LNG接收站开架式海水气化器的运行与维护

中国石油京唐液化天然气有限公司

LNG接收站开架式海水气化器的运行与维护

张奕 艾绍平 李生怀中国石油京唐液化天然气有限公司

LNG接收站广泛采用开架式海水气化器ORV进行液化天然气的气化。ORV的结构不复杂，翅片管束是主要组成元素，利用海水和LNG的换热实现LNG的气化。ORV的运行控制通过LNG的流量控制、海水的流量控制和ORV出口温度控制来实现。海水流量过低、ORV出口温度过低、ORV入口压力过低都会导致ORV联锁停车，由SIS关闭ORV入口、出口切断阀。ORV运行期间主要关注管束的腐蚀、开裂、变形、海水的分布情况和温度、压力、流量的变化。ORV只要定期维护，根据实地海水情况调整参数，加强巡检，就能平稳运行。

开架式气化器；管束；运行控制；腐蚀；维护

气化器是液化天然气（LNG）接收站中重要的设备之一，它将储存的LNG气化成天然气（NG）然后外输。目前LNG接收站常用的气化器有开架式海水气化器（ORV）、中间介质气化器（IFV）和浸没燃烧式气化器（SCV）。接收站可利用海边优越的地理优势，利用海水来进行气化，这是最为经济方便的气化方式。如海水水质较好，一般选用ORV，当冬季海水温度低时，以SCV作为备用；如果海水含沙量大，可选用IFV或SCV。目前国内的LNG接收站大部分都选用了ORV进行气化。

1 ORV的结构和工作原理

一台ORV由数块面板单元组成，一块面板由几十根翅片管束排列而成，管束下端连接LNG管，上端连接NG管。每块面板之间有海水分布槽，海水泵将海水引入海水总管，然后流入分布槽，槽中海水入口处设置除沫器，可以消除海水中的泡沫，槽上端有挡水板，防止海水喷溅。海水从分布槽中溢出，沿着翅片管束的外表面自上而下流动，然后流入海水沟排向大海。LNG经过高压泵加压后流入管束下端的LNG管，然后经过每根管束的内部从下向上流动，在流动过程中利用热传递被海水气化，气化后变成NG汇入NG管线，最后外输。

管束外表面为翅片结构，可以增大换热面积，增强换热效果，而管束内有螺旋核心，目的都是为增大换热路径，优化换热效果，使热传递更充分，气化更均匀。翅片管束材质为防锈铝合金，在外表面有铝锌合金涂层。管束下端连接的LNG管内有套管，套管上分布有许多喷液孔，使LNG平均分配到每一根管束中的压力稳定，并稳定流量和流速，使LNG能够进行更好的气化。

2 ORV的运行控制

ORV投用前必须进行氮气置换和干燥，使整个管路进行惰化。置换需达到氧含量小于2%，干燥需达到露点小于-40℃。

ORV运行工艺流程如图1所示。进入ORV的LNG流量通过LNG入口管线上的流量控制阀V4进行流量调节。接收站天然气外输总管的压力可对该流量进行调节。而当ORV出口温度T5过低时，可屏蔽其出口流量控制，根据ORV出口温度来对V4进行调节。运行的ORV的数量由操作工根据接收站总输出气量来确定。

图1 ORV运行工艺流程

海水流量可以是恒定的也可以是变化的，其大小通过调节阀V7实现。海水在每个面板上的均匀分布可通过相应海水管道的控制阀来调节，使气化均匀。当海水流量F1过低时，可通过联锁自动关闭ORV入口LNG管线上的切断阀V3，并联锁延时关闭NG出口切断阀V6。

如果出口天然气温度T5过低时，LNG入口阀V4由出口温度调节器控制而减小开度，直到出口温度达到设定值，满足输出温度要求。当ORV出口温度低时，可通过联锁关闭ORV入口阀门V3，切断LNG进入ORV，保护ORV出口管线及后续系统的安全。

3 ORV的加压预冷和启动

ORV停运再启时，其设备和前后管线需要加压和预冷，之后再进行启动，操作步骤为：①打开V6，再打开V3；②小开度打开V2和V5，根据P1和P2变化速度调节V5，使系统压力充到和外输压力一致，充压完成；③根据T1和T2温度下降趋势，调节V2和V5，对ORV进行预冷，若温度下降慢可小开度打开V1，当T1和T2均达到-130℃以下时，预冷完成；④打开V1，延迟5min再全开；⑤关闭V2和V5；⑥打开V4进行流量调节，ORV启动完成。

4 ORV的日检查和维护

4.1 管束的腐蚀和变形

ORV换热管在正常工作中直接与海水接触，并受到海水的冲刷，翅片管束材质主要成分为铝镁合金，俗称防锈铝，具有高的抗腐蚀性能和塑性。但在与海水直接接触并受到冲刷时，铝合金管束将会发生侵蚀腐蚀及微生物腐蚀。因此，每日ORV的检查必须包括管束表面腐蚀情况的记录。

为防止腐蚀，在与海水直接接触的管束及管束下端LNG管上喷涂比管束铝合金具有更高电离趋势的铝锌涂层合金，以防止海水直接与管束表面相接触，而且即使会发生涂层合金的局部剥落，也可以通过涂层合金的腐蚀保护作用防止管束表面的腐蚀。涂层需每半年进行一次检查，使用新鲜净水清洗管束板后进行管束板表面腐蚀情况检查。当局部金属喷涂厚度低于防腐要求（如低于70μm）时，需要重新进行金属喷涂。

另外，在海水进入ORV之前设置加氯装置，可以杀死海水中的微生物，有效防止腐蚀，此时需要检查制氯系统的加药浓度。不足以杀死海水中的微生物时需要加大加药浓度，以避免发生腐蚀，且能防止影响ORV的传热效率而使ORV翅片管变形。需注意的是，阳光常照射到的地方，氯离子分解较快，微生物存活几率较其他地方大，所以应加强这些部位的检查。

某LNG接收站出现过管束开裂的现象，开裂位置为管束与NG汇管连接处，裂纹贯穿整个截面有明显颈缩。形成的端口为杯锥状，这是轴向拉伸过载的特征。由于海水分布不均，开裂管束没有海水喷淋或与周围管束喷淋量不同，从而形成温度梯度，导致管束受力不均；另外ORV工作和停运状态的长期交替变化也会导致在强度相对薄弱的焊接热影响区产生热疲劳破坏。

为防止开裂，操作员需检查海水在每根管束的分布情况是否均匀，水槽是否有泥沙、生物等杂物的堵塞。正常情况下，管束最大的变形曲率低于40mm。管束的弯曲将通过海水的堵塞引起，为防止弯曲的产生，必须检查海水的堵塞情况。在弯曲状况比较严重时，需要用木头楔子放于弯曲的管路上，用榔头轻敲楔子修正曲率。

4.2 管束的结冰量和分布

若水量分布均匀，则结冰必须均匀，且最高结冰高度不超过3m。当发现有局部结冰或出现箭头状结冰高度超过1m时，需对水量分布进行检查。

4.3 海水的分布和堵塞

ORV诸多损坏的原因都来源于海水分布不均匀，受热不均而导致的，所以海水分布的日常检查很重要。海水分布不均多由下述原因造成：①海水管道被异物堵塞；②海水流量低；③海水槽堵塞；④海水量控制阀开度不佳。

4.4 运行参数

ORV运行时需检查出入口的压力，一般出入口压差约为0.2MPa。ORV出口温度过低时要进行入口LNG流量调节，减小LNG调节阀开度，增大海水流量，使ORV出口温度保持稳定。一般要求ORV出入口海水温度差小于5℃。

5 结语

ORV为LNG接收站广泛采用的气化器，利用海水气化即节能又经济。ORV的结构和工作原理简单，但生产制造要求高，尤其是管束的制造、焊接以及涂层的喷涂技术要求高。ORV的运行控制通过LNG的流量控制、海水的流量控制和ORV出口温度控制来实现。海水流量过低、ORV出口温度过低、ORV入口压力过低都会导致ORV联锁停车，由SIS关闭ORV入口、出口切断阀。ORV的平稳运行需要日常的精心维护，经常查看管束的腐蚀、开裂、变形等变化和海水分布情况。ORV只要定期维护，根据实地海水情况调整参数，加强巡检，就能平稳运行。

（栏目主持 焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.061