LNG 接收站开架式气化器海水流量优化与实践

魏念鹰

(中石油大连液化天然气有限公司，辽宁 大连 116600)

0 引言

开架式气化器(Open-Rack Vaporizer：ORV)是LNG 接收站的关键气化设备，随着国内LNG 接收站的不断建设，ORV已经成为标配的气化器类型。ORV 与其他类型的气化器相比，有两大优势[1][2]：首先工艺结构简单，运行可靠而且耐用，其次节能降耗效果明显，根据测算，一台SCV 的生产成本相当于十台ORV 的成本之和，根据耗电成本，ORV 启用时只有海水泵及相关海水过滤、净化设备消耗电能，而SCV 不仅鼓风机、水泵等相关配套设备耗电，更重要的是消耗大量燃料气。目前国内LNG接收站对ORV 的海水用量设计余量较大，而且南部沿海部分接收站海水温度常年保持在15℃以上，如珠海金湾LNG 和大鹏LNG 接收站等，这样会造成大量海水资源和能耗浪费。另外，ORV 的海水流量超过一定水量后会出现飞溅现象，不能与翅片管充分接触换热，造成热量白白浪费。因此对ORV 供给的海水流量进行优化，可以有效减少海水泵运行的数量，这样会降低耗电成本，能够很好地降低生产成本。

1 ORV的工作原理与运行要求

1.1 ORV的工作原理

开架式气化器[3]最初由英国的Marston Excelsior 开发，第一个范例安装在英国的肯维岛(Canvey Island)。随后，日本东京燃气与住友精密工业株式会社合作，从事更高性能的ORV 开发，广泛地在世界上接收站使用。ORV 使用海水作为LNG 的气化热源，将海水直接喷淋在气化器换热管束上，LNG 在管内吸收热量。ORV 的换热管束为耐低温材料，一般使用铝合金制造，换热管束直接与海水接触，因此外壁一般应做防腐处理。一般换热管安装在箱体内，气化器悬挂在支架上，有专门的检修口便于设备检查维护。

1.2 ORV的运行要求

大连LNG 的ORV 采用日本住友精密Sumitomo Precision Products Co.,Ltd 生产的高性能气化器，ORV 实际运行时需要检查的主要参数包括LNG 流量、NG 出口温度、LNG 出入口压力、海水流量、海水出入口温度、海水入口压力等。环评要求海水出入口温差不大于5℃，另外，现场ORV 面板的结冰情况和海水的分布及配送是ORV 安全运行的重要指标[3]，必须检查和关注海水结冰情况，厂家要求在水量分配良好和水流分布均匀的情况下，面板期望的平均结冰高度离开下顶盖的距离不能超过3m，箭头状局部结冰与平均结冰高度相比不超过1m。

2 ORV海水流量优化[4]与与实践

2.1 潮汐变化对海水流量的影响

大连LNG 的ORV 设计海水流量为9180t/h，目前采用1 匹配1 模式，即1 台海水泵匹配1 台ORV 的运行模式，根据厂家的设备使用要求，最低海水量不得低于5510t/h，否则可能出现水膜破损，严重时造成翅片面板应力集中导致设备损坏。因此，ORV 海水流量设置了7350t/h 的低报警值和5510t/h 的联锁关停值，一旦海水量低于联锁值，会激发安全仪表系统(SIS)联锁直接关闭LNG 管线入口隔断阀和流量控制阀来保护设备免于损坏。LNG 接收站海水取水口一般采用岸壁取水方式，海水泵泵井液位同时会受到潮汐的影响，进而影响海水流量大小。大连LNG 海水泵最高液位可达到9.8m，最低液位为6.7m，单台海水泵受潮汐变化可以提供9000t/h～9700t/h 海水量。

2.2 ORV与海水泵运行匹配优化

根据气候及水文条件，大连LNG 接收站气化设备配备为五台ORV 和六台SCV，海水泵配备7 台。表1 为海水泵与ORV优化运行典型匹配表，海水流量优化时流量比率须大于联锁比率(5510t/h:200t/h)28，才能保证ORV 满足工艺运行条件。表1 中1台海水泵匹配2 台ORV(以下简称1 匹配2)和3 匹配5 低于联锁比率，不能满足运行条件。表1 中1 匹配3 的流量比率在满足工艺运行条件的匹配中流量比率最小，如果2 匹配3 运行工况经实际测试满足工艺运行条件，则3 匹配4 和4 匹配5 同样可满足条件。

表1 海水泵与ORV运行匹配表(海水外排温度为5℃)

2.3 单台ORV海水流量优化测试

单台海水泵受潮汐变化可以提供9000t/h～9700t/h 海水量。当2 匹配3 时，单台ORV 可达到至少6000t/h 以上海水流量。测试以ORV-E 为例，先检验一台运行的安全性及可靠性，将海水流量逐渐调整至6500t/h 左右，然后再逐渐增加LNG 量直至200t/h 进行运行验证。可以看出，随着LNG 量逐步增加，海水温降从2.6℃变化至最大4.53℃，低于5℃限制条件。测试中现场面板平均结冰高度为10cm，结冰高度差为最大20cm，NG 出口温度大于2℃，可见，当海水温度为15.5℃时，海水量在6500t/h 下ORV 工况满足工艺运行条件。

2.4 多台ORV海水流量优化测试

重点验证2 匹配3 时运行工况，单台ORV 海水量可达到6200±200t/h，ORV-A/C/D 的处理量可达到满负荷200t/h，海水温降最大为4.44℃，现场最大结冰高度平均为12cm，箭头状结冰高度最大为17cm，结冰高度差为5cm，ORV 的三个重要指标NG 出口温度、海水温降、现场结冰高度均能满足使用条件，经测试得出，当海水温度大于14.5℃时，2 匹配3 可满足工艺运行条件。在现场实际运行中，海水温度最低降至10℃，此时面板结冰最高达到80cm，平均结冰高度为30cm，海水温差最大为4.9℃，可以认为，当海水温度大于10℃时，海水量达到6000t/h以上，ORV 满负荷运行满足工艺条件。

3 优化后实施效果分析

对ORV 原设计运行模式进行创新，通过对海水流量优化分析及实践检验，可看出，当海水温度大于10℃时，ORV 具有在低海水流量下运行的可能性。优化后，三、四、五条线可以少运行一台海水泵。而且优化后4 台海水泵可供5 台ORV 运行，将有更多的备用泵，可为以后ORV 的扩容提供依据。当实施2匹配3 运行方案后，可减少一台海水泵运行，从而减少电费成本支出。大连LNG 海水大于10℃的月份为每年6月份至11月为6个月时间，结合外输计划可开展对ORV 的运行优化，单台海水泵一天可节省0.46*1000*24=1.104 万元，月节省费用约33万元，半年可节省费用约200 万元，节能降耗效益明显。