刘畅
中石油京唐液化天然气有限公司 河北省唐山市曹妃甸工业区 063200
摘要：LNG接收站通常采用BOG直接压缩外输和BOG再冷凝两种方式，而两种工况下高压泵的运行状态有很大不同，直接压缩工况下无再冷凝器参与，此时高压泵的放空管线回到储罐运行稳定；投用再冷凝器进行BOG再冷凝的工况下，进入高压泵的LNG液体温度较高，若采用放空至再冷凝器的方式进行运行，高压泵的运行状态不稳定，尤其是最小外输情况下高压泵入口LNG的温度最高，容易发生气蚀。BOG再冷凝工艺应采取高压泵采用放空至储罐的方式运行，以保证系统的稳定。（LNG：liquefied natural gas；BOG：boiled off gas）
关键词：LNG接收站；高压泵气相空间的放空
LNG接收站处理BOG通常采用BOG再冷凝这种方式，与BOG直接压缩外输工艺相比，BOG再冷凝工艺可以节约30%-60%的费用。但是BOG再冷凝工艺也有一些缺点，随着接收站外输量的改变，进入高压泵入口的LNG温度也会变化，而BOG压缩机处理的BOG量是一定的，低压泵输出的LNG与BOG混合后的温度会随着LNG量的减少而上升，在LNG接收站最小外输工况下，高压泵入口的LNG温度会达到最高值，此工况下高压泵很容易由于压力波动而产生气蚀，对泵的液位以及振动有极大影响。高压泵的气相空间若与再冷凝器联通，会使高压泵内的气相温度升高的更多，所以LNG接收站采用BOG再冷凝工艺的情况下，应该让高压泵的气相空间放空管线回到储罐而不是再冷凝器。
BOG直接压缩外输工艺采用高压压缩机对BOG压缩机出口的BOG进一步处理，不需要使用再冷凝器，高压泵气相空间的放空方向只能选择返回储罐，此工艺不涉及高压泵的运行稳定性，以下研究均以BOG再冷凝工艺作为讨论基础。
一、不同工况下高压泵的运行
LNG接收站在外输量较大的工况下，低温LNG与BOG混合后温度较低，因此混合后的LNG到达高压泵入口后不易产生气蚀，而外输量较小的工况下，参与混合的低温LNG量较小，高压泵的入口温度会上升很多，可能产生振动或气蚀，而最小外输量的工况下高压泵入口的温度会达到最高。
最小外输量工况下，BOG与对应量的LNG进行混合，以京唐LNG接收站为例，混合后的LNG温度为132-135℃，高压泵入口压力为0.7-0.8MPaG，高压泵入口压力减去LNG的饱和蒸汽压数值为0.1-0.2MPaG，压力的波动或BOG的温度上升都很容易触发高压泵的连锁跳车。
任何会使BOG温度上升的运行操作与工艺变动都会使本已经比较容易气蚀的高压泵入口温度再次上升，而最小外输工况下，很容易产生这种问题，高压泵放空若采用放空至再冷凝器的工艺会进一步影响高压泵运行的稳定性。采取高压泵放空至储罐的工艺可以有效避免大多数BOG温度升高工况对高压泵运行的影响。
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二、最小外输工况下影响高压泵运行的不稳定因素
最小外输工况下若选择高压泵放空至再冷凝器工艺，会有大量不确定性的因素对其稳定运行产生影响，高压泵放空至再冷凝器工况的不稳定因素有以下几点（以京唐LNG接收站为例）：
1、再冷凝器液位因操作或事故导致过高时，液位控制器会自动对再冷凝器使用外输高压天然气进行控制，若高压泵与再冷凝器联通，则高压天然气会进入高压泵气相空间，将使高压泵的液位大幅度下降，甚至会触发高压泵液位的低低连锁停车。
2、运行的BOG压缩机需要定期切换与维护，新启动的BOG压缩机出口温度很容易达到将近100℃，高温的BOG进入再冷凝器与LNG混合后，会使本已经处于气蚀边缘的高压泵入口温度进一步上升，高压泵液位会因此大幅度下降（正常运行时105-110%的液位会下降至60%甚至更低）且振动异常，设备产生异响，后续的LNG对高压泵液位进行补充时会带动整个系统的波动，再叠加上流程中自动控制阀的动作会导致整个系统越来越不稳定。
3、最小外输工况通常处于夏季，LNG储罐的总体温度会因环境吸热而逐渐上升，会导致再冷凝器的气相空间温度逐渐提高，为保证运行的高压泵稳定，需增加高压泵入口压力来保证高压泵的饱和蒸气压差处于安全范围，因为气相空间联通反而会增加压缩机的出口压力，让压缩机负荷增大温度进一步上升，便会进入一个温度与压力共同上涨的恶性循环，严重时100%负荷运行的BOG压缩机出口温度会从正常的0℃左右增至35℃，影响高压泵的稳定运行。
4、接收站在日常的生产运行中，切换设备、排净分液罐排净罐的动作会增加整体BOG系统中氮气的含量，而整个BOG系统中的氮气最终会聚集在再冷凝器的上部，对冷凝效果产生影响，气相空间联通导致氮气也会进入高压泵，不利于高压泵的稳定运行。
5、当LNG接收站全厂事故停车或全厂因检修停车时，需要将高压泵气相空间放空管线从去再冷凝器切换回去低压排净管线回到LNG储罐，因再冷凝器处于隔离状态，需与高压泵气相空间隔离开来。
结论：高压泵放空至再冷凝器在最小外输的工况下，无法稳定运行，整体系统风险较高。
三、高压泵放空回储罐工况试运行效果
京唐LNG接收站调整高压泵放空至储罐工艺后，经过四个月的最小外输工况运行观测，得出结果如下：
调整前，京唐LNG接收站采用高压泵放空至再冷凝器工艺，高压泵运行状态不稳定，液位波动大、振动高，压力难控制；而将高压泵放空切换至储罐后，运行的高压泵液位保持110%稳定运行，备用的高压泵会保持115%左右的满罐状态，在BOG压缩机负荷不变的工况下，LNG储罐压力一直处于下降或平稳趋势，高压泵的振动均在报警值范围内且无剧烈波动，再冷凝器运行稳定，BOG压缩机运行稳定。
四、结论
采用BOG再冷凝方式工艺的LNG接收站，不宜采用高压泵气相空间放空管线返回再冷凝器的工艺流程，会对整个系统产生影响不利于安全生产，应该采用高压泵气相空间的放空管线返回储罐的工艺流程，不仅不影响整体的BOG产生量，而且可以保证高压泵的稳定运行，尤其是夏季长期最小外输的工况下可以保证全站的稳定生产运行，其他LNG接收站可作为参考。
参考文献：
[1]梁謇，厉严忠，谭宏博，等. 潜液式LNG 泵的结构特点及其应用优势[J]. 天然气工业，2008，28（2）：123-125.
[2]姬忠礼. 泵与压缩机[M]. 北京：石油工业出版社，2004：38-39.
论文作者:刘畅
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/10/9
标签：高压泵论文; 冷凝器论文; 工况论文; 接收站论文; 温度论文; 压缩机论文; 工艺论文; 《防护工程》2018年第12期论文;