LNG 船 用 BOG再 液 化 装 置 工 艺 流 程 模 拟 徐 启 俊 ， 方 江 敏 ， 谈 震( 华 南 理 工 大 学 机 械 与 汽 车 工 程 学 院 ， 广 州 510640)摘 要 : 文 中 运 用 工 程 模 拟 计 算 软 件 ASPEN PLUS 对 LNG 船 用 蒸 发 气 体 ( BOG) 再 液 化 装 置 工 艺 流 程 进 行 了 较 全 面 和 深 入 的 模 拟 计 算 通 过 对 模 拟 计 算 结 果 进 行 分 析 ， 得 到 用 丙 烯 预 冷 的 再 液 化 工 艺 流 程 中 的 主 要 工 艺 设 备 运 行 参 数 : 海 水 冷 凝 器 冷 凝 温 度 、 BOG 压 缩 机 出 口 压 力 、 丙 烯 压 缩 机 出 口 压 力 以 及 混 合 制 冷 剂 压 缩 机 出 口 压 力 对 再 液 化 效 率 和 能 耗 有 着 不 同 程 度 的 影 响 通 过 对 模 拟 结 果 的 量 化 分 析 ， 为 LNG 的 BOG 再 液 化 装 置 工 艺 流 程 的 优 化 、 设 备 的 选 型 以 及 确 定 再 液 化 装 置 运 行 的 最 经 济 状 态 提 供 技 术 支 持 。
关 键 词 : LNG; 丙 烯 预 冷 ; 再 液 化 ; ASPEN PLUS; 流 程 模 拟Simulation of the process of BOG re － liquefied equipment in LNG carr ierXu Qijun， Fang Jangmin ， Tan Zhen( School of Mechanical ＆ Automotive Engineering， South China University of Technology， Guangzhou 510640， China)Abstract: In this paper the process of BOG re － liquefied equipment in LNG carrier was calculated deeply and utterly by ASPEN PLUS process simulation． On the sufficient analysis of the simulation results， some major equipments parameters， such as the outlet temperature of sea water heat exchanger， the outlet pressure of the BOG compressor， the outlet pressure of propylene compressor and the outlet pressure of mixing refrigerant compressor， of re － liquefied process were obtained by precooling of pro- pylene， which could affect the energy consumption and efficiency of re － liquefied equipment． On the quantitative analysis of sim- ulation， it can provide corresponding parameters and technical support for the optimization of BOG re － liquefied process and the type selection of cooling equipment and the most economical operation condition．K eywords: LNG， Precooling of propylene， Re － liquefaction， ASPEN PLUS， Process simulation引 言 LNG － BOG 液 化 流 程 包 括 丙 烯 预 冷 循 环 、 混合 制 冷 剂 制 冷 循 环 和 BOG 制 冷 循 环 ［ 3， 4］ 。
1) 丙 烯 预 冷 循 环 : 丙 烯 制 冷 剂 经 过 丙 烯 压 缩 机 压 缩 后 ， 进 入 海 水 冷 却 器 2 降 温 ， 再 由 丙 烯 节 流 阀 节 流 降 温 低 温 低 压 丙 烯 制 冷 剂 预 冷 多 股 流 换 热 器 ， 为 BOG 和 混 合 制 冷 剂 的 预 冷 提 供 冷 量 ， 换 热 后 进 入 下 一 个 循 环 2) 混 合 制 冷 剂 制 冷 循 环 : 混 合 制 冷 剂 由 混 合 制 冷 剂 压 缩 机 压 缩 后 ， 依 次 经 过 海 水 冷 却 器 3、 预 冷 多 股 流 换 热 器 、 混 合 制 冷 剂 换 热 器 、 深 冷 多 股 流 换 热 器 、 回 热 器 进 行 换 热 直 至 被 液 化 过 冷 过 冷 的 混 合 制 冷 剂 由 混 合 制 冷 剂 节 流 阀 降 压 降 温 后 ， 进 入 深 冷 多 股 流 换 热 器 提 供 冷 量 ， 流 出 的 混 合 制 冷 剂 利 用 剩 余 冷 量 为 混 合 制 冷 剂 换 热 器 提 供 冷 量 后 ， 进 入 下 一 次 混 合 制 冷 剂 循 环 。
3) BOG 制 冷 循 环 : LNG 液 货 舱 中 的 BOG 进1随 着 我 国 天 然 气 市 场 的 日 益 活 跃 ， LNG ( liq-uefied natural gas) 的 进 口 量 逐 年 呈 几 何 曲 线 增 长 ， 到 2020 年 预 计 我 国 LNG 进 口 总 量 将 达 3000万 吨 ［ 1］ 数 量 庞 大 的 LNG 在 海 运 过 程 中 将 产 生 大 量 的 液 货 罐 蒸 发 气 体 ( boil off gas， BOG) 为 了 液 货 舱 的 压 力 运 行 安 全 ， 提 高 LNG 运 输 效 率 和 降 低 运 输 成 本 ， 将 BOG 通 过 再 液 化 装 置 液 化 冷 凝 后 ， 再 送 回 液 货 舱 ， 对 保 证 LNG 运 输 船 的 运 行 安全 和 经 济 高 效 有 着 广 阔 的 运 用 前 景 ［ 2］ 2 流 程 模 拟LNG 液 化 流 程 图 如 图 1 所 示 2． 1 流 程 简 述收 稿 日 期 : 2011 － 08 － 26作 者 简 介 : 徐 启 俊 ( 1986 － ) ， 男 ， 硕 士 研 究 生 ， 主 要 研 究 方 向 为 石 油 天 然 气 储 备 运 输 设 备 及 运 行 安 全 。
低 温 技 术 Cryogenics· 34· 第 11 期入 回 热 器 中 ， 为 混 合 制 冷 剂 的 过 冷 提 供 冷 量 ， 再 由BOG 压 缩 机 压 缩 ， 压 缩 后 的 高 温 BOG 通 过 海 水 换 热 器 1 带 走 热 量 ， 降 温 后 的 BOG 进 入 丙 烯 多 股 流 换 热 器 预 冷 ， 再 通 过 BOG 深 冷 换 热 器 进 行 深 冷 ， 最 后 由 BOG 节 流 阀 节 流 降 温 节 流 后 的 BOG冷 凝 液 进 入 气 液 分 离 器 ， 液 相 直 接 返 回 液 货 舱 ， 气 相 BOG 与 LNG 液 货 舱 中 的 BOG 汇 合 在 此 进 入 BOG 制 冷 循 环 图 1 LNG － BOG 再 液 化 模 拟 流 程 图Fig． 1 Picture of LNG － BOG re － liquefied process进 行 整 个 工 艺 流 程 模 拟 计 算 时 ， 分 别 选 用 如 下 的2． 2 状 态 方 程 及 模 块 的 选 择模 块 : 压 缩 机 用 Compr 模 块 ; 中 间 冷 却 器 用 Heat-erX 与 Mixer 模 块 的 组 合 形 式 ; 换 热 器 用 MheatX 模 块 ; 分 流 器 用 FSplit 模 块 ; 节 流 阀 用 Valve 模 块 ; 海 水 换 热 器 用 Heater 模 块 ; 混 合 器 用 Mixer 模 块 。
整 个 流 程 图 如 图 2 示 :模 拟 计 算 中 LNG － BOG 的 主 要 组 成 成 分 为95． 4% 的 甲 烷 和 4． 6% 的 氮 气 ， 其 物 性 参 数 和 相 平 衡 采 用 SRK 状 态 方 程 计 算 LNG 船 用 BOG 再 液 化 装 置 工 艺 所 涉 及 的 单 元 设 备 为 压 缩 机 、 海 水 换 热 器 、 换 热 器 、 多 股 流 换 热 器 等 ［ 5］ 在 用 Aspen Plus 化 工 模 拟 软 件 对 LNG 船 用 BOG 再 液 化 装 置CPR1、 CPR2、 CPR3: 压 缩 机 ; C1、 C2、 C3: 海 水 换 热 器 ; V1、 V2、 V3: 节 流 阀 ; HX2、 HX4: 多 股 流 换 热 器 ; HX1、 HX3: 换 热器 ; SEP: 气 液 分 离 器图 2 LNG － BOG 再 液 化 计 算 模 拟 流 程 图Fig． 2 Picture of simulation of LNG － BOG re － liquified process低 温 技 术 Cryogenics · 35·第 11 期2． 3 流 程 性 能 参 数 计 算 公 式运 用 模 拟 软 件 计 算 得 到 流 程 中 各 个 节 点 的 流 量 、 压 力 、 温 度 、 密 度 等 热 力 学 参 数 。
模 拟 的 初 始 条 件 如 表 1 所 示 ， 重 要 性 能 参 数 计 算 如 表 2 所 示 2． 4 工 艺 流 程 的 模 拟LNG 船 用 BOG 再 液 化 流 程 中 ， 影 响 流 程 的 可 行 性 、 压 缩 机 的 功 耗 、 再 液 化 效 率 的 参 数 较 多 ［ 6］ 这 些 参 数 主 要 有 : BOG 压 缩 机 的 出 口 压 力 、 丙 烯 压 缩 机 的 出 口 压 力 、 混 合 制 冷 剂 压 缩 机 的 出 口 压 力 、 海 水 换 热 器 的 出 口 温 度 等 通 过 改 变 各 参 数 的 值 对 工 艺 流 程 进 行 模 拟 计 算 表 1 初 始 条 件Tab． 1 Initial conditions所 在 循 环 条 件 单 位 数 值入 口 压 力入 口 流 量p / MPaqm， L / ( kg / h) 甲 烷N21． 146825． 000． 9540． 046BOG制 冷 循 环组 分入 口 压 力入 口 流 量 组 分p / MPaqm， L / ( kg / h) 丙 烯1． 522001丙 烯 制冷 循 环入 口 压 力入 口 流 量p / barqm， L / ( kg / h)N2CH4C2 H6C3 H81． 113750． 050． 410． 340． 2混 合 制 冷剂 制 冷 循 环3 工 艺 流 程 模 拟 结。