LNG接收站再冷凝器自动控制设计

1、LNG 接受站再冷凝器自动控制设计杨信一【摘 要】目前国内已建设很多大规模的液化天然气接受站，且绝大部分都采用蒸LNGBOGLNGoperation.【期刊名称】油气田地面工程【年(卷),期】2017(036)001【总页数】6 页(P22-27)【关键词】LNG 接受站;蒸发气;再冷凝器;液气比;自动控制【作 者】杨信一【作者单位】中石油京唐液化天然气有限公司【正文语种】中 文液化天然气（LNG）接受站由于储罐、设备及管线内部的低温环境不断受到外界热量的入侵，会产生大量的蒸发气，目前关于蒸发气的处理方式分为直接加压外输和再冷凝气化外输两种。因为直接加压外输的方式需要耗费更大的加压能量1，所以

2、大部分接受站选择再冷凝气化外输工艺。再冷凝气化外输工艺最主要的设备是BOG 压缩机和再冷凝器2，其中再冷凝器不仅要提供充足的换热空间，还要兼顾内部液位、温度和压力的稳定，才能有效保证下游高压设备的工艺安全和蒸发气的高效处理。实现这一目标的重要手段，就是平稳地调节液位进入再冷凝器的 LNG 与 BOG 的比率，即液气比。LNG异，所以往往需要操作员耗费大量精力进行手动液气比调节。在 BOG 流量及LNG LNGBOGLNGBOGLNGLNG 接受站需要关于卸船管线、槽车装车管线、冷能利用管线、停滞状态下的低压泵和高压泵泵井及附属管线进行 LNG 保冷循环，保冷过后的升温 LNG 会返回储BOG4

3、LNG29 kPa(GBOG5。而在卸船工况下， BOG20 t/h6，BOG30 in（1 in=25.4 mm）BOGBOGBOGLNGLNG1LNG 接受站再冷凝器采用单壳单罐设计，内部构件主要有破涡器、拉西环填料层、液体分布器、气体分布盘、液体折流板、气体折流板、填料支撑板、闪蒸盘7，外形尺寸 3 m（I）8 m（L），温度-170180，最大压力 1.79 MPa，操作压力 0.775 MPa。LNG 接受站再冷凝器的结构如图 2 所示。接受站采用横河 YOKOGAVA 系统，原设计中再冷凝器内部程序设定为利用 BOG温度及 LNG 温度计算液气比。正常操作工况下，再冷凝器根据 BO

4、G 流量、温度、压力计算实际的 BOG 质量流量，再根据计算公式得出的液气比算出当前所需的LNG 流量。LNG 温度为-156时液气比的计算公式为式 中 ：R 液 气 比 ； TBOGLNGBOGLNGLNG的稳定控制则由压力设定模块经过再冷凝器旁路管线的流量控制进行分程调节8在LNG接受站实际运行稳定工况下，针关于再冷凝器运行参数，采用几组具有代表性的数据进行观察，如表 1 所示。在正常工况下，再冷凝器入口 BOG 温度维持在-1012，BOG 流量为 1316 t/h。再冷凝器入口 LNG 温度稳定在-156-157时，波动很小；实际操作压力在0.740.8 MPa 时比较稳定；再冷凝器出

5、口温度控制在-130-134左右时最为稳定；再冷凝器液位控制在 60%左右较为稳定9，过低会引起再冷凝器下游饱和蒸汽压力上升造成不利影响，过高则有造成液位联锁的风险。1LNGLNG10会造成实际压力与饱和蒸汽压之间差值过小11BOGLNGBOGLNGLNGLNGLNGLNGLNG观察发现，再冷凝器的液气比控制主要与 BOG 温度、BOG 流量和再冷凝器内部压力有关，因此，关于上述参数的影响进行量化分析。BOG在 BOG 流量相差较小的条件下，根据唐山 LNG 接受站实际稳定运行工况的分析可以得出 BOG 温度与实际液气比（R）的变化趋势（图 3）。由图 3 可知，在 BOG 流量增大的情况下，

6、液气比也随之增大，而 BOG 温度越高时，实际所需的液气比也会随之升高14BOG而且根据热量守恒定律可得出以下公式表达再冷凝器工作时内部热平衡的关系将公式（2）左右两边同时除以 FBOG，公式两边合并且整理后可得出如下公式式中：FLNG入口 LNG 质量流量，t/h；FBOG入口 BOG 质量流量，t/h； V换热进程中冷能的损失速度， (t)/h；T换热和冷凝后的出口 LNG 温度，。排除 BOG 含氮量过多工况的干扰后，代入表 1 中进行计算，公式中的冷能损失速度与 BOG 温度的变化曲线如图 4 所示。41 420(t)/hBOGLNGBOG-10 10，0BOGBOG15。BOG在 B

7、OG 温度相差不大的条件下，根据唐山 LNG 接受站实际稳定运行工况的分析可以得出 BOG 流量与实际液气比(R)的变化趋势（图 5）。5BOG比关系，也就是说，BOGLNG11 t/h液气比与压力环境的关系在实际运行状况中，再冷凝器还充当着上、下游设备的缓冲罐，由于上、下游设备的启停和切换，再冷凝器出口压力的改变易造成液位的大幅度震荡。而实际运行中 LNG16。LNGBOGLNG17；而在稳态工况0.740.78 MPa0.76 MPa18。液气比公式的设计和计算由于接受站实际运行中液气比在 811 范围内，再根据温度、压力关于液气比带来的影响，可设计出如下公式模板进行计算式中：X、Y、Z、

8、H常数； p再冷凝器出口压力，MPa(G)。经过实际数据的采集计算和实验，得出公式中的常数系数值，代入得出最终的液气比公式为防止出现特殊工况，如 BOG 含氮量较高堆积于再冷凝器顶部19、BOG 压缩机非常规运转导致出口温度高于 10等，造成关于再冷凝器平衡点的干扰，所以加入旁路控制模块，在特殊工况下可手动关于液气比公式中的常数“8.25”进行修正，具体特殊工况分析见参考文献20。公式设计完成后应关于其进行试验，可经过以下两项重要指标来判断：再冷凝器液位和出口温度21。其中，液位代表再冷凝器气液平衡点的位置，要求在 58.5% 61.5%之间且必需平稳；而再冷凝器出口温度即是防止下游高压泵气蚀

9、的重要保证， 也是再冷凝器内部温度平衡的指标，要求在-130.5-134之间。经过与实际运行状况的分析关于比，得出再冷凝器相关运行参数计算值与实际值的偏差（表 2）。经过诀别关于比表 2 中液气比新公式计算值和原公式计算值与实际操作的偏差（图 6） 可知，新公式的液气比计算值越发契合实际运行状态，调节进程越发温和。经过关于比表 2 中新液气比计算值与实际操作的偏差关于于出口温度指标的修正影响， 以再冷凝器出口温度-131.5为标准，公式计算所产生的偏差与实际操作的温度偏差契合，关于实际操作温度有修正作用（图 7）。BOGBOGBOG13 t/h61%BOG 16 t/h59.62位有一定的修正

10、作用（8）。本次设计的液气比公式的计算值偏差更小，关于比原设计公式实用性更强，可有效确保在自动状态下再冷凝器的平稳运行。经过液位和出口温度两项指标判断，本次设计契合再冷凝器运行规律，相比人工操作，自动控制越发准确。在小外输工况和大外输保供工况下，自动控制关于于唐山 LNG 接受站精细化管理，提高 BOG 处理效率、提升上下游设备的工艺安全性都产生积极影响。本文的液气比公式系数均参照唐山 LNG 接受站实际运行参数标准而设计，鉴于横河操作系统实现，若用于其他接受站则需要根据实际情况进行调整。【相关文献】张奕，郑大明，艾绍平BOGJ管道技术与设备， 2014，34（1）：10-14顾安忠液化天然气

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