浅谈LNG接收站BOG压缩机平面布置及管道设计要点

牛存厚

(中石化洛阳工程有限公司，河南 洛阳 471003)

浅谈LNG接收站BOG压缩机平面布置及管道设计要点

牛存厚

(中石化洛阳工程有限公司，河南 洛阳 471003)

结合某LNG接收站的实例，对BOG压缩机平面布置(plot plan)及管道设计的要点、注意事项进行了阐述，对BOG压缩机重点管道的管道布置和支架设置提出了合理的建议及后续思考。

LNG；BOG压缩机；平面布置(plot plan)；管道布置；支架设置

LNG作为一种清洁、高效的能源，在中国是新兴的能源应用领域，应用前景广阔。目前，国内已投入使用、在建、拟建的液化天然气(LNG)接收站在20座以上。这些LNG接收站均由七部分组成，即LNG卸料码头、LNG储罐、LNG罐内低压泵、外输高压泵、LNG汽化器、BOG回收系统、公用工程及安全控制系统[1]。其中BOG(Boil-off Gas蒸发气)回收系统是LNG接收站的关键组成部分，是接收站安全、可靠、经济运行的基础；科学合理的BOG处理工艺可达到降低成本、节约投资的作用。BOG压缩机作为BOG回收系统的核心设备，具有极其关键的作用，需要着重、系统地研究其管道布置要点。本文以某LNG接收站中BOG压缩机为例，对其平面布置、管道设计的要点进行了探讨、总结。

1 BOG压缩机概述

BOG压缩机是LNG接收站BOG回收系统的核心设备，具有如下主要特点[2]：

(1)压缩的气体是烃类气体(主要为甲烷)，属易燃、易爆气体；

(2)进口温度低，约为-160℃，每一级压缩级的出口温度均要限制；

(3)要求高稳定性，以满足LNG接收站连续运行的需要。

BOG压缩机一般采用低温往复式压缩机，按API618等标准进行设计、制造、试验和检验。在实际的LNG接收站工程中，低温往复压缩机主要有立式迷宫密封式和卧式对置平衡式两种。卧式机在平衡性、维护难易度及重心方面有优势，但立式机在使用寿命、可靠性和维护成本方面具备优势[2]。本接收站最终采用的是立式往复式的压缩机，共两级，一级气缸设计吸气温度约-150℃；二级气缸最大排气温度约50℃。

2 BOG压缩机流程简介

图1 BOG压缩机典型原则流程图

图1介绍了LNG接收站中典型的再冷凝工艺回收利用BOG的原则流程：来自LNG接收站BOG总管的BOG依次经由减温器(330-DT-01)降温、BOG压缩机入口分液罐(330-V-02)分液，BOG压缩机(330-C-01A/B)加压至一定压力后送入再冷凝器(330-V-01)；从LNG储罐输出的LNG，一部分根据冷凝BOG所需量进入再冷凝器，剩余部分通过再冷凝器旁路直接送至高压外输泵；再冷凝器将BOG与从储罐输送的LNG混合、换热，使BOG降温并最终冷凝成LNG。以本LNG接收站为例，BOG压缩机入口管径DN350，操作温度-146/-97℃，操作压力0.01～0.023MPa，设计温度-196/65℃，设计压力0.35MPa；经过二级压缩之后出口管径DN200，操作温度-33/52℃，操作压力0.815～0.817MPa，设计温度-196/140℃，设计压力1.75MPa。

3 BOG压缩机平面布置要点

图2为本LNG接收站BOG压缩机的平面布置，BOG压缩机(0330-C-01A/B)敞开式布置在压缩机厂房内；压缩机前设厂房前管廊；压缩机入口分液罐(0330-V-02)布置于紧邻压缩机厂房的构架内；压缩机附属的水站、空冷布置于压缩机外侧地面上。结合上图，归纳出BOG压缩机平面布置的以下要点：

(1)BOG立式往复压缩机为高度集成的撬装式结构，油站、仪表控制盘、气缸、压缩机平台梯子等都撬装在一个底板上，压缩机落地安装，压缩机厂房内无需设置二层平台。

(2)BOG压缩机压缩介质天然气为易燃、易爆气体，且密度比空气轻，将压缩机布置在敞开式的压缩机厂房内；厂房顶部设通风设施，使厂房内空气流通，以便将释放出的爆炸危险物质迅速扩散稀释到爆炸下限以下。

(3)压缩机厂房内设置桥式吊车，满足压缩机安装、检修的需要，同时如图2所示在厂房内地面留出足够的吊装检修空间；吊装检修空间应正对进出压缩机厂房的通道。

(4)根据LNG接收站的运行特点，一期工程开工之后全年365天保持运行，在一期压缩机厂房设计时，兼顾到二期预留压缩机的布置要求，留有足够的预留占地。

(5)桥式吊车选型考虑同时满足一期、二期最大机型压缩机的吊装要求，压缩机厂房的梁、柱的布置充分考虑二期厂房扩建和桥式吊车导轨铺设的要求；

(6)根据GB50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》5.2.2条的规定，可燃气体压缩机与甲A类工艺设备防火间距不应小于9 m[3]。

图2 BOG压缩机平面布置图

4 BOG压缩机管道布置要点

BOG压缩机作为一种低温往复式压缩机，在管道布置时与常规往复式压缩机最大的区别在于压缩机相关管线操作及设计温度较低，对管道柔性的要求较常规压缩机更为苛刻，压缩机管道布置及支架设置需同时满足管道柔性与管道防振的要求。若管系柔性过大，会在一定程度上加剧管道振动；而若管系柔性过小，则低温工况下管道的冷缩容易导致管系二次应力以及局部应力过大，造成管系破坏；同时，弹簧的设置与否也是BOG压缩机管系需重点考虑的因素之一，弹簧的设置一定程度上会加剧管道振动。

考虑到BOG压缩机是一种立式往复式压缩机，往复式压缩机运行时易造成管道的振动，振源大致可分为气流脉动、机体自身机械振动以及共振等[4]。同时，BOG压缩相关管道的设计最低温度均考虑为-170℃(液态LNG的设计温度)，管道均有低温特性，在进行管道规划时，要求管系具有足够的柔性以满足管道应力的要求，且由于低温特性，部分管道支架有要求采用弹簧的可能，弹簧设置过多有可能引起管系局部振动的加剧。

因此，在进行BOG压缩机管道布置时应注意的最基本要点，就是尽可能通过管系的自然形状进行冷缩补偿，减少设置弹簧的可能。BOG压缩机入口管道、出口管道及开工循环管道等尽可能布置在与压缩机管嘴相同高度的平面内，避免由于高差而设置弹簧支架的现象；并尽量避免某一方向直管段过长，通过合理而简洁的补偿弯解决管道的柔性问题。为了尽可能减少管系的振动，进出口管道均应优先考虑沿地面敷设，并采用地面管墩的支撑形式，其他管道支架也应尽量从地面生根，且应将管道支架与压缩机基础、压缩机厂房、压缩机附属管架分开设置。

在完成BOG压缩机管道布置时，还应注意与BOG压缩机制造厂密切沟通，对于BOG压缩机的管道布置、支架设置以及制造厂分析结果的理解等方面，均要与其达成一致，以保证BOG压缩机可靠、稳定的运行。

综合考虑管道应力与管道振动因素，本接收站BOG压缩机最终管道布置如图3所示，此管道布置方案得到了压缩机制造厂脉动分析、振动分析以及应力分析各方面的认可。

图3 BOG压缩机管道典型布置图

5 BOG压缩机管道支架设置要点及思考

由于BOG压缩机相关管道低温冷缩位移与管系振动限制的矛盾，给BOG压缩机管道支架设置带来了很大难度与挑战，对于每一个低温管道支架，在满足管道应力分析要求的基础上，尽可能采取能限制振动的支架形式。在压缩机振动分析结果中，要求每一个支架都能够限制管道的上下位移，以期尽可能减少管道振动。对于应力分析中支架不存在向上位移或向上形变趋势的支架，支架形式是可以取得一致并容易选用的；但对于应力分析结果中部分支架存在向上位移或向上形变趋势，此处支架就不能用常规的形式简单实现；同理，对于振动分析结果要求限制某处管道径向位移，而应力分析结果要求允许横向位移的支架，其形式同样是需要经过特殊考虑的。

本接收站中，解决此支架形式矛盾的有效办法，是采用一种使用碟片的特殊支架，通过借用碟片的夹紧力，达到既限制管道振动、又使得管道在某方向可实现一定程度形变的目的，其关键在于碟片的恰当选用及其夹紧力的选取。针对BOG压缩机支架设置的难点，给未来BOG压缩机管道布置及支架设置带来了耐人深省的课题，应充分研究开发能同时满足防止振动与柔性设计要求的特殊支架；BOG压缩机一级出口之后的操作温度并不十分苛刻，但若考虑-170℃的设计工况，将使得管道应力分析与振动分析的矛盾凸显出来，如何在安全性和可实现性间权衡考虑管道的应力计算温度也是一个需要考虑的关键点。

6 结 语

以上对LNG接收站BOG压缩机的功能、平面布置及管道布置等设计要点和注意事项进行了阐述。合理的平面布置与管道布置对于BOG压缩机的稳定、安全、可靠运行有十分重要的作用。本文通过某接收站的设计经验，对BOG压缩机管道支架设置提出了建议与思考，在国内后续LNG接收站BOG压缩机的管道设计中，应更好地把握管道防振要求与柔性要求的矛盾点，使此工程难点妥善得到解决。

[1] 刘 浩,金国强. LNG接收站BOG气体处理工艺[J].化工设计,2006,16(1):13-16.

[2] 吕 俊,张昌维.LNG接收站BOG压缩机处理能力计算及选型研究[J].化工设计,2011,21(1):14-16.

[3] 建设部.GB 50183-2004 石油天然气工程设计防火规范[S].北京:中国计划出版社,2005.

[4] 李兴林.往复式压缩机进出口管道的设计与防振措施[J].当代化工,2012,41(4):393-440.

(本文文献格式：牛存厚.浅谈LNG接收站BOG压缩机平面布置及管道设计要点[J].山东化工,2017,46(11):132-134.)

Discussion of BOG Compressor Layout and Piping Design Key Points for LNG Receiving Terminal

NiuCunhou

(SINOPEC Luoyang Petrochemical Engineering Corporation,Luoyang 471003,China)

Combined with a LNG receiving station,key points and attention points of BOG compressor plot plan and piping design were described. Also reasonable suggestions and further thoughts of the BOG compressor piping layout and support setting were given.

LNG;BOG compressor;plot plan;piping layout;support setting

2017-05-19

牛存厚，高级工程师，现任该公司专业副总工程师，长期从事管道设计工作。

TQ051.21

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1008-021X(2017)11-0132-03