高 洁，张宇鹏，丁 乙，王小尚，李 云

(1.西安交通大学化学工程与技术学院，陕西 西安 710049；2.中国石化工程建设有限公司，北京 100029；3.中国石化天津液化天然气有限责任公司，天津 300450；4.中国石化天然气分公司，北京 100029)

1 引言

BOG(Boil-off Gas)压缩机是LNG(液化天然气)接收站的关键装备之一。其工作可靠性直接影响接收站的经济效益。LNG接收站在卸船时，LNG储罐会产生大量的低温闪蒸气(BOG)[1]，需要进行回收。通常利用低温闪蒸气BOG压缩机进行再压缩输送至再冷凝器进行回收[2-4]。BOG压缩机进气温度低至-120～-162 ℃，在压缩机预冷启动及运行工况下，由于传热温差较大，压缩机低温过流部件温度变化剧烈，例如低温活塞将产生较大的温度梯度、热变形和热应力，从而降低压缩机的可靠性[4]。因此对直接接触低温闪蒸气的活塞组件进行瞬态传热及应力变化分析是十分必要的。

本文利用有限元方法对一台BOG压缩机的低温活塞在预冷2 h后运行过程中的传热及应力变化进行分析，获得预冷及运行工况下低温活塞的温度和应力变化，并根据分析结果进行结构优化，以确保压缩机的安全运行。

2 活塞传热模型及边界条件

2.1 活塞传热模型

本文所研究的低温活塞用于双作用气缸。在预冷及运行过程中，活塞2个端面均与被压缩气体接触，其传热过程包括(1)活塞端面与被压缩气体(BOG)之间的对流换热，如图1中活塞端面的箭头所示，(2)活塞内部的热传导，如图1由活塞中间指向两边的箭头，以及(3)活塞环区的传热。活塞环区的传热参照内燃机活塞的活塞环区简化方法，简化为如图2所示的传热模型[6]，将活塞环与气缸之间间隙中的气体简化为具有厚度的气膜，活塞的热量经过活塞环和气膜传导至气缸。……