開架式海水氣化器的國產(chǎn)化研制

謝　波，曹　峻

[四川空分設(shè)備(集團(tuán))有限責(zé)任公司，四川 簡陽 641400]

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·低溫與制冷·

開架式海水氣化器的國產(chǎn)化研制

謝波，曹峻

[四川空分設(shè)備(集團(tuán))有限責(zé)任公司，四川 簡陽 641400]

開架式海水氣化器(Open Rack Vaporizer，以下簡稱ORV)是LNG接收站關(guān)鍵設(shè)備之一，可歸類為管翅式換熱器，產(chǎn)品長期以來不能自主生產(chǎn)，完全依賴進(jìn)口。中石油京唐液化天然氣有限公司聯(lián)合四川空分設(shè)備(集團(tuán))有限公司通過3年的國產(chǎn)化研發(fā)，解決了從傳熱、結(jié)構(gòu)、制造等多方面的關(guān)鍵問題，成功實(shí)現(xiàn)了該類氣化器的國產(chǎn)化。目前首臺國產(chǎn)ORV已在用戶現(xiàn)場正常使用超過1年時間。

ORV；開架式海水氣化器；國產(chǎn)化研制

開架式海水氣化器(Open Rack Vaporizer，以下簡稱ORV)是以海水為熱源的氣化器，是用于基本負(fù)荷型的大型氣化裝置，液化天然氣處理量一般為180 t/h。由于ORV采用海水作為熱媒，處理量大、運(yùn)行于基本負(fù)荷、經(jīng)濟(jì)性好且運(yùn)行成本低，可以根據(jù)需求在0～100%的負(fù)荷范圍內(nèi)調(diào)整氣化量且安全運(yùn)行，這些優(yōu)點(diǎn)使它成為一種主流LNG氣化器型式，廣泛的應(yīng)用于國內(nèi)外LNG接收站。

根據(jù)中石油京唐LNG接收站提出的工藝要求，京唐液化天然氣有限公司聯(lián)合四川空分設(shè)備(集團(tuán))有限公司從2011年啟動了開架式海水氣化器(ORV)的研發(fā)工作。雙方在研發(fā)期間通力合作，發(fā)揮各自技術(shù)優(yōu)勢，共同面對研發(fā)制造所面臨的各種技術(shù)難題，開展了為期3年的聯(lián)合研制工作，解決了從傳熱、結(jié)構(gòu)、制造等多方面的關(guān)鍵問題。在2013年底完成首臺國產(chǎn)ORV的產(chǎn)品生產(chǎn)，在2014年10月17日一次試車成功，并在2014年11月通過了國家能源局，中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會組織召開的產(chǎn)品鑒定會，成功實(shí)現(xiàn)了氣化器的國產(chǎn)化。

在實(shí)現(xiàn)ORV國產(chǎn)化之前，國內(nèi)所有接收站的ORV全部依賴進(jìn)口，完全被進(jìn)口產(chǎn)品壟斷，因此ORV的國產(chǎn)化填補(bǔ)了國內(nèi)空白，為推動我國LNG接收站全面國產(chǎn)化積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1　工作原理

ORV基本工作原理如圖1所示，整個氣化器采用框架結(jié)構(gòu)，氣化器的基本單元是傳熱管，由若干傳熱管板狀排列，兩端由集合管焊接形成一個面板，再由若干個面板組成氣化器。氣化器頂部有海水噴淋裝置，海水通過海水泵加壓噴淋到板型管束外表面上，依靠重力的作用沿傳熱管外表面自上而下流動，LNG在傳熱管內(nèi)自下向上流動，海水通過傳熱管將熱量傳遞給LNG，使其加熱并氣化，氣化后的NG通過管網(wǎng)外輸，海水則從底部排液槽排放至大海。

2　ORV基本參數(shù)

2.1LNG的組分

典型的LNG組分見表1。

2.2工藝參數(shù)

ORV主要設(shè)計參數(shù)見表2所示。工藝要求變負(fù)荷范圍為10%～110%。

表2　ORV工藝參數(shù)

3　基本結(jié)構(gòu)

ORV基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。ORV大致可以分為氣化器單元、海水系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)組件、水泥基礎(chǔ)4部分。氣化器單元為核心部件，主要由若干傳熱管組成，提供LNG與海水的傳熱功能；海水系統(tǒng)負(fù)責(zé)海水的輸送和分配；組件結(jié)構(gòu)提供基本的結(jié)構(gòu)支撐功能，保證整個ORV完全穩(wěn)定地固定在水泥框架內(nèi)；水泥框架為整個ORV的安裝固定基礎(chǔ)并提供人員上下行走通道。

圖2　ORV基本結(jié)構(gòu)圖

4　研發(fā)歷程

ORV的研發(fā)于2011年正式立項(xiàng)，歷時3年，在各級領(lǐng)導(dǎo)關(guān)懷和各部門的緊密配合下，依靠我們自身的實(shí)力逐步解決了傳熱、結(jié)構(gòu)、制造上的關(guān)鍵問題，最終成功試制出了第一臺國產(chǎn)化ORV。

傳熱研究上，我們采用數(shù)值模擬技術(shù)對管內(nèi)外側(cè)降膜傳熱系數(shù)和超臨界強(qiáng)制對流換熱進(jìn)行了計算，最終獲取并開發(fā)了明確的計算方法和程序，奠定了ORV的理論計算基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計上，我們采用有限元分析方法對結(jié)構(gòu)在正常和異常工況下的強(qiáng)度進(jìn)行了分析計算，確保了設(shè)備強(qiáng)度，并確定了LNG進(jìn)出管口外作用力的極限力和力矩值。

在制造上，我們反復(fù)試驗(yàn)摸索出了一套科學(xué)的制造方法，解決了加工、焊接、酸洗、組裝、檢驗(yàn)等一系列問題，成功制造出了第一臺工業(yè)用ORV產(chǎn)品。

5　工業(yè)應(yīng)用

2014年10月17日10:00，ORV開始進(jìn)料試車，至18:00試車結(jié)束，ORV一次試車成功，標(biāo)志著ORV實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用的開始。并在隨后的2014年11月通過了國家能源局、中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會組織召開的產(chǎn)品鑒定，成功實(shí)現(xiàn)了該型氣化器的國產(chǎn)化。目前首臺ORV產(chǎn)品已在用戶現(xiàn)場正常使用，安全穩(wěn)定運(yùn)行累計超過12個月。

圖3　四川空分集團(tuán)制造的ORV

6　結(jié)　論

1.ORV在LNG接收站順利通過工業(yè)性試驗(yàn)并投料運(yùn)行成功，并在各種進(jìn)料負(fù)荷狀態(tài)下試運(yùn)行，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到研發(fā)設(shè)計要求，一次投用成功，標(biāo)志著國

產(chǎn)首臺開架式海水氣化器(ORV)成功實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

2.通過該型號的國內(nèi)首臺開架式海水氣化器(ORV)的投運(yùn)，打破了國外廠家在該設(shè)備領(lǐng)域的壟斷，有效降低了設(shè)備采購成本。

3.該型號國產(chǎn)化開架式海水氣化器(ORV)的成功投用，標(biāo)志著LNG接收站的核心——工藝海水氣化全系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備全面實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)了LNG接收站關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化方面的重大突破，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，為推動我國LNG接收站全面國產(chǎn)化積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1] 裘棟. LNG項(xiàng)目氣化器的選型[J]. 化工設(shè)計, 2011, 21(4): 19-22.

從環(huán)境氣體中分離提取

惰性氣體的系統(tǒng)和方法

申請(專利)號：201410705017.7

公開(公告)日：2016-03-02

申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

摘要：本公開涉及一種從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：除水分裝置；低溫分餾裝置；海綿鈦化學(xué)吸附裝置；氣相色譜分離裝置；惰性氣體收集裝置；和真空裝置。本公開還涉及一種從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的方法，所述方法包括：除水分步驟；低溫分餾步驟；海綿鈦化學(xué)吸附步驟；氣相色譜分離步驟；和惰性氣體收集步驟。本公開還涉及以上系統(tǒng)和方法用于微升量級氪氣和百毫升量級氬氣的同步分離提取的用途。

負(fù)壓環(huán)境下的氣體循環(huán)凈化裝置

申請(專利)號：201410634520.8

公開(公告)日：2016-04-20

申請(專利權(quán))人：核工業(yè)理化工程研究院

摘要：本發(fā)明公開了一種負(fù)壓環(huán)境下的氣體循環(huán)凈化裝置，包括通過循環(huán)管路依次連通的蠕動泵、鈦泵和負(fù)壓工作系統(tǒng)；蠕動泵依靠兩截帶擋片的波紋管做壓縮、拉伸的動作實(shí)現(xiàn)氣體輸送；限位開關(guān)控制波紋管壓縮、拉伸的行程，限位開關(guān)被觸碰后，作用到一對互鎖的繼電器上，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動通過聯(lián)軸器傳遞到絲杠上，再傳遞給波紋管，實(shí)現(xiàn)波紋管的壓縮、拉伸運(yùn)動；鈦泵內(nèi)部裝有海綿鈦，鎧裝加熱絲對其進(jìn)行加熱，并在鈦泵內(nèi)壁形成鈦膜，吸收氮、氫、氧等雜質(zhì)氣體。本發(fā)明是針對在負(fù)壓環(huán)境下使用保護(hù)氣體進(jìn)行的長時間工作作業(yè)，可以在不破壞系統(tǒng)負(fù)壓環(huán)境的情況下，對系統(tǒng)內(nèi)部的惰性氣體進(jìn)行凈化提純，既提高了工作效率，又降低了工作成本。

一種氫氦混合氣體分離與回收裝置

申請(專利)號：201410612052.4

公開(公告)日：2016-04-06

申請(專利權(quán))人：中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所

摘要：本發(fā)明提供了一種氫氦混合氣體分離與回收裝置，其特點(diǎn)是：所述裝置中的高濃度氫氦混合氣體與膜分離器連接，膜分離器分別與低溫吸附床、氫氣儲罐連接；中等濃度氫氦混合氣體與低溫吸附床連接，低溫吸附床分別與膜分離器、催化氧化床、氦氣儲罐連接，催化氧化床分別與氦氣儲罐和水儲罐連接；低濃度氫氦混合氣體與催化氧化床連接，催化氧化床分別與氦氣儲罐和水儲罐連接。采用本發(fā)明的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)不同體積濃度的氫氦混合氣體的分離與回收。

Open Rack Vapprizer

XIE Bo, CAO Jun

[Sichuan Air Separation Plant (Group) Co., Ltd.，Jianyang 641400, China]

ORV(Open Rack Vaporizer，hereinafter referred to as ORV)is one of the most important equipment in LNG terminal. ORV is fin tube heat exchanger, which is monopoly by foreign manufacturers for a long time. Through three years of localization research and development, CNPC and SASPG solved the key problem of ORV, such as heat transfer, structure, manufacturing, etc. The first domestic ORV has normal use at the user's site for more than a year.

ORV; open rack vaporizer; domestic development

2016-06-07

TQ051.5

A

1007-7804(2016)04-0005-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2016.04.002

謝波(1983)，男，工程師，2006年畢業(yè)于華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，現(xiàn)在四川空分設(shè)備(集團(tuán))有限責(zé)任公司從事研發(fā)設(shè)計相關(guān)工作。