沈阳远大BOG压缩机.doc

国家能源局LNG 接收站关键设备国产化项目山东泰安60万吨/年低温BOG压缩机研制成功受国家能源局委托，由中国石油天然气集团公司和中国通用机械工业协会组织的LNG 接收站关键设备国产化项目山东泰安60万吨/年4K-300MG-55/0.1-17型首台套低温BOG迷宫压缩机，经公司16个月的攻关研制，于2013年1月正式进行了工况模拟试验试车。 2011年9月9日，国家能源局在北京主持召开“山东泰安60万吨/年LNG项目装备国产化第一次工作会议”，公司承担了首台低温BOG迷宫压缩机国产化研制任务，依托工程为山东泰安昆仑能源有限公司60万吨/年LNG项目。迄今为止，国内石化工业液化天然气低温增压、输送、贮存、运输的迷宫压缩机完全依靠进口。 低温BOG迷宫压缩机具有非接触密封型式和特点，适用于低温工况各种气体介质的使用要求，目前世界上仅有瑞士布克哈德公司能够设计、制造低温-100以下的迷宫压缩机。对于介质温度为-163的迷宫压缩机来说，其低温材料及结构仍是技术关键和难点。低温状态下，对与低温介质接触的零部件材料的低温性能、冷缩、变形要求高，因此，对机械加工与装配精度要求特别高,使得低温迷宫压缩机的设计、制造难度加大。在生产制造过程中必须进行一系列低温状态试验验证及模拟实际低温负荷试车，对工艺装备和实验装置比一般工艺压缩机的要求更高。 鉴于低温BOG压缩机国产化项目的特殊性及难度，公司于9月15日，组建了由总经理担任总项目长，由总工程师担任副总项目长的国产化重大项目组，设立了调研组、材料组、结构组、设计组、审查组、专项装配组、试验组和检验组及专项进度调检员。全面启动研制工作。在产品研发设计上，公司组织各项目组人员，进行广泛大量的调研工作。收集查阅国内外公开发表的专著、文献、资料；组织设计人员多次现场调研国内已建成的LNG接收站，对进口低温BOG迷宫机进行研究，了解其结构特点，分析可进行优化改进的结构等，形成初步设计方案。在国家能源局、中国石油天然气集团公司、中国通用机械工业协会等多次组织的低温BOG迷宫机设计方案论证评审会上，吸取了专家提出的意见和建议，形成了最终设计方案。在产品制造上，着重对低温球铁材料开展一系列试验攻关，研制出了满足-163低温使用条件的线性系数小，耐低温冲击性优的YDG-196型低温铸铁材料，填补了国内材料空白。同时在压缩机的结构、材料、密封和工艺、检验方法等方面的技术难点和技术关键开展一系列技术攻关。 经过历时16个月的攻关研制，公司于2013年1月6日，对BOG压缩机进行了连续五天的模拟工况低温氮气负荷运转试验。实验过程全部按实际工艺条件的要求，压缩机进口温度最低达到-192，排气压力达到工艺要求的1.7mpa，机组的振动、各部位的运行参数完全达到了设计要求。 通过100多小时的试验和验证，考核了4K300型BOG压缩机的各项参数，也充分证明了低温BOG压缩机的设计、选材、工艺和试验装置的可行性和合理性。从国家战略考虑，打破国外垄断，加速国产化进程，替代进口的天然气液化装置中的关键设备低温BOG压缩机是完全可行的。低温BOG压缩机的试验成功是公司继6K375六列大型迷宫压缩机研制成功后的又一重大成果。该产品的研制成功，使得公司的迷宫压缩机无论在大型化和特殊工况方面均已达到了国际先进行列，与国际同类压缩机齐肩并行。 在整个产品研制过程中，承担设计、生产、工艺、检验、装配、试验等关键环节的技术人员和员工，本着为企业为用户高度负责的精神，不厌其烦、不厌其苦，在试验的关键时刻，吃住在现场，几天几夜不回家，充分体现了远大压缩机人不畏艰难、连续作战的精神风貌和高度责任感。 4K低温BOG压缩机如期进行，也充分体现了设计、生产组织体系的坚强有力，体现了各级管理者和广大员工蜂拥而上、克难制胜、和谐进取的企业文化。 4K低温BOG压缩机的研制成功，不仅是我们企业的一项重大业绩，也是我国压缩机技术的重大突破。在项目立项、实验方案、生产制造过程中，得到了国家能源局、中国通用机械工业协会、压缩机协会、中国石油化工股份有限公司、中国寰球工程公司，业主山东泰安昆仑能源有限公司等单位的高度重视和支持，在BOG压缩机负荷试验期间，分别派员观摩指导。辽宁省经信委、沈阳市发改委、科技局、经信委、沈阳经济技术开发区发改局、经发局的主要领导也莅临现场，见证国内首台套大型BOG压缩机的实验过程。BOG压缩机作为系统的核心部件，其工作的好坏直接影响到整个系统的运行。在LNG槽船上工作的BOG压缩机一般进气-80-160，工作压力0.46.4Mpa。与低温气体接触的零部件必须使用相应低温材料，系统也必须设置温度控制器。同时，从运营经济性考虑，要求BOG压缩机的单位容积制冷量要大、压缩比要低，且能保证在低温状态下各零部件运行可靠。为防止低温下气体泄漏，BOG压缩机的轴封性能要好；驱动电机应设置在单位的电机室内，由气密舱室和压缩机室分隔。压缩机轴穿过气密舱室，靠联轴器与它连接。润滑油应能在低温条件下，有良好的流动性能。 鉴于目前国内LNG槽船制造刚刚起步，国内适宜-80-160的低温材料有限，故建议这类压缩机还是进口为宜。国外生产此类BOG压缩机的厂家有瑞士的布克哈德（Burkhardt com pression)公司，日本的石川岛播磨工业株式会社（Ishikawaiima-Harima Heavy Industtries CO.Ltd),神户钢铁（KOBESTEEL)以及美国的德莱塞兰（Dresser-Rand)公司等。对于LNG接收站、储备站、调峰站内的LNG低温储罐产生BOG气体温度，尽管温度也在-150左右，采用再液化工艺乃为下策，应当考虑就近加以合理利用，譬如采用空温式汽化器(寒冷地区还要加水浴式汽化器）对其进行复温（一般控制压缩机进气温度不低于温度-20）进入城市管网，作为居民生活用气；国为国内城镇燃气管线或压缩机回收管线都是碳钢管线，碳钢的使用温度下限一般到-20，如果BOG不进行回温处理，会造成碳钢管线在低温状态下发生脆裂而引发爆管事故。BOG是什么？为什么要回收利用 BOG(Boil-Off Gas蒸发气体，简称BOG)是指气体在其临界温度以下经加压被液化后的低温液体，因难以与环境绝对绝热，吸收外界热量而蒸发出的气体。 甲烷与二氧化碳一样，均属温室气体，是污染大气的主要成分。甲烷临界温度特别低（-82，5），液化以后（LNG）在常温下极易汽化；即使在LNG低温储罐绝热性能很好的条件下，也不可避免地导致低温储罐内的LNG蒸发汽化，从而形成BOG。根据国际海事组织（简称IMO）要求，装载量为125000m的LNG船，标准蒸发率为每天0.12%。对该等级LNG船来说，每天约有150m的LNG要变成90000Nm天然气。如果对此不加以回收利用，任其排入空气中，不但危险，且在经济上也有相当损失，而且增加对大气污染。因此，从船舶运输的安全性、经济性和环保等方面考虑，都需要对BOG进行回收与利用。再者，LNG卸船过程中，导致罐内LNG体积变化，以及环境温度和大气压变化等外界能量的输入，产生的BOG会大量增加，约为原储存决量的0.5%0.6%，仅其中一部分需返回LNG船以维持压力平衡，余下的大量BOG,会导致储罐内的压力增加。为维持储罐内压力稳定，必须把过量的BOG处理。对于大型的LNG船，将BOG进行再液化就显得非常必要。 LNG槽车、以及LNG接收站、储存站、调峰站内的LNG低温储罐，均存在着每天0.12%标准蒸发率，也就是说随时随地均有BOG产生，均存在BOG的回收及利用问题。二是将天然气液化后装船、槽车输送。对于超长距离的天然气输送，特别是跨洋过海的运输，最经济有效的方法是将天然气液化，利用LNG槽车、LNG槽船来运输。直接进口LNG也是较经济办法。为了满足日益增长的清洁能源的需要，我国开始从国外进口LNG，已建或拟建的LNG接收站有深圳大鹏、上海洋口、福建莆田、天津曹妃甸等十四座，总规模达5500万吨。国内已建成的LNG液化工厂有广汇，濮阳。泰山等14座，生产能力达433万立方米天；正在筹建的LNG液化工厂10座，规模达385万立方米天。LNG不久会成为天然气在我国普及的另一种重要方式，发展前景广阔。BOG的回收与利用应根据LNG使用场合来确定：对于LNG槽船、槽车在运输过程中产生的BOG,若槽船、槽车采用天然气发动机驱动的，部分BOG可用于作为驱动机燃料。余下BOG只能采用压缩、制冷方法，让BOG液化后回到低温储罐，以减少经济损失。 对于汽化站、调峰站、LNG汽车加气站，工作过程产生的BOG，还是要根据具体情况，能过经济技术分析后来确定，是压缩、冷凝成液态进入低温储罐，或是加压进入管网作为生活燃气补充。 1、LNG槽船的BOG回收压缩冷凝工艺 通常可以根据LNG船舶预期的用途、载运货物种类、装载要求以及运输贸易需求来决定再液化装置的规模、形式和再液化能力。按照IMO规定，再液化装置的能力必须能在极端工作环境下（通常取空气温度为45，海水温度为32）保持液货舱内的蒸气压力小于压力释放阀的设定压力。再液化装置按照再液化循环方式有三种不同的类型： 1）直接式再液化循环； 2）间接式再液化循环； 3）复叠式压缩、制冷循环。 间接式再液化循环主要用于氯气运输船和特殊液化气兼化学品的多用途船上。从再液化的效率和系统的稳定性来看，双级压缩直接式冷却循环和复叠式压缩、制冷循环能更好地满足以上要求。 1.1、双级BOG压缩机直接工冷却循环 这种系统中采用了两级BOG压缩的压缩机，这样可减少功耗，提高效率。中间冷却器则可以降低第二级压缩的吸入温度，以利于系统的稳定运行。 1.2、复叠式压缩、制冷循环 复叠式压缩、制冷循环是由一台BOG单级压缩机与一台R22制冷压缩机、蒸气冷却器、节流阀等组成的系统。它能保证在较低温度时，系统有合适的蒸气压力，能满足蒸气在环境温度条件下冷凝时具有合适的冷凝压力。从船舶运输和系统运行的角度考虑，这种再液化系统更能满足要求。因为，液货舱内产生的BOG温度和压力都较低，如果液化后的LNG温度过高，在与其中的BOG进行热交换时，因两者温差过大会加剧LNG的汽化，使液货舱内容易瞬时超压，影响到液货舱的使用寿用。另外，该系统的再液化能力受到海水温度变化的影响不大，运行的工况稳定；而且由于冷却工质R22的温度可以低于0，再液化的效率较高。 1.3、再液化装的相关设备及其运行要求 再液化装置包含了制冷系统的各个部件，其主要由BOG压缩机、液化冷凝器、不可冷凝气体分离器、热交换器以及中间冷却器等构成。 1.4、低温BOG压缩机 BOG压缩机作为系统的核心部件，其工作的好坏直接影响到整个系统的运行。在LNG槽船上工作的BOG压缩机一般进气-80-160，工作压力0.46.4Mpa。与低温气体接触的零部件必须使用相应低温材料，系统也必须设置温度控制器。同时，从运营经济性考虑，要求BOG压缩机的单位容积制冷量要大、压缩比要低，且能保证在低温状态下各零部件运行可靠。为防止低温下气体泄漏，BOG压缩机的轴封性能要好；驱动电机应设置在单位的电机室内，由气密舱室和压缩机室分隔。压缩机轴穿过气密舱室，靠联轴器与它连接。润滑油应能在低温条件下，有良好的流动性能。 鉴于目前国内LNG槽船制造刚刚起步，国内适宜-80-160的低温材料有限，故建议这类压缩机还是进口为宜。国外生产此类BOG压缩机的厂家有瑞士的布克哈德（Burkhardt com pression)公司，日本的石川岛播磨工业株式会社（Ishikawaiima-Harima Heavy Industtries CO.Ltd),神户钢铁（KOBESTEEL)以及美国的德莱塞兰（Dresser-Ran