LNG氣化器預(yù)冷方式對比分析

李云

摘 要：LNG氣化器是接收站氣化外輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，投用前預(yù)冷對LNG氣化器的安全運行起重要作用。在實際生產(chǎn)中LNG氣化器預(yù)冷分為有備壓預(yù)冷和無備壓預(yù)冷。本文結(jié)合氣化器實際預(yù)冷曲線對預(yù)冷過程作了詳細分析，指出了預(yù)冷過程中存在的問題并提出了對預(yù)冷方式改進的措施。

關(guān)鍵詞：LNG氣化器;預(yù)冷;對比分析

LNG氣化器是一種專門用于液化天然氣氣化的換熱器，開架式氣化器（ORV）和浸沒燃燒式氣化器（SCV），是目前接收站主流氣化器。開架式氣化器是由一組內(nèi)部具有星形斷面，外部有翅片的鋁合金管組成其以海水為熱源，海水在管外由上而下流動，LNG在管內(nèi)自下而上流動過程中LNG被氣化。開架式氣化器具有運行費用低，操作和維護容易的特點。浸沒燃燒式氣化器，通過將燃燒后的燃氣直接排入水中將水加熱。換熱管束浸沒在水浴中，LNG在管束內(nèi)流動，由熱水加熱而氣化。兩種氣化器停機后都不處于冷備用狀態(tài)，如需啟動需提前預(yù)冷，以保證設(shè)備啟動時的安全。

1 LNG氣化器工藝流程圖及預(yù)冷程序

來自高壓泵的LNG經(jīng)氣化器入口管線及相應(yīng)閥門進入LNG氣化器，在氣化器處經(jīng)熱源加熱氣化輸至外輸管網(wǎng)。開架式氣化器與浸沒燃燒式氣化器雖然結(jié)構(gòu)與原理不同，但入口管道、出口管道及相應(yīng)閥門、儀表布置完全相同并且預(yù)冷控制方式也相同。其示意工藝流程圖如圖1。

圖1? ?氣化器工藝流程示意圖

為防止LNG突然進入管道及設(shè)備造成熱應(yīng)力過大、溫度變化快而使設(shè)備及管道連接部位損壞。預(yù)冷時要緩慢降低管道及閥門溫度，避免急冷與驟冷[1]。LNG氣化器預(yù)冷速率控制在8～10℃/h以內(nèi)，管道上下表面溫度計不大于50℃。目前在實際操作中LNG氣化器預(yù)冷方式分為管道有備壓預(yù)冷和管道無備壓預(yù)冷。LNG氣化器有備壓預(yù)冷是氣化器正常停車后如需再啟動常采用的預(yù)冷方式。氣化器無備壓預(yù)冷常在氣化器、閥門檢修及特殊工況下需再投用時才會采用的方式。

參考圖1，管道有備壓預(yù)冷程序如下：

①打開XV01、XV02;

②打開MV02開度為30%，打開MV05開度為半圈;

③根據(jù)TI01A/B 的溫降趨勢調(diào)節(jié)MV02與MV05開度;

④當TI01B達到-100℃時，打開MV01，開度為10%～15%保持10～15min，充分冷卻閥體后將其緩慢全開;

⑤當TI01A/B達到-120℃冷卻完成，關(guān)閉MV02。無備壓預(yù)冷方式與上述冷卻方法完全相同。

2 LNG氣化器預(yù)冷過程分析及存在問題

2.1 預(yù)冷過程分析

根據(jù)LNG氣化器實際預(yù)冷過程繪制出了管道有備壓預(yù)冷和無備壓預(yù)冷的溫將曲線，如圖2、圖3。

圖2? ? 有備壓預(yù)冷曲線圖

由圖2的AB、A1B1預(yù)冷曲線可知，開始預(yù)冷時上表面溫度基本不發(fā)生變化，而下邊面溫度逐漸緩慢下降。這是由于管道內(nèi)有備壓（一般8MPa左右），此壓力遠大于進入管道LNG的飽和蒸氣壓并且LNG流量較小，氣化后的低溫氣體很難擴散至管道上表面。低溫氣體在管道底部流動導(dǎo)致下表面溫度下降較快而上表面溫度幾乎不下降。隨著預(yù)冷時間和LNG流量的增加，部分LNG不能完全氣化，下表面溫度快速下降，同時氣化的低溫氣體不斷冷卻和置換管道內(nèi)原來氣體，上表面溫度開始緩慢下降，最終在管道內(nèi)充滿LNG時上下表面溫度趨于一致，見圖2中BC、B1C1段。

圖3? ?無備壓預(yù)冷曲線圖

由圖3中DE、D1E1預(yù)冷曲線可知氣化器剛開始預(yù)冷時上表面溫度和下表面溫度同步開始下降且兩者之間溫差很小。這是由于管道內(nèi)無備壓（壓力小于0.1MPa），進入管道的LNG迅速氣化并擴散至上表面，使管道上下表面同時冷卻。EF、E1F1預(yù)冷曲線是由于隨著預(yù)冷時間和LNG流量的增加管道冷度和壓力不斷升高，進入管道的LNG未全部氣化，部分未氣化的LNG在管道流動造成管道下表面溫度快速下降。同時由于進入管道的LNG氣化速度與氣化氣體向管道上表面擴散的速度變緩，導(dǎo)致上表面溫度下降速度低于下表面溫降速度。

2.2 預(yù)冷過程中存在問題

管道有備壓預(yù)冷時，在預(yù)冷前期管道上表面溫度幾乎不變，在預(yù)冷中期下表面預(yù)冷速度無法控制，上下表面溫度差值相差較大可達-100℃左右。管道無備壓預(yù)冷雖然在預(yù)冷前期遇冷速度和上下表面溫差比較容易控制，但在遇冷后期同樣會出現(xiàn)遇冷速度無法控制，上下表面出現(xiàn)溫差較大現(xiàn)象。由于預(yù)冷中后期管道預(yù)冷速度快，上下表面溫差超過50℃，導(dǎo)致LNG氣化器FCV閥的連接法蘭由于應(yīng)力過大出現(xiàn)多次泄漏。

3 LNG氣化器遇冷方式改進

目前預(yù)冷LNG氣化器時無論采用管道有備壓或無備壓方式都不能滿足LNG氣化器預(yù)冷時管道上下表面不超過50℃的要求。參考LNG氣化器在無備壓預(yù)冷的DE、D1E1段曲線，在管道無備壓的情況下氣體可以快速充滿管道使上下表面溫度緩慢下降，故建議安裝小型空溫氣化器，采用低溫天然氣在管道無備壓情況下預(yù)冷LNG氣化器。空溫氣化器位置設(shè)置在MV01旁作為其旁路。改進后LNG遇冷程序為：

①如果LNG氣化器有備壓則打開MV07進行泄壓，壓力泄至0.1MPa以下;

②打開空溫氣化器入口及出口閥預(yù)冷氣化器;

③TI01A/B達到-100℃時關(guān)閉空溫氣化器入口及出口。

4 結(jié)束語

LNG接收站主要用于調(diào)峰，輸氣量隨季節(jié)波動很大，每一次輸氣量的調(diào)整往往都伴隨著LNG氣化器的啟停。在氣化器啟動過程中為保護氣化器及其附屬的管道、閥門、儀表必須對其進行預(yù)冷，但在目前實際預(yù)冷過程中兩種遇冷方式都存在一定問題。通過對兩種預(yù)冷方式比較，管道無備壓預(yù)冷方式對氣化器比較友好，建議優(yōu)先采用此種方式預(yù)冷。如果站場條件允許，建議安裝小負荷空溫氣化器，采用低溫天然氣在管道無備壓情況下對氣化器進行預(yù)冷，以避免上述兩種方式產(chǎn)生的問題。

參考文獻：

[1]蘭書彬.液化天然氣氣化站的預(yù)冷技術(shù)[J].城市燃氣，2006 （3）：19-22.