孙海超
中海油阜宁热电有限责任公司
一、研究背景及目的
某LNG接收站项目已投运四座LNG储罐，卸料操作存在多种可供选择的方案，但目前缺少不同方案差异的比较与分析。本文主要对不同卸料方案中存在的各项差异对BOG产生量的影响进行计算与比较分析，不同卸料方案的主要差异在于以下两点：
LNG组分差异；
参与卸料储罐数量的差异。
本文通过基于HYSYS软件的动态模拟和相关仿真计算，研究不同卸料方案如：依次卸单座储罐、双座储罐、四座储罐方案、同时卸两座以及不同组分混合下对BOG产生量变化影响，为操作方案的优化提供技术支持。
二、工艺过程描述及基础参数
2.1 组分基础条件
LNG贫、富组分依次分别取“柯气”组分和该项目设计中的富组分进行计算
2.2 LNG运输船的参数设定
LNG运输船船容为14万m3，卸船能力为1.32万m3/h，卸船操作时，船方压力为15KPa.g，卸船泵扬程拟定为150m，泵效率为0.72（0.8×0.9）。其中，0.8为低压泵在最小流量下的效率。
2.3 卸料臂漏热
卸料过程中卸料臂将会结冰，根据项目设计经验，假定结冰厚度10mm，环境温度36.5 ℃，LNG温度-160 ℃，卸料臂长度30m，卸料臂尺寸为16寸。
2.4储罐罐壁冷却产生的BOG
储罐在液位上升时，罐壁冷却吸热导致BOG生成。计算中涉及以下参数：储罐内径80m，内罐厚度 0.02m，流量 13200m3/h（双罐卸料为6600m3/h），珍珠岩厚度0.9m，液位高度累计上升28米。
2.5船侧与储罐侧液位高度差
此部分内容计算船侧液位高度与储罐液位高度的差值，LNG从罐顶进行卸料，储罐罐高40米。
2.6 气压变化对BOG产生量的考虑
气压变化在本研究暂不考虑。
2.7 LNG船返气对BOG产生量的考虑
随着LNG卸料工作的进行，储罐压力逐渐上升，部分BOG返回到船方，为便于比较考虑船方压力，船方压力按照恒定压力考虑。
三、BOG计算原理
LNG接收站卸料工况BOG计算原理是分别计算出该工况下BOG的产生量和减小量，两者的差值作为该工况BOG的产生量。本研究针对LNG储罐在卸料管道操作中导致的BOG产生量，计算操作差异对结果的影响。
BOG的产生因素主要有以下4项：储罐漏热、管线漏热、卸料及泵的热输入，BOG减小因素主要是低压泵外输引起。BOG产生因素总和与BOG减少因素之最大差值即为设计BOG量。
四、卸料动态仿真
为进一步分析接收站卸料过程中BOG的动态变化，通过HYSYS动态模拟方法对卸料过程中涉及的LNG运输船、LNG卸船泵、卸料臂、LNG储罐（4座）、LNG低压泵、BOG压缩机以及相关压力容器设备进行仿真建模分析，计算分析对应方案下BOG压力的变化。
4.1整体模型的搭建
4.1.1LNG储罐模型搭建
结合现场运营情况，设定模型中储罐操作压力为17KPa.g，储罐中组分为饱和状态富组分。模型包含4座储罐，每座储罐包含卸料阀门、BOG出口阀门（虚拟）和LNG低压外输阀门，其中，BOG出口阀门压降用于模拟BOG通过储罐间管道的流阻。
为校核储罐模型的准确性，进行以下操作：隔离储罐，关闭卸料阀门、BOG出口阀门（虚拟）和LNG低压外输阀门
在校核操作下，通过长时间监测，在60%液位时储罐压力维持不变证明罐内LNG处于饱和状态，符合实际情况。
现场储罐受到环境热输入影响，根据计算，单罐甲烷蒸发量为1281kg/h，两座储罐的模拟结果为2273 kg/h（60%液位高度），与设计结果基本一致。
4.1.2 BOG低压压缩机模型搭建
模型中BOG处理系统包含两台能力均为7.2t/h的BOG低压压缩机和1台压缩机入口缓冲罐。BOG处理系统上游连接储罐气相空间，下游输送到再冷凝器，出口压力为450KPa.g。
4.1.运输船模型搭建
模型中根据实际情况，搭建LNG运输船储罐、船载泵和节流阀。根据基础条件，船舱压力为13KPa.g；船载泵扬程录入泵曲线；节流阀控制流量为13555m3/h，阀后压力为罐压。
4.2 仿真计算结果
4.2.1 贫组分进行单罐卸料
本工况模拟单座储罐接收LNG贫组分，储罐罐内LNG余液为富组分储罐液位上升28m（从2m上升到30.06m）。卸料过程中储罐压力从17.00KPa.g上升，参与卸料储罐压力上升到21.34KPa.g，其余储罐压力上升到21.30KPa.g，期间LNG卸料流量维持在13555m3/h左右，BOG压缩机外输量15.3 t/h左右。
4.2.2 贫组分进行双罐接替卸料
本工况模拟两座储罐接替接收LNG贫组分，储罐罐内LNG余液为富组分（储罐液位从2m分别上升到16.00m、16.02m）。卸料过程中储罐压力从17.00KPa.g上升，参与卸料的第二座储罐压力上升到20.23KPa.g，其余储罐压力上升到20.13KPa.g，期间LNG卸料流量维持在13555m3/h左右，BOG压缩机外输量 15.00t/h左右。
4.2.3 贫组分进行四罐接替卸料
本工况模拟四座储罐接替接收LNG贫组分，储罐罐内LNG余液为富组分（储罐液位从2m分别上升到9m、9m、9m、9m）。卸料过程中储罐压力从17.00KPa.g上升，参与卸料第四座储罐压力上升到20.08KPa.g，其余储罐压力上升到19.90KPa.g，卸料期间LNG卸料流量维持在13555m3/h左右，BOG压缩机外输量 15.00t/h左右。
4.2.4 富组分进行单罐卸料
本工况模拟单座储罐接收LNG富组分，储罐罐内LNG余液为富组分储罐液位上升28m（从2 m上升到30.21 m）。卸料过程中储罐压力从17.00KPa.g上升，参与卸料储罐压力上升到21.10KPa.g，其余储罐压力上升到21.07KPa.g，期间LNG卸料流量维持在13553m3/h左右，BOG压缩机外输量 14.90 t/h左右。
4.2.5 富组分进行双罐接替卸料
本工况模拟两座储罐接替接收LNG富组分，储罐罐内LNG余液为富组分（储罐液位从2m分别上升到17.02 m、15.00m）。卸料过程中储罐压力从17.00KPa.g上升，参与卸料第二座储罐压力上升到21.26KPa.g，其余储罐压力上升到21.17KPa.g期间LNG卸料流量维持在13553m3/h左右，BOG压缩机外输量 14.90 t/h左右。
4.2.6 富组分进行四罐接替卸料
本工况模拟四座储罐接替接收LNG富组分，储罐罐内LNG余液为富组分（储罐液位从2m分别上升到8.64m、9.0m、9.0m、9.0m）。卸料过程中储罐压力从17.00KPa.g上升，参与卸料第四座储罐压力上升到21.45KPa.g，其余储罐压力上升到21.38KPa.g，期间LNG卸料流量维持在13558m3/h左右，BOG压缩机外输量15t/h左右。
4.2.7 贫组分同时进行双罐卸料
本工况模拟两座储罐同时接收LNG贫组分，储罐罐内LNG余液为富组分（储罐液位从9m均上升到23.18m）。卸料过程中储罐压力从17.00KPa.g上升，储罐压力分别上升到20.33 KPa.g期间LNG卸料总流量维持在13555m3/h左右， BOG压缩机外输量15.2t/h左右。
4.2.8 富组分同时进行双罐卸料
本工况模拟两座储罐同时接收LNG富组分，储罐罐内LNG余液为富组分（储罐液位从9m分别上升到16.35m、16.02m）。卸料过程中储罐压力从17.00KPa.g上升，储罐压力均上升到21.15KPa.g，间LNG卸料总流量维持在13555m3/h左右，BOG压缩机外输量 14.9t/h区间。
五、结论
本文基于HYSYS软件的动态和稳态的模拟仿真计算，分析卸料过程中LNG组分和参与卸料储罐数量不同时，对BOG产生量的影响。本次分析依照项目设计和运维资料，搭建仿真与计算模型，完成计算数据的校核与分析计算，主要结论如下：
1）贫、富LNG组分的混合对BOG产生量的影响较小，无需在BOG压缩机的设计中进行考虑，最大BOG小时产生量约为146.8KG/h；
2）卸料中，贫组分混合罐内富组分时BOG产生量较小，但贫组分潜热小，运维中更容易产生较多BOG；
3）在总卸料速率不变的情况下，各卸料方式下产生的BOG量几乎一致。