中國石油京唐液化天然氣有限公司

LNG接收站開架式海水氣化器的運行與維護(hù)

張奕 艾紹平 李生懷中國石油京唐液化天然氣有限公司

LNG接收站廣泛采用開架式海水氣化器ORV進(jìn)行液化天然氣的氣化。ORV的結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，翅片管束是主要組成元素，利用海水和LNG的換熱實現(xiàn)LNG的氣化。ORV的運行控制通過LNG的流量控制、海水的流量控制和ORV出口溫度控制來實現(xiàn)。海水流量過低、ORV出口溫度過低、ORV入口壓力過低都會導(dǎo)致ORV聯(lián)鎖停車，由SIS關(guān)閉ORV入口、出口切斷閥。ORV運行期間主要關(guān)注管束的腐蝕、開裂、變形、海水的分布情況和溫度、壓力、流量的變化。ORV只要定期維護(hù)，根據(jù)實地海水情況調(diào)整參數(shù)，加強(qiáng)巡檢，就能平穩(wěn)運行。

開架式氣化器；管束；運行控制；腐蝕；維護(hù)

氣化器是液化天然氣（LNG）接收站中重要的設(shè)備之一，它將儲存的LNG氣化成天然氣（NG）然后外輸。目前LNG接收站常用的氣化器有開架式海水氣化器（ORV）、中間介質(zhì)氣化器（IFV）和浸沒燃燒式氣化器（SCV）。接收站可利用海邊優(yōu)越的地理優(yōu)勢，利用海水來進(jìn)行氣化，這是最為經(jīng)濟(jì)方便的氣化方式。如海水水質(zhì)較好，一般選用ORV，當(dāng)冬季海水溫度低時，以SCV作為備用；如果海水含沙量大，可選用IFV或SCV。目前國內(nèi)的LNG接收站大部分都選用了ORV進(jìn)行氣化。

1 ORV的結(jié)構(gòu)和工作原理

一臺ORV由數(shù)塊面板單元組成，一塊面板由幾十根翅片管束排列而成，管束下端連接LNG管，上端連接NG管。每塊面板之間有海水分布槽，海水泵將海水引入海水總管，然后流入分布槽，槽中海水入口處設(shè)置除沫器，可以消除海水中的泡沫，槽上端有擋水板，防止海水噴濺。海水從分布槽中溢出，沿著翅片管束的外表面自上而下流動，然后流入海水溝排向大海。LNG經(jīng)過高壓泵加壓后流入管束下端的LNG管，然后經(jīng)過每根管束的內(nèi)部從下向上流動，在流動過程中利用熱傳遞被海水氣化，氣化后變成NG匯入NG管線，最后外輸。

管束外表面為翅片結(jié)構(gòu)，可以增大換熱面積，增強(qiáng)換熱效果，而管束內(nèi)有螺旋核心，目的都是為增大換熱路徑，優(yōu)化換熱效果，使熱傳遞更充分，氣化更均勻。翅片管束材質(zhì)為防銹鋁合金，在外表面有鋁鋅合金涂層。管束下端連接的LNG管內(nèi)有套管，套管上分布有許多噴液孔，使LNG平均分配到每一根管束中的壓力穩(wěn)定，并穩(wěn)定流量和流速，使LNG能夠進(jìn)行更好的氣化。

2 ORV的運行控制

ORV投用前必須進(jìn)行氮氣置換和干燥，使整個管路進(jìn)行惰化。置換需達(dá)到氧含量小于2%，干燥需達(dá)到露點小于-40℃。

ORV運行工藝流程如圖1所示。進(jìn)入ORV的LNG流量通過LNG入口管線上的流量控制閥V4進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。接收站天然氣外輸總管的壓力可對該流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。而當(dāng)ORV出口溫度T5過低時，可屏蔽其出口流量控制，根據(jù)ORV出口溫度來對V4進(jìn)行調(diào)節(jié)。運行的ORV的數(shù)量由操作工根據(jù)接收站總輸出氣量來確定。

圖1 ORV運行工藝流程

海水流量可以是恒定的也可以是變化的，其大小通過調(diào)節(jié)閥V7實現(xiàn)。海水在每個面板上的均勻分布可通過相應(yīng)海水管道的控制閥來調(diào)節(jié)，使氣化均勻。當(dāng)海水流量F1過低時，可通過聯(lián)鎖自動關(guān)閉ORV入口LNG管線上的切斷閥V3，并聯(lián)鎖延時關(guān)閉NG出口切斷閥V6。

如果出口天然氣溫度T5過低時，LNG入口閥V4由出口溫度調(diào)節(jié)器控制而減小開度，直到出口溫度達(dá)到設(shè)定值，滿足輸出溫度要求。當(dāng)ORV出口溫度低時，可通過聯(lián)鎖關(guān)閉ORV入口閥門V3，切斷LNG進(jìn)入ORV，保護(hù)ORV出口管線及后續(xù)系統(tǒng)的安全。

3 ORV的加壓預(yù)冷和啟動

ORV停運再啟時，其設(shè)備和前后管線需要加壓和預(yù)冷，之后再進(jìn)行啟動，操作步驟為：①打開V6，再打開V3；②小開度打開V2和V5，根據(jù)P1和P2變化速度調(diào)節(jié)V5，使系統(tǒng)壓力充到和外輸壓力一致，充壓完成；③根據(jù)T1和T2溫度下降趨勢，調(diào)節(jié)V2和V5，對ORV進(jìn)行預(yù)冷，若溫度下降慢可小開度打開V1，當(dāng)T1和T2均達(dá)到-130℃以下時，預(yù)冷完成；④打開V1，延遲5min再全開；⑤關(guān)閉V2和V5；⑥打開V4進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，ORV啟動完成。

4 ORV的日檢查和維護(hù)

4.1 管束的腐蝕和變形

ORV換熱管在正常工作中直接與海水接觸，并受到海水的沖刷，翅片管束材質(zhì)主要成分為鋁鎂合金，俗稱防銹鋁，具有高的抗腐蝕性能和塑性。但在與海水直接接觸并受到?jīng)_刷時，鋁合金管束將會發(fā)生侵蝕腐蝕及微生物腐蝕。因此，每日ORV的檢查必須包括管束表面腐蝕情況的記錄。

為防止腐蝕，在與海水直接接觸的管束及管束下端LNG管上噴涂比管束鋁合金具有更高電離趨勢的鋁鋅涂層合金，以防止海水直接與管束表面相接觸，而且即使會發(fā)生涂層合金的局部剝落，也可以通過涂層合金的腐蝕保護(hù)作用防止管束表面的腐蝕。涂層需每半年進(jìn)行一次檢查，使用新鮮凈水清洗管束板后進(jìn)行管束板表面腐蝕情況檢查。當(dāng)局部金屬噴涂厚度低于防腐要求（如低于70μm）時，需要重新進(jìn)行金屬噴涂。

另外，在海水進(jìn)入ORV之前設(shè)置加氯裝置，可以殺死海水中的微生物，有效防止腐蝕，此時需要檢查制氯系統(tǒng)的加藥濃度。不足以殺死海水中的微生物時需要加大加藥濃度，以避免發(fā)生腐蝕，且能防止影響ORV的傳熱效率而使ORV翅片管變形。需注意的是，陽光常照射到的地方，氯離子分解較快，微生物存活幾率較其他地方大，所以應(yīng)加強(qiáng)這些部位的檢查。

某LNG接收站出現(xiàn)過管束開裂的現(xiàn)象，開裂位置為管束與NG匯管連接處，裂紋貫穿整個截面有明顯頸縮。形成的端口為杯錐狀，這是軸向拉伸過載的特征。由于海水分布不均，開裂管束沒有海水噴淋或與周圍管束噴淋量不同，從而形成溫度梯度，導(dǎo)致管束受力不均；另外ORV工作和停運狀態(tài)的長期交替變化也會導(dǎo)致在強(qiáng)度相對薄弱的焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生熱疲勞破壞。

為防止開裂，操作員需檢查海水在每根管束的分布情況是否均勻，水槽是否有泥沙、生物等雜物的堵塞。正常情況下，管束最大的變形曲率低于40mm。管束的彎曲將通過海水的堵塞引起，為防止彎曲的產(chǎn)生，必須檢查海水的堵塞情況。在彎曲狀況比較嚴(yán)重時，需要用木頭楔子放于彎曲的管路上，用榔頭輕敲楔子修正曲率。

4.2 管束的結(jié)冰量和分布

若水量分布均勻，則結(jié)冰必須均勻，且最高結(jié)冰高度不超過3m。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有局部結(jié)冰或出現(xiàn)箭頭狀結(jié)冰高度超過1m時，需對水量分布進(jìn)行檢查。

4.3 海水的分布和堵塞

ORV諸多損壞的原因都來源于海水分布不均勻，受熱不均而導(dǎo)致的，所以海水分布的日常檢查很重要。海水分布不均多由下述原因造成：①海水管道被異物堵塞；②海水流量低；③海水槽堵塞；④海水量控制閥開度不佳。

4.4 運行參數(shù)

ORV運行時需檢查出入口的壓力，一般出入口壓差約為0.2MPa。ORV出口溫度過低時要進(jìn)行入口LNG流量調(diào)節(jié)，減小LNG調(diào)節(jié)閥開度，增大海水流量，使ORV出口溫度保持穩(wěn)定。一般要求ORV出入口海水溫度差小于5℃。

5 結(jié)語

ORV為LNG接收站廣泛采用的氣化器，利用海水氣化即節(jié)能又經(jīng)濟(jì)。ORV的結(jié)構(gòu)和工作原理簡單，但生產(chǎn)制造要求高，尤其是管束的制造、焊接以及涂層的噴涂技術(shù)要求高。ORV的運行控制通過LNG的流量控制、海水的流量控制和ORV出口溫度控制來實現(xiàn)。海水流量過低、ORV出口溫度過低、ORV入口壓力過低都會導(dǎo)致ORV聯(lián)鎖停車，由SIS關(guān)閉ORV入口、出口切斷閥。ORV的平穩(wěn)運行需要日常的精心維護(hù)，經(jīng)常查看管束的腐蝕、開裂、變形等變化和海水分布情況。ORV只要定期維護(hù)，根據(jù)實地海水情況調(diào)整參數(shù)，加強(qiáng)巡檢，就能平穩(wěn)運行。

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.061