浸没燃烧式气化器（SCV）稳定运行的研究

田长水 刘中河 孔令广

摘要：浸没燃烧式气化器（SCV）是通过燃烧产生的烟气，对换热管束水域进行换热的一种装置。进入冬季， SCV作为主气化器，它的高效稳定运行，将对接收站完成冬季保供任务起到至关重要的作用。本文分析了接收站SCV跳车的原因，通过软件模拟分析和实际运用相结合的方法开展了SCV低能耗稳定运行的研究。通过研究，SCV每台每小时节约燃料气82.8Nm³，每年可节约经济费用71.1万元，减少了企业的成本;SCV的非计划停机次数由之前的15次/年降到了2次/年，确保了SCV的满负荷平稳运行，可推广应用于国内类似接收站SCV设备。

关键词：LNG接收站;SCV;低能耗

1 引言

LNG气化器：是一种专门用于液态天然气气化的换热器，但由于液化天然气的使用特殊性，使LNG气化器也不同于其他换热器。低温的液态天然气要转变为常温的气体，必须要提供相应的热量使其气化。热量的来源可以从空气和水中获得，也可以通过燃料燃烧或蒸汽来获得。现在LNG接收站中投用的气化器主要有下列几种形式：开架式气化器（ORV）、浸没燃烧式气化器（SCV）、中间介质式气化器（IFV-丙烷）、空温气化器。进入冬季，浸没燃烧式气化器（SCV）为接收站主要的气化外输设备[1]。

SCV主要由燃烧系统、水浴加热系统和LNG管束气化系统等三部分组成[2]，其工作原理为SCV运行时，空气与燃料气在燃烧器内按比例混合后完全燃烧，燃烧后的高温烟气从烟气分布支管上的排气孔喷射到水浴池中，在水浴中形成大量的气泡，迅速上升加热并搅动水浴，烟气与水直接接触换热，湍动的水浴再通过浸没在水中的换热管加热管内的介质，使管内的LNG气化。换热后的废气从排气管（烟囱）排放大气，而燃烧产生的水则从溢流口排出。其中，SCV循环水泵主要作用是：保持水浴池中的软化水循环流动;给水夹套供应循环水源，为燃烧室降温。注水泵主要作用是：为燃烧室喷射软化水提供水源，降低燃烧室温度。

浸没燃烧式气化器（SCV）稳定运行的研究是一项隐患治理项目，同时也是一项具有环保意义的工程。一方面，它降低了SCV的能耗，减少了燃料气的使用量，减少了企业的成本;另一方面，大大降低了冬季供暖期间SCV的非正常停机次数，极大程度上确保了SCV的满负荷平稳运行。

2 SCV运行现状

SCV是冬季气化外输的关键设备，设备停车是影响外输的关键因素。经过研究目前接收站SCV运行过程中存在的主要问题有：

（1）NG出口温度设定偏高[3]

SCV的设计思路是以NG出口温度控制燃料气量，通过控制NG出口温度的稳定，保证SCV在负荷变化时，相关工艺参数维持在相对稳定的范围。SCV运行时，NG出口温度设置较高，这远远高于设计初衷0℃。根据能量守恒定律，NG出口温度高，势必需要更多的燃料气燃烧提供能量，这将造成能量的浪费。

（2）循环水泵和注射水泵流量低低联锁停车

SCV启机一段时间后，频繁出现循环水泵或注水泵流量下降迅速的现象，甚至导致SCV停机的情况发生。现场检查发现，循环水泵和注水泵入口过滤器脏堵现象严重，是导致流量下降的主要原因。进一步对水浴池进行检查，发现水浴池的防水涂层出现多处裂痕、起皮、表面过于粗糙甚至施工孔洞未填补现象。由于SCV正式运行时水浴池中的软化水翻滚剧烈，导致该问题涂层脱落，并逐渐聚集在水浴池底部区域，进而被循环水泵和注水泵吸入，造成堵塞。情况严重时，注水泵过滤器需一小时清洗一次。由于每次清理过滤器均须停SCV，导致SCV不能正常平稳运行，给天然气保供任务带来巨大风险，也对设备使用寿命带来不利影响。清理SCV水浴池（约225m3，正常储存软化水约18t，占容积70%）需要经历SCV停机、排尽水浴池内软化水、清洗水浴池、水浴池注水、SCV启机等步骤，不仅需要大量人力物力，而且清理完成后SCV重新启机运行一段时间后，仍旧会出现循环水泵和注水泵堵塞严重的现象。

3 主要研究方法

3.1 降低NG出口温度

（1）模拟燃料气量

运用ASPEN HYSYS软件，建立SCV稳态运行工艺模型，模拟计算不同工况（如SCV负荷90t/h、110t/h、130t/h、150t/h、175t/h）、不同NG出口温度条件下，所需燃料气量。

（2）SCV换热计算及分析[4]

运行中的SCV通过不断燃烧气化外输管线返回的天然气（简称燃料气）产生大量的过热烟气间接加热水浴池中的LNG管束，使管束中的LNG由过冷液体变为饱和液体，在发生相变过程，并继续吸收热量变为固定温度的过热天然气进行外输，而外排的烟气温度在15-25℃范围内。

SCV换热效率=Q1/Q2

式中：Q1为LNG气化所需的总能量;Q2为燃料气燃烧释放的总能量。

（3）LNG气化所需总能量计算

根据SCV进口LNG和出口NG相关参数，选择ASPEN作为计算软件，计算出了不同处理量的情况下LNG的吸收总能量，相关数据如表1。

3.2 改造循环水泵和注射水泵管线

针对进口SCV循环水泵和注水泵入口过滤器频繁脏堵而造成不得不停机清洗的问题，对循环水泵和注水泵入口管线的进行了改造实现入口过滤器的一用一备，保证SCV的不间断平稳运行。

（1）循环水泵入口管线改造

根据调研情况，循环水泵入口过滤器前仅有入口阀，为实现清理过滤器的同时也能保证SCV的正常平稳运行，拟将入口阀后的管线增加为两条，各有一个过滤器并配置前后手阀（见图1中红色部分）。管线管径与原管线管径相同，过滤器及滤网目数也与原有过滤器及滤网保持一致。

（2）注水泵入口管线改造

注水泵入口管線改造与循环水泵类似（见图1中红色部分）。此外，考虑到注水泵管径较细，过滤器堵塞更为容易，对于堵塞情况最为严重的SCV01C，为减少其清洗频率，改造时考虑使用更大型号的过滤器作为新增过滤器。

4 应用效果分析

（1）调低出口温度后，对SCV在不同处理量下的燃料气量进行了统计（表2），经过24小时的运行观察，燃料气量均有了不同程度的下降。

（2） 循环水泵和注射水泵管线改造完成之后， SCV运行平稳，CV的非计划停机次数由之前的15次/年降到了2次/年，由于SCV联锁停机到再次开机至少需要半小时，所以每减少一次停机次数，将增加外输量175*0.5*1500≈13.1万方，极大的节省了人力、物力，减少了装置生产的波动性

5 结语

浸没燃烧式气化器（SCV）低能耗的稳定运行将大大有助于接收站的安全、清洁生产。本文通过降低出口温度和对循环水泵和注射水泵管线进行改造的方法，降低了SCV运行的能源消耗，同时保证了SCV的满负荷平稳运行。今后将通过改变水浴池温度等方法继续研究降低SCV能源消耗，争取在保证运行的情况下将SCV的燃料气用量降到低值。

参考文献：

[1]王彦，冷绪林. LNG接收站气化器的选择 [J]油气储运 2008，27，47-49

[2]陈永东，陈学东. LNG成套装置换热器关键技术分析 [J]天然气工业 2010，30，96-100

[3]杨鹏飞，刘逸飞，张典. LNG浸没燃烧式气化器温度控制系统研究 [J]石油与天然气化工 2018，47，33-37

[4]康凤立，孙海峰等. 浸没燃烧式LNG气化器水浴气化传热计算 [J]油气储运，2014，33，406-411