3. BOG负荷的来源与量化方法

再冷凝器的控制核心,是把“正在产生的BOG”与“可用的过冷LNG”在物料和冷量上匹配起来。要做到这一点,第一步不是调阀,而是把BOG负荷算清楚。BOG负荷通常以质量流量(kg/h)或标准体积流量(Nm³/h)表示,工程上更常用质量流量,因为它直接参与再冷凝器的热量平衡。本节按来源拆解BOG,再给出估算、计量与数据采集的落地方法。

一、BOG的四类主要来源

储罐蒸发(日常蒸发)。LNG储罐即使绝热良好,外界热量仍会通过罐壁、罐底、吊带和管口传入,使部分LNG蒸发以维持罐内压力。这部分BOG与罐容、绝热形式、环境温度和液位有关,是连续、缓慢、几乎全天候存在的基础负荷。大型常压全容罐的日蒸发率通常在0.05%~0.1%量级(示例性范围,实际以设计文件为准),折算成小时流量后往往只占总BOG的一小部分,但它是“底噪”,不能忽略。

装卸船(大流量瞬态)。卸船时,船舱LNG泵入岸罐,船舱腾出的空间需要BOG回填以维持舱压,同时岸罐进液排挤出的BOG也要处理;装船时方向相反。装卸船是BOG负荷最剧烈的工况,流量可达日常蒸发的数十倍,且随卸料速率、舱压控制方式和回气方案大幅波动。再冷凝器选型和操作必须按这一峰值工况校核。

管道漏热与设备吸热。低温LNG流经管道、阀门、泵和计量设备时,环境热量经保冷层传入,产生闪蒸或温升。保冷层受潮、破损或法兰处保冷不连续,都会使这部分负荷明显上升。它属于“随流程位置分布”的负荷,需按管段分别估算后汇总。

闪蒸(节流与压降)。LNG经过节流阀、孔板或压力降低的管段时,部分液体因压力下降而闪蒸。闪蒸量与节流前后的压力、温度和LNG组成密切相关,是容易被低估的一项。此外,储罐压力升高后的放空、设备预冷和置换也会带来短时BOG。

BOG 来源 → 量化 → 汇总负荷 储罐蒸发 连续 · 小流量 · 底噪 装卸船 瞬态 · 峰值 · 数十倍 管道漏热 分布 · 随管段累加 闪蒸 节流压降 · 易低估 蒸发率法 m = 罐容×日蒸发率×ρ / 24 回气/置换平衡法 按卸料速率与舱压控制估算 漏热计算法 Q=K·A·ΔT,再折算蒸发量 闪蒸率法 按节流前后焓差/汽化潜热估算 BOG 总负荷 Σ 各来源 + 安全裕量 kg/h 现场计量与采集要点 • 流量计:温压补偿、量程覆盖峰值 • 罐压/液位/温度:同步时标 • 卸料速率、回气量:随船记录 • 数据:分钟级均值 + 事件标记

二、估算方法:从设计值到运行值

储罐蒸发量可用蒸发率法快速估算:以罐容、日蒸发率和LNG密度折算。例如某罐有效容积160000 m³,日蒸发率取0.08%,LNG密度约450 kg/m³,则日蒸发量约 160000×0.0008×450 ≈ 57600 kg/d,折合约2400 kg/h。这是示例性假设,实际应取设计文件和当前液位、环境温度修正。

管道漏热按 Q=K·A·ΔT 分段计算,K为保冷层传热系数,A为外表面积,ΔT为环境与LNG温差;得到热流后除以LNG汽化潜热(约510 kJ/kg量级,随组成变化)折算蒸发量。多段管道逐段累加,保冷受潮段应取更保守的K值。

闪蒸量按节流前后焓差估算:闪蒸率近似等于(h₁−h₂)/汽化潜热,其中h₁、h₂为节流前后比焓。压降越大、温度越高,闪蒸比例越高。装卸船工况还需结合回气方案,用物料平衡校核船舱与岸罐之间的BOG流向和流量。

三、现场计量与数据采集要点

估算给出的是设计基准,运行中必须以计量数据校正。BOG流量计应安装在再冷凝器入口或压缩机入口的直管段,保证前后直管长度,并做温度和压力补偿,把工况体积流量换算为标准状态或质量流量。量程要覆盖装卸船峰值,否则峰值段数据会削顶失真。

数据采集上,罐压、液位、罐内温度、BOG流量、压缩机负荷、卸料速率应使用统一时标,采样周期建议不高于1分钟,并对装卸船、放空、预冷等事件打标记。分析时把“事件段”与“平稳段”分开统计:平稳段用于校核日常蒸发与漏热估算,事件段用于校核峰值负荷和再冷凝器余量。若实测平稳段流量持续高于估算值,应优先排查保冷受潮、法兰泄漏和闪蒸偏大,而不是直接加大再冷凝器负荷。

量化BOG负荷的实用顺序:先按来源分项估算得到设计基准,再用计量数据分段校正,最后以峰值工况(装卸船)校核再冷凝器和压缩机的处理能力。三者一致,负荷数据才可用于工况调整。

把上述来源、方法和采集要求落到一张可填写的负荷核算表上,现场交接和复盘会清晰很多。下表字段可直接用于日常记录(数值为示例性假设,非实测)。

来源估算依据示例估算值(kg/h)计量校核点
储罐蒸发罐容×日蒸发率×密度/242400罐压上升速率、BOG流量平稳段
装卸船卸料速率与回气平衡峰值另计卸料速率、回气流量、舱压
管道漏热Q=K·A·ΔT 分段累加600各管段温升、保冷外观检查
闪蒸节流焓差/汽化潜热300节流前后压力温度
合计(平稳段)分项求和加裕量约3300~3600与入口流量计比对偏差

需要强调的是,BOG负荷不是固定常数:环境温度升高、保冷老化、卸船频繁都会推高负荷。量化工作的价值在于建立“来源—估算—计量—偏差”的闭环,让再冷凝器的冷量匹配有据可依,而不是凭经验拍数。