LNG气化器预冷方式对比分析

李云

摘 要：LNG气化器是接收站气化外输的关键设备，投用前预冷对LNG气化器的安全运行起重要作用。在实际生产中LNG气化器预冷分为有备压预冷和无备压预冷。本文结合气化器实际预冷曲线对预冷过程作了详细分析，指出了预冷过程中存在的问题并提出了对预冷方式改进的措施。

关键词：LNG气化器;预冷;对比分析

LNG气化器是一种专门用于液化天然气气化的换热器，开架式气化器（ORV）和浸没燃烧式气化器（SCV），是目前接收站主流气化器。开架式气化器是由一组内部具有星形断面，外部有翅片的铝合金管组成其以海水为热源，海水在管外由上而下流动，LNG在管内自下而上流动过程中LNG被气化。开架式气化器具有运行费用低，操作和维护容易的特点。浸没燃烧式气化器，通过将燃烧后的燃气直接排入水中将水加热。换热管束浸没在水浴中，LNG在管束内流动，由热水加热而气化。两种气化器停机后都不处于冷备用状态，如需启动需提前预冷，以保证设备启动时的安全。

1 LNG气化器工艺流程图及预冷程序

来自高压泵的LNG经气化器入口管线及相应阀门进入LNG气化器，在气化器处经热源加热气化输至外输管网。开架式气化器与浸没燃烧式气化器虽然结构与原理不同，但入口管道、出口管道及相应阀门、仪表布置完全相同并且预冷控制方式也相同。其示意工艺流程图如图1。

图1   气化器工艺流程示意图

为防止LNG突然进入管道及设备造成热应力过大、温度变化快而使设备及管道连接部位损坏。预冷时要缓慢降低管道及阀门温度，避免急冷与骤冷[1]。LNG气化器预冷速率控制在8～10℃/h以内，管道上下表面温度计不大于50℃。目前在实际操作中LNG气化器预冷方式分为管道有备压预冷和管道无备压预冷。LNG气化器有备压预冷是气化器正常停车后如需再启动常采用的预冷方式。气化器无备压预冷常在气化器、阀门检修及特殊工况下需再投用时才会采用的方式。

参考图1，管道有备压预冷程序如下：

①打开XV01、XV02;

②打开MV02开度为30%，打开MV05开度为半圈;

③根据TI01A/B 的温降趋势调节MV02与MV05开度;

④当TI01B达到-100℃时，打开MV01，开度为10%～15%保持10～15min，充分冷却阀体后将其缓慢全开;

⑤当TI01A/B达到-120℃冷却完成，关闭MV02。无备压预冷方式与上述冷却方法完全相同。

2 LNG气化器预冷过程分析及存在问题

2.1 预冷过程分析

根据LNG气化器实际预冷过程绘制出了管道有备压预冷和无备压预冷的温将曲线，如图2、图3。

图2    有备压预冷曲线图

由图2的AB、A1B1预冷曲线可知，开始预冷时上表面温度基本不发生变化，而下边面温度逐渐缓慢下降。这是由于管道内有备压（一般8MPa左右），此压力远大于进入管道LNG的饱和蒸气压并且LNG流量较小，气化后的低温气体很难扩散至管道上表面。低温气体在管道底部流动导致下表面温度下降较快而上表面温度几乎不下降。随着预冷时间和LNG流量的增加，部分LNG不能完全气化，下表面温度快速下降，同时气化的低温气体不断冷却和置换管道内原来气体，上表面温度开始缓慢下降，最终在管道内充满LNG时上下表面温度趋于一致，见图2中BC、B1C1段。

图3   无备压预冷曲线图

由图3中DE、D1E1预冷曲线可知气化器刚开始预冷时上表面温度和下表面温度同步开始下降且两者之间温差很小。这是由于管道内无备压（压力小于0.1MPa），进入管道的LNG迅速气化并扩散至上表面，使管道上下表面同时冷却。EF、E1F1预冷曲线是由于随着预冷时间和LNG流量的增加管道冷度和压力不断升高，进入管道的LNG未全部气化，部分未气化的LNG在管道流动造成管道下表面温度快速下降。同时由于进入管道的LNG气化速度与气化气体向管道上表面扩散的速度变缓，导致上表面温度下降速度低于下表面温降速度。

2.2 预冷过程中存在问题

管道有备压预冷时，在预冷前期管道上表面温度几乎不变，在预冷中期下表面预冷速度无法控制，上下表面温度差值相差较大可达-100℃左右。管道无备压预冷虽然在预冷前期遇冷速度和上下表面温差比较容易控制，但在遇冷后期同样会出现遇冷速度无法控制，上下表面出现温差较大现象。由于预冷中后期管道预冷速度快，上下表面温差超过50℃，导致LNG气化器FCV阀的连接法兰由于应力过大出现多次泄漏。

3 LNG气化器遇冷方式改进

目前预冷LNG气化器时无论采用管道有备压或无备压方式都不能满足LNG气化器预冷时管道上下表面不超过50℃的要求。参考LNG气化器在无备压预冷的DE、D1E1段曲线，在管道无备压的情况下气体可以快速充满管道使上下表面温度缓慢下降，故建议安装小型空温气化器，采用低温天然气在管道无备压情况下预冷LNG气化器。空温气化器位置设置在MV01旁作为其旁路。改进后LNG遇冷程序为：

①如果LNG气化器有备压则打开MV07进行泄压，压力泄至0.1MPa以下;

②打开空温气化器入口及出口閥预冷气化器;

③TI01A/B达到-100℃时关闭空温气化器入口及出口。

4 结束语

LNG接收站主要用于调峰，输气量随季节波动很大，每一次输气量的调整往往都伴随着LNG气化器的启停。在气化器启动过程中为保护气化器及其附属的管道、阀门、仪表必须对其进行预冷，但在目前实际预冷过程中两种遇冷方式都存在一定问题。通过对两种预冷方式比较，管道无备压预冷方式对气化器比较友好，建议优先采用此种方式预冷。如果站场条件允许，建议安装小负荷空温气化器，采用低温天然气在管道无备压情况下对气化器进行预冷，以避免上述两种方式产生的问题。

参考文献：

[1]兰书彬.液化天然气气化站的预冷技术[J].城市燃气，2006 （3）：19-22.