摘要：目前LNG汽车加气站用气量的快速发展，占据了LNG销售市场主导地位，根据LNG汽车加气站工艺，当LNG温度高于-155℃时，LNG由于温度较高，BOG蒸发量将急剧升高，造成大量LNG不能有效利用，而BOG蒸发量过大超出站内利用能力后就必须直接放空。目前部分已建成投产的液化天然气工厂采用压力式储罐储存LNG，LNG温度为-138℃～150℃，温度较高，不能适应下游LNG销售市场的需要。因此对这部分液化天然气工厂进行技术改造已经成为必然。
关键词：液化天然气工厂；产品；降温改造技术；应用
引言：天然气是优质清洁能源，开发利用天然气对改善我国能源消费结构、保障能源安全具有重要意义。目前，天然气在世界一次能源消费结构中的比例已达24.2%。据专家预测，今后几年天然气消耗量有可能超过煤炭和石油，成为世界最主要的能源。长期以来，我国能源消费结构以煤和石油为主，天然气所占比重仅为5.3%，远低于国际水平。而且长期大量使用煤和石油这样的矿物燃料，造成严重的环境污染问题。大力开发和利用天然气，对实现节能减排目标、建设环境友好型社会具有重要意义。
一、项目的意义与必要性
液化天然气是常温天然气在临界压力下，通过在冷箱内与低温介质换热或节流等措施，逐步降低温度至沸点以下，液化形成的深冷液态天然气。液化天然气工厂生产的LNG产品储存在低温储罐内。由于工艺管道系统吸收热量等原因，LNG储罐内不可避免产生BOG气体，且LNG产品温度越高，产生的BOG量越大。特别是设置压力储罐的LNG工厂，随着储罐保冷系统性能的降低，储存系通产生的BOG逐渐增加。BOG的产生，一方面减少了终端产品LNG 的有效产能，同时将导致低温储罐压力升高，引起储罐安全阀动作，产生大量放散气体，不仅造成能源浪费，使运营成本提高，还存在大气污染污染问题。重要的是，储罐内LNG温度的升高，使LNG产品品质下降，在以LNG形式销售至下游储配站、LNG加气站等场站时，储存过程中将产生更多的BOG气体。
二、项目的技术可行性分析
1、项目技术基础
目前国内外已建的液化天然气工厂净化、液化、储存、BOG回收等工艺流程已非常成熟。本项目站液化天然气工厂压力液改造技术研发项目的工艺主要特点是：通过改造中小型液化工厂内工艺系统，采用低温BOG压缩机来降低LNG储罐内BOG气相空间压力，实现LNG储罐内液体通过蒸发降温；通过在浅冷温度区间（不低于-25℃）为系统提供冷量，配合混合制冷剂配比调整，实现LNG产品在深冷温度区间（低于-120℃）降温。制冷机组、预冷换热器在国内的设计制造技术已经非常成熟，而BOG压缩机通过吸收LNG储罐内BOG气体，降低LNG储罐内压力， LNG蒸发吸热，达到LNG产品降温的目的。
2、项目的技术创新性
本项目工艺系统的主要创新在于：
1）采用低温BOG压缩机来降低LNG储罐内BOG气相空间压力，实现LNG储罐内液体通过蒸发降温。
2）通过在浅冷温度区间（不低于-25℃）为系统提供冷量，配合混合制冷剂配比调整，实现LNG产品在深冷温度区间（低于-120℃）降温
液化天然气工厂压力液改造技术研发项目关键设备在于制冷机组、预冷换热器和BOG压缩机：
制冷机组制冷单元由制冷机组、冷却塔、冷冻水循环水泵、冷冻水循环管路及配套阀门、附件等组成，是指利用制冷机组为工艺装置提供冷冻水，采用水泵为循环冷冻水提供动力，制冷机组为通用设备，国内应用较多，设备加工技术成熟，能够达到工艺需求。
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预冷换热器换热单元是指采用一台预冷换热器为液化天然气工厂冷箱前原料天然气、混合制冷剂提供冷量，预冷换热器采用板翅式多股流换热器，提高换热效率，以降低设备能耗
在液化天然气液化储存及日常LNG装车运行过程中，BOG气量波动范围较大，且压力波动较大，流量变化范围较大，造成BOG压缩机开启频繁。该项目采用国产迷宫式BOG压缩机，运行时的气量调节范围为25%-50%-75%-100%。气量调节具有良好的可靠性和经济性。
3、项目可靠性
由于该项目流程采用低温BOG压缩机来降低LNG储罐内BOG气相空间压力，实现LNG储罐内液体通过蒸发降温，在浅冷温度区间（不低于-25℃）为系统提供冷量，配合混合制冷剂配比调整，实现LNG产品在深冷温度区间（低于-120℃）降温，经过理论计算，选择排气量合适的低温BOG压缩机，可实现合理回收LNG储罐内蒸发的BOG气体。采用非防爆、通用技术的冷冻机组，通过低温循环水或其他非可燃液体作为冷媒载体，为天然气液化系统增加冷量，冷冻机组可设置在辅助区，减少生产区的设备布置，建设改造量，增加整套液化系统的安全性。
三、项目风险分析与控制
本项目主要采用低温BOG压缩机来降低LNG储罐内BOG气相空间压力，实现LNG储罐内液化天然气液体通过蒸发降温；通过在浅冷温度区间（不低于-25℃）为系统提供冷量，配合混合制冷剂配比调整，实现LNG产品在深冷温度区间（低于-120℃）降温，国内、国际均无成熟工程案例可借鉴，主要存在以下风险：
1、根据理论计算，最大BOG发生量出现在LNG储存蒸发和LNG装车同时进行时段，BOG工艺管道管径和压缩机均按此最大气量进行选择。目前，尚无类似的液化天然气工厂改造项目运行，其理论计算的BOG最大气量尚需实际运行检验。如果实际产生的BOG气量比理论计算小，会导致设备的闲置浪费；如果实际产生的BOG气量比理论计算的大，则不能及时降低LNG储罐压力，导致LNG产品降温达不到预期效果。
2、基于采用制冷机组提供的冷量用于浅冷温度区位系统提供冷量，，需要制冷机组厂家仔细核对液化系统所需要的负荷数据，核对是否能满足LNG产品降温改造要求。
3、在夏季运行时，大气环境温度高，如果制冷机组及循环水管道系统保冷效果不好，冷冻水循环水温度存在过高可能，导致浅冷温度区间（不低于-25℃）为系统提供的冷量不足，LNG产品降温达不到预期目标。
4、由于采用带压力LNG储罐，储罐内压力变化范围较大，并且考虑到管道及换热设备的阻力损失，以及BOG气量产生的不稳地性，国产迷宫式BOG压缩机是否能适应复杂工况变化并正常运行，还需要进一步验证。
结语：本项目是通过改造液化工厂内工艺系统，采用低温BOG压缩机来降低LNG储罐内BOG气相空间压力，实现LNG储罐内液体通过蒸发降温；通过在浅冷温度区间（不低于-25℃）为系统提供冷量，配合混合制冷剂配比调整，实现LNG产品在深冷温度区间（低于-120℃）降温。降温后的LNG产品在液化工厂LNG储罐内储存，通过LNG运输车辆为下游各类液化天然气（LNG）加气站提供LNG气源，降温后的LNG产品可延长LNG在储罐内的储存时间，减少蒸发气体（BOG）的排放。
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论文作者:刘鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
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