摘要：随着我国低温储存系统应用的大型化发展，优化乙烯低温储存系统汽化气(BOG)气体处理工艺对降低装置运行能耗、节省投资的作用逐步增大。首先介绍了BOG气体的4种不同压缩制冷循环处理工艺;然后通过压焓图从理论上对其节能原理进行分析;同时根据实际数据对比不同工艺过程的制冷系数和能量消耗;最后总结出二次节流中间冷却工艺更为节能，为优化乙烯低温储存BOG气体处理工艺，实现节能降耗提出了适用性建议。
关键词：乙烯;低温储存;BOG气体处理工艺
乙烯的储存方式有高压压缩气体储存、高压液化气体储存、低温液化气体储存(低温储存法)，其中低温法具有储运压力低、安全性高、储运量大等特点。随着我国石化行业乙烯装置的兴建，以及沿海地区乙烯储存规模和需求的增大，近年在较大型的乙烯储运装置中低温法得到了大量的运用¨。
通常乙烯低温储存系统包括以下几个部分：装卸船系统(包括码头和泊位)、乙烯储罐、乙烯汽化系统、乙烯增压系统、汽化气(BOG)气体处理系统和其他公用工程系统，本文主要介绍和讨论BOG气体处理系统。
1BOG气体处理工艺
乙烯是在操作压力接近常压[正常操作压力为0.113__0.119MPa(A)]，操作温度略低于常压沸点(一101oC)下储存的，外界热量或其他能量的侵入会引起管路及储罐内乙烯的蒸发，也就是BOG气体。为了维持乙烯储罐恒定的压力，必须不断排除BOG气体，将其通过压缩机加压、制冷剂再液化后重新返回储罐_2J。BOG气体储存工艺采用二级压缩制冷循环的型式，传统工艺流程均采用二级压缩一次节流中间不冷却的方式。
因BOG气体处理工艺是乙烯低温储存系统能量消耗的重要组成部分，为降低低温乙烯储存系统的能耗，对该BOG气体储存工艺进行改进。根据不同的节流和冷却方式可分为：①二级压缩一次节流中间不冷却;②二级压缩一次节流中间冷却;③二级压缩二次节流中间不冷却;④二级压缩二次节流中间冷却4种不同的工艺流程，并从设备能耗的角度加以比较。
1.1二级压缩一次节流中间不冷却
传统BOG气体处理工艺见图1。从乙烯储罐排出的BOG气体经压缩机二级压缩后进人，冷凝器冷凝，再进入节流阀后闪蒸，最后返回至乙烯储罐中。图中所示数字为该管道内的流体代号。
1.2二级压缩一次节流中间冷却
该工艺是乙烯储罐排出的BOG气体经压缩机一级压缩后，进入中间冷却器冷却，再经压缩、冷凝、节流后返回乙烯储罐，其流程见图2。
1.3二级压缩二次节流中间不冷却
该工艺是乙烯储罐排出的BOG气体经一级压缩、二级压缩、冷凝、节流后返回中间闪蒸罐，中间闪蒸罐压力与压缩机一级出口压力匹配，闪蒸的气相进入压缩机二级人口，液相再闪蒸后返回乙烯储罐，其流程见图3。
1.4二级压缩二次节流中间冷却
该工艺是乙烯储罐排出的BOG气体经压缩机一级压缩后，进入中间冷却器冷却，再经压缩、冷凝、节流后返回中间闪蒸罐，中间闪蒸罐压力与压缩机一级出13压力匹配，闪蒸的气相进人压缩机二级人口，液相再闪蒸后返回乙烯储罐，其流程见图4。
2不同工艺过程的制冷效率和节能效果
在4个不同的工艺过程中，低温乙烯储存系统产生的BOG经压缩、冷凝后返回系统，维持系统的压力平衡，即具有相同的制冷工况。
2.1不同工艺过程的压焓图
为了比较4种工艺的节能效果，现对4个不同工艺流程采用化工稳态流程模拟软件PRO/Ⅱ7.0来模拟，其过程的压焓图如图5_8所示。
压焓图中，在二相区中的水平线长度代表其蒸发潜热，温度越高其蒸发潜热越小。同理，节流阀后的流体在二相图中所处位置与进料之间的水平线长度代表了其制冷量。从图5_8中可以看出，二级压缩一次节流中间不冷却工艺和二级压缩一次节流中间冷却工艺提供的制冷量是相同的，因为一次节流时，进入储罐的冷量是2.0MPa(G)的饱和液体所对应的其焓值。二级压缩二次节流中间不冷却工艺和二级压缩二次节流中间冷却工艺提供的制冷量也是相同的，因为二次节流时，进入储罐的冷量是4.2MPa(G)的饱和液体所对应的焓值。因4.2MPa(G)的饱和液体下的温度更低，因此二次节流的制冷量大于一次节流的制冷量。
常用的中间冷却方式主要有完全中间冷却和不完全中间冷却2种，因为中间完全冷却温度为一68℃，受冷却剂种类的影响，无法采用完全中间冷却方式。因一级出口温度(14oC)与中间冷却温度(0℃)相差较小，因此中间冷却或中间不冷却2种方式的制冷系数无明显差别。
2.2不同工艺过程的制冷系数
为对4种不同工艺过程进行量化比较，假设需要冷凝的BOG流量为1t/h，温度为一100，压力为0.015MPa(G)，经一级压缩机压缩至0.42MPa(G)，二级压缩机压缩至2.0MPa(G)，中间冷却温度为0oC，其他参数维持不变。
从表1中可知，二次节流循环中的。小于一次节流循环中的h，所以二次节流的单位制冷量大于一次节流的单位制冷量。因一次节流过程中节流后的气相分率较大，需要循环压缩的气体量较大，一级压缩机所消耗的理论功较大;而二次节流中第1节流阀后的气体直接返回到二级压缩机人口，经过第2节流阀的气相分率明显减小，需要循环压缩的气体量较小，一级压缩机所消耗的理论功相对较小。因此，从表中可知二次节流的制冷系数明显大于一次节流的制冷系数。
从图5—8和表1可知，中间冷却和中间不冷却的单位制冷量和一级压缩机的单位理论功相等，但前者的二级压缩机的单位理论功较后者稍小，因此中间冷却的制冷系数略大于中间不冷却的制冷系数。
2.3不同工艺过程的能耗计算
为比较4种不同工艺过程的节能效果，现对各设备的能耗进行计算，计算结果如表2所示。
由表2可知，一次节流中间不冷却工艺的能耗最高，为419.2kW;在一次节流中间冷却工艺中，因为中间冷却器的作用，二级压缩机人口温度和出口温度降低，二级压缩机和冷凝器的能耗同时降低，总能耗降低至411.4kW，节能1.9%;在二次节流中间冷却工艺中，因为二次节流阀的作用，一级压缩机流量减少，同时第1节流阀节流后的气相返回二级压缩机人口，二级压缩机人口温度和出口温度降低，一级压缩机、二级压缩机和冷凝器的能耗同时降低，总能耗降低至364.5kW，节能13%;在二次节流中间冷却工艺中中间冷却器降温后，总能耗降至358.6kW，节能14.5%。
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3结论
(1)在选用中间冷却方式时要首先考虑制冷剂的因素，在制冷剂的允许条件下，尽量采用中间完全冷却。因为在相同的条件下，这种方案的制冷系数较大，能量消耗小。但如果无合适的制冷剂，所用的制冷剂与产品温度相差小时，宜综合考虑其节能效果所带来的操作费用的降低和增加中间冷却器时设备购置费的增加的平衡，确定是否采用中间冷却的方式。
(2)在选择一次节流或二次节流时，不必考虑制冷剂的种类，在系统允许的情况下，尽量采用二次节流，因为二次节流比一次节流的制冷系数大，设备的能耗小，可节能14.5%。但与此同时，增加了系统的复杂性。
对于低温乙烯储存系统的BOG处理工艺，要结合装置中的实际工况具体问题具体分析，如下游装置有气相需求时，也可以直接将BOG加压后输送至下游装置J，总之，需要综合考虑各方面的因素，确定最优化最节能的BOG处理工艺的方案。
