壓縮機，5為再冷凝器，6為LNG高壓泵，7為汽化器。圖2為本發明BOG再冷凝工藝流程圖，其中1為LNG儲罐，2為LNG低壓泵，3為 BOG氣液分離罐，4為BOG壓縮機，5為BOG預冷換熱器，6為再冷凝器，7為LNG高壓泵，8為
汽化器。圖3為本發明BOG再冷凝工藝控制系統流程圖，其中1為BOG壓縮機，2為BOG預 冷換熱器，3為再冷凝器，4為LNG高壓泵，5為汽化器，LIC-I為再冷凝器液位控制器，LV-I 和LV-2為受LIC-I控制的LNG流量閥，PIC-I和PIC-2和PIC-3為再冷凝器壓力控制器， PV-I為受PIC-I控制的LNG流量閥，PV-2為受PIC-2控制的排氣閥，PV-3為受PIC-3控制 的補氣閥，TC-I為蒸發氣體預冷溫度控制器，TV-I為受TC-I控制的高壓液化天然氣流量 閥。圖4為本發明再冷凝器結構圖，其中1為垂直冷凝塔，2為高壓泵緩衝槽，3為垂直 冷凝塔填料，4為液化天然氣I的進口，5為液化天然氣II進口，6為蒸發氣體入口，7為排氣 出口，8補氣進口，9為冷凝液出口，10為安全閥，11為溫度元件，12為液位元件，13為壓力 元件，14為漩渦破除器，15為水腳。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限 於此。實施例1一種液化天然氣接收站蒸發氣體的再冷凝回收系統該系統包括蒸發氣體壓縮機(圖3-1)、蒸發氣體預冷換熱器(圖3-2)、再冷凝器(圖3-3)、壓力控制器(包括PIC-1、 PIC-2和PIC-3)和液位控制器LIC-I ；所述蒸發氣體壓縮機、蒸發氣體預冷換熱器和再冷凝 器依次相連，壓力控制器和液位控制器分別與再冷凝器相連；所述再冷凝器由垂直冷凝塔 (圖4-1)和高壓泵緩衝槽(圖4-2)組成，垂直冷凝塔位於高壓泵緩衝槽的上方。所述垂直冷凝塔的頂部設有低壓液化天然氣I進口(圖4-4)和蒸發氣體入口 (圖4-6)，垂直冷凝塔內填充了垂直冷凝塔填料(圖4-3)；所述高壓泵緩衝槽為水平式高 壓泵緩衝槽，高壓泵緩衝槽的上面設有補氣進口(圖4-8)、排氣出口(圖4-7)、壓力元件 (圖4-13)和安全閥(圖4-10)，高壓泵緩衝槽的上面和底部各設有一個溫度元件(圖4-11) 和一個液位元件(圖4-12)，在高壓泵緩衝槽接近底部的側面設有低壓液化天然氣II進口 ； 高壓泵緩衝槽底部設有水腳(圖4-15)，水腳內設有十字形漩渦破除器(圖4-14)，水腳底 部設有冷凝液出口。所述壓力控制器與低壓液化天然氣I進口的閥門、補氣進口的閥門、排氣出口的 閥門、壓力元件和安全閥連接；所述液位控制器與低壓液化天然氣II進口的閥門、壓力控制 器PIC-I和液位元件連接。實施例2某接收站接收船運進口的LNG，其摩爾組成如下甲烷88. 774%，乙烷7. 542%，丙 烷 2. 588 %，異丁烷 0. 454%，正丁烷 0. 562 %，異戊烷 0. 004%，氮氣 0. 074 %。LNG 儲罐為 兩個存量為1. 6 X IO5Hi3的全容式混凝土低溫常壓儲罐，操作壓力為0. 15Kg/cm2G，2個儲罐 的LNG儲量為147520t。LNG日蒸發量小於0. 05% (質量分數)，正常操作條件下，每小時 約產生BOG氣體6. 7t，LNG外輸量為180t/h，輸氣管網壓力為95kg/cm2G。實施例採用本發 明設計的增加BOG預冷工藝及增加高壓泵緩衝槽的BOG再冷凝回收方法，利用LNG攜帶的 冷量預冷壓縮的BOG氣體，其冷源來自於系統中送往汽化器的低溫高壓LNG。其具體工藝步驟如下(見圖2和3)第一步BOG壓縮將從液化天然氣儲槽出來的氣液混合物經氣液分離罐分離後，得到流量為6. 7t， 溫度為-133°C，壓力為0. 15kg/cm2G的常壓蒸發氣體；採用蒸發氣體壓縮機將常壓蒸發氣 體吸入並進行壓縮，壓縮機功耗為353. 8kff,得到壓力為4. lkg/cm2G,溫度為-38. 6°C的蒸發 氣體(BOG)。第二步BOG預冷將壓縮後的BOG進入預冷換熱器，經由BOG管線的溫度控制器TC-I調整來自高壓 泵105kg/cm2G、溫度-145°C的LNG流量，LNG管線所裝設的TV-I溫度控制閥經TC-I調整開 度後，控制LNG流量為30. 8t/hr，用以冷卻進入預冷換熱器的B0G，經預冷後的BOG出口溫 度穩定控制在-110°C ；來自高壓泵的LNG進入預冷換熱器與BOG進行換熱，高壓LNG經換 熱後溫度為-135°C，壓力降為0. 7kg/cm2,出預冷換熱器後送往汽化器汽化，預冷換熱器的 換熱負荷為24. 6 X IO4KcaVhr。 第三步BOG的冷凝與在高壓泵吸入緩衝槽過冷 將預冷換熱後的蒸發氣體與來源於低壓泵的低壓液化天然氣I (壓力為12kg/ cm2G、溫度為-158°C)分別從再冷凝器的蒸發氣體入口和低壓液化天然氣I進口加入，經再 冷凝器壓力控制器PIC-I調整PV-I壓力控制閥開度，控制LNG流量為49. 2t/hr以維持再冷凝器壓力穩定在4kg/cm2G，此股LNG與預冷後的BOG氣體一起在再冷凝器內混合冷凝，冷 凝後的溫度約-137. 4°C，得到冷凝液；冷凝液在重力和壓力的作用下，被吸入高壓泵緩衝 槽中；將來源於低壓泵的低壓液化天然氣II (壓力為12kg/cm2g、溫度為_158°C )從低壓 液化天然氣II進口進入，經再冷凝器液位控制器LIC-I調整位於水平式緩衝槽底部的側流 進料系統的LV-1、LV-2液位控制閥開度，控制LNG以124. lt/hr的流量進入水平式緩衝槽 與垂直凝結塔流出較熱的LNG冷凝液(-137. 4°C)進行過冷混合，並控制再冷凝器的液位維 持穩定在60 %。由於垂直凝結塔流出的較熱LNG和水平緩衝槽側流補入的較冷LNG有少許 密度差，因此需在緩衝槽內做進一步混合及氣泡破除，以防止氣泡產生進入泵桶，經過過冷 混合後的LNG溫度為-151. 2°C聚集於高壓泵緩衝槽底部水腳，得到過冷液化天然氣流體； 由於高壓泵的吸入流量全部由再冷凝器緩衝槽水腳以單一管線供應，因此能穩定且充分的 提供高壓泵吸入端所需LNG流量與壓力，提高了高壓泵吸入端壓力的穩定性；第四步、LNG的二級壓力輸送聚集於緩衝槽底部中央水腳的-151. 2°C的過冷液化天然氣流體，以單一管線供 應高壓泵，經高壓泵提壓至105kg/cm2G後，送往汽化器汽化，汽化的天然氣進入壓力95kg/ Cm2G輸氣管網。實施例3某接收站接收船運進口的LNG，其摩爾組成如下甲烷96.6%，乙烷1.97%，丙烷 0.4%,異丁烷0.07%、正丁烷0.07%，氮氣0. 89 %。LNG儲罐為3個容積為1. 3 X 105m3的 地下式儲罐，操作壓力為0. 19Kg/cm2G，3個儲罐的LNG儲量總計為169950t。據統計，LNG日 蒸發量約0. 1 % (質量分數)，正常操作條件下，每小時約產生BOG氣體8. 5t，LNG外輸量為 200t/h，輸氣管網壓力為78kg/cm2G。實施例採用本發明設計的增加BOG預冷工藝及增加高 壓泵緩衝槽的BOG再冷凝回收方法，利用LNG攜帶的冷量預冷壓縮的BOG氣體，其冷源來自 於系統中送往汽化器的低溫高壓LNG。其具體工藝步驟如下(見圖2和3)第一步BOG壓縮將從液化天然氣儲槽出來的氣液混合物經氣液分離罐分離後，得到流量為8. 5t， 溫度為-120°C，壓力為0. 19kg/cm2G的常壓蒸發氣體；採用蒸發氣體壓縮機將常壓蒸發氣 體吸入並進行壓縮，壓縮機功耗為648kW，得到壓力為8kg/cm2G，溫度為33. 4°C的蒸發氣體 (BOG)。第二步BOG預冷將壓縮後的BOG進入預冷換熱器，經由BOG管線的溫度控制器TC-I調整來自高壓 泵85kg/cm2G、溫度-150°C的LNG流量，LNG管線所裝設的TV-I溫度控制閥經TC-I調整開 度後，控制LNG流量為43. 9t/hr，用以冷卻進入預冷換熱器的B0G，經預冷後的BOG出口溫 度穩定控制在-110°C ；來自高壓泵的LNG進入預冷換熱器與BOG進行換熱，高壓LNG經換 熱後溫度為-135°C，壓力降為0. 7kg/cm2,出預冷換熱器後送往汽化器汽化，預冷換熱器的 換熱負荷為 55. 67 X 104Kcal/hr。第三步BOG的冷凝與在高壓泵吸入緩衝槽過冷將預冷換熱後的蒸發氣體與來源於低壓泵的低壓液化天然氣I (壓力為12kg/cm2G、溫度為-160. 60C )分別從再冷凝器的蒸發氣體入口和低壓液化天然氣I進口加入， 經再冷凝器壓力控制器PIC-I調整PV-I壓力控制閥開度，控制LNG流量為33. 6t/hr以維 持再冷凝器壓力穩定在8kg/cm2G，此股LNG與預冷後的BOG氣體一起在再冷凝器內混合冷 凝，冷凝後的溫度約-133. 5°C，得到冷凝液；冷凝液在重力和壓力的作用下，被吸入高壓泵 緩衝槽中。將來源於低壓泵的低壓液化天然氣II (壓力為12kg/cm2g、溫度為-160. 6°C )從 低壓液化天然氣II進口進入，經再冷凝器液位控制器LIC-I調整位於水平式緩衝槽底部的 側流進料系統的LV-1、LV-2液位控制閥開度，控制LNG以157. 9t/hr的流量進入水平式緩 衝槽與垂直凝結塔流出較熱的LNG冷凝液(-133. 5°C )進行過冷混合，並控制再冷凝器的 液位維持穩定在60%。由於垂直凝結塔流出的較熱LNG和水平緩衝槽側流補入的較冷LNG 有少許密度差，因此需在緩衝槽內做進一步混合及氣泡破除，以防止氣泡產生進入泵桶，經 過過冷混合後的LNG溫度為-155°C聚集於高壓泵緩衝槽底部水腳，得到過冷液化天然氣流 體；由於高壓泵的吸入流量全部由再冷凝器緩衝槽水腳以單一管線供應，因此能穩定且充 分的提供高壓泵吸入端所需LNG流量與壓力，提高了高壓泵吸入端壓力的穩定性。第四步LNG的二級壓力輸送聚集於緩衝槽底部中央水腳的-155°C的過冷液化天然氣流體，以單一管線供應高 壓泵，經高壓泵提壓至85kg/cm2G後，送往汽化器汽化，汽化的天然氣進入壓力78kg/cm2G輸 氣管網。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的 限制，其它的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種液化天然氣接收站蒸發氣體的再冷凝回收系統，其特徵在於該系統包括蒸發氣體壓縮機、蒸發氣體預冷換熱器、再冷凝器、壓力控制器和液位控制器；所述蒸發氣體壓縮機、蒸發氣體預冷換熱器和再冷凝器依次相連，壓力控制器和液位控制器分別與再冷凝器相連；所述再冷凝器由垂直冷凝塔和高壓泵緩衝槽組成，垂直冷凝塔位於高壓泵緩衝槽的上方。
2.根據權利要求1所述的一種液化天然氣接收站蒸發氣體的再冷凝回收系統，其特徵 在於所述垂直冷凝塔的頂部設有低壓液化天然氣I進口和蒸發氣體入口，垂直冷凝塔內 填充了垂直冷凝塔填料；所述高壓泵緩衝槽為水平式高壓泵緩衝槽，高壓泵緩衝槽的上面 設有補氣進口、排氣出口、壓力元件和安全閥，高壓泵緩衝槽的上面和底部各設有一個溫度 元件和一個液位元件，在高壓泵緩衝槽接近底部的側面設有低壓液化天然氣II進口 ；高壓 泵緩衝槽底部設有水腳，水腳內設有十字形漩渦破除器，水腳底部設有冷凝液出口。
3.根據權利要求2所述的一種液化天然氣接收站蒸發氣體的再冷凝回收系統，其特徵 在於所述壓力控制器為壓力控制器PIC-1、壓力控制器PIC-2和壓力控制器PIC-3，所述壓 力控制器與低壓液化天然氣I進口的閥門、補氣進口的閥門、排氣出口的閥門、壓力元件和 安全閥連接；所述液位控制器為液位控制器LIC-1，所述液位控制器與低壓液化天然氣II 進口的閥門、壓力控制器PIC-1和液位元件連接。
4.一種根據權利要求1所述的再冷凝回收系統對液化天然氣接收站蒸發氣體的再冷 凝回收方法，其特徵在於包括以下操作步驟(1)蒸發氣體的壓縮將從液化天然氣儲槽出來的氣液混合物經氣液分離罐分離後， 得到常壓蒸發氣體；採用蒸發氣體壓縮機將常壓蒸發氣體吸入並進行壓縮；(2)蒸發氣體的預冷將壓縮後的蒸發氣體與來源於高壓泵的高壓液化天然氣在蒸發 氣體預冷換熱器中進行預冷換熱；(3)蒸發氣體的冷凝和過冷將預冷換熱後的蒸發氣體與來源於低壓泵的低壓液化天 然氣I分別從再冷凝器的蒸發氣體入口和低壓液化天然氣I進口加入，在再冷凝器中混合 冷凝，得到冷凝液；冷凝液在重力和壓力的作用下，被吸入高壓泵緩衝槽中；將來源於低壓泵的低壓液化天然氣II從低壓液化天然氣II進口進入，與冷凝液進行充 分混合，聚集於高壓泵緩衝槽底部水腳，得到過冷液化天然氣流體；(4)液化天然氣的二級壓力輸送將過冷液化天然氣流體用高壓泵從冷凝液出口抽 出，經高壓泵加壓後的高壓天然氣送往汽化器進行汽化，汽化的天然氣進入輸氣管網。
5.根據權利要求4所述的再冷凝回收方法，其特徵在於步驟(1)所述蒸發氣體壓縮 機出口壓力範圍為4kg/cm2G 8kg/cm2G，溫度範圍為_40°C +40°C。
6.根據權利要求4所述的再冷凝回收方法，其特徵在於步驟(2)所述蒸發氣體預冷 換熱後的溫度範圍為-130°C -90°C ；所述來源於高壓泵的高壓液化天然氣的壓力範圍為 80kg/cm2G 110kg/cm2G，溫度範圍為 _158°C _130°C。
7.根據權利要求4所述的再冷凝回收方法，其特徵在於步驟(3)所述低壓 液化天然氣I和低壓液化天然氣II的壓力範圍為3kg/cm2G 10kg/cm2G，溫度範圍 為-158°C -130°C ；所述過冷液化天然氣流體的壓力範圍為3kg/cm2G 10kg/cm2G，操作 溫度範圍為_158°C -130°C。
8.根據權利要求4所述的再冷凝回收方法，其特徵在於步驟(4)所述高壓液化天然氣的壓力範圍為80kg/cm2G 110kg/cm2G，溫度範圍為_158°C _130°C。
9.根據權利要求4所述的再冷凝回收方法，其特徵在於當再冷凝器內部壓力大於壓 力控制器PIC-1設定值4 8kg/cm2G時，壓力控制器PIC-1將發送控制信號增大低壓液 化天然氣I進口的閥門；當低壓液化天然氣I進口的閥門全開而再冷凝器內部壓力仍上升 時，壓力控制器PIC-2將發出信號開大排氣閥門；當排氣閥門全開壓力仍上升時，安全閥跳 脫；當再冷凝器內部壓力小於壓力控制器PIC-1設定值4 8kg/cm2G時，壓力控制器PIC-1 將發送控制信號關小低壓液化天然氣I進口的閥門；當低壓液化天然氣I進口的閥門全關 而再冷凝器內部壓力仍下降時，壓力控制器PIC-3發出信號開大補氣閥門。
10.根據權利要求4所述的再冷凝回收方法，其特徵在於當再冷凝器液位低於高壓泵 緩衝槽高度60 %時，液位控制器LIC-1發送控制信號開大低壓液化天然氣II進口的閥門； 當液位高於高壓泵緩衝槽高度60%時，液位控制器LIC-1發送控制信號關小低壓液化天然 氣II進口的閥門；當低壓液化天然氣II進口的閥門全關而再冷凝器液位仍上升時，液位控 制器LIC-1自動提高壓力控制器PIC-1的設定值。
全文摘要
本發明公開了一種液化天然氣接收站蒸發氣體的再冷凝回收系統及回收方法。該系統包括蒸發氣體壓縮機、蒸發氣體預冷換熱器和再冷凝器；所述再冷凝器由垂直冷凝塔和高壓泵緩衝槽組成，垂直冷凝塔位於高壓泵緩衝槽的上方。所述高壓泵緩衝槽底部設有水腳，水腳內設有十字形漩渦破除器。回收方法包括步驟(1)蒸發氣體的壓縮；(2)蒸發氣體的預冷；(3)蒸發氣體的冷凝和過冷；(4)LNG的二級壓力輸送。本發明緩衝槽的設計提高了高壓泵運轉穩定性；再冷凝器操作控制系統更穩定與簡單化；能耗降低，對輸氣負荷波動具有良好的適應性。
文檔編號F28F27/00GK101881549SQ201010210850
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25日
發明者李亞軍, 金光, 陳行水 申請人:華南理工大學