魏念鷹

(中石油大連液化天然氣有限公司，遼寧 大連 116600)

0 引言

開架式氣化器(Open-Rack Vaporizer：ORV)是LNG 接收站的關(guān)鍵氣化設(shè)備，隨著國(guó)內(nèi)LNG 接收站的不斷建設(shè)，ORV已經(jīng)成為標(biāo)配的氣化器類型。ORV 與其他類型的氣化器相比，有兩大優(yōu)勢(shì)[1][2]：首先工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠而且耐用，其次節(jié)能降耗效果明顯，根據(jù)測(cè)算，一臺(tái)SCV 的生產(chǎn)成本相當(dāng)于十臺(tái)ORV 的成本之和，根據(jù)耗電成本，ORV 啟用時(shí)只有海水泵及相關(guān)海水過濾、凈化設(shè)備消耗電能，而SCV 不僅鼓風(fēng)機(jī)、水泵等相關(guān)配套設(shè)備耗電，更重要的是消耗大量燃料氣。目前國(guó)內(nèi)LNG接收站對(duì)ORV 的海水用量設(shè)計(jì)余量較大，而且南部沿海部分接收站海水溫度常年保持在15℃以上，如珠海金灣LNG 和大鵬LNG 接收站等，這樣會(huì)造成大量海水資源和能耗浪費(fèi)。另外，ORV 的海水流量超過一定水量后會(huì)出現(xiàn)飛濺現(xiàn)象，不能與翅片管充分接觸換熱，造成熱量白白浪費(fèi)。因此對(duì)ORV 供給的海水流量進(jìn)行優(yōu)化，可以有效減少海水泵運(yùn)行的數(shù)量，這樣會(huì)降低耗電成本，能夠很好地降低生產(chǎn)成本。

1 ORV的工作原理與運(yùn)行要求

1.1 ORV的工作原理

開架式氣化器[3]最初由英國(guó)的Marston Excelsior 開發(fā)，第一個(gè)范例安裝在英國(guó)的肯維島(Canvey Island)。隨后，日本東京燃?xì)馀c住友精密工業(yè)株式會(huì)社合作，從事更高性能的ORV 開發(fā)，廣泛地在世界上接收站使用。ORV 使用海水作為L(zhǎng)NG 的氣化熱源，將海水直接噴淋在氣化器換熱管束上，LNG 在管內(nèi)吸收熱量。ORV 的換熱管束為耐低溫材料，一般使用鋁合金制造，換熱管束直接與海水接觸，因此外壁一般應(yīng)做防腐處理。一般換熱管安裝在箱體內(nèi)，氣化器懸掛在支架上，有專門的檢修口便于設(shè)備檢查維護(hù)。

1.2 ORV的運(yùn)行要求

大連LNG 的ORV 采用日本住友精密Sumitomo Precision Products Co.,Ltd 生產(chǎn)的高性能氣化器，ORV 實(shí)際運(yùn)行時(shí)需要檢查的主要參數(shù)包括LNG 流量、NG 出口溫度、LNG 出入口壓力、海水流量、海水出入口溫度、海水入口壓力等。環(huán)評(píng)要求海水出入口溫差不大于5℃，另外，現(xiàn)場(chǎng)ORV 面板的結(jié)冰情況和海水的分布及配送是ORV 安全運(yùn)行的重要指標(biāo)[3]，必須檢查和關(guān)注海水結(jié)冰情況，廠家要求在水量分配良好和水流分布均勻的情況下，面板期望的平均結(jié)冰高度離開下頂蓋的距離不能超過3m，箭頭狀局部結(jié)冰與平均結(jié)冰高度相比不超過1m。

2 ORV海水流量?jī)?yōu)化[4]與與實(shí)踐

2.1 潮汐變化對(duì)海水流量的影響

大連LNG 的ORV 設(shè)計(jì)海水流量為9180t/h，目前采用1 匹配1 模式，即1 臺(tái)海水泵匹配1 臺(tái)ORV 的運(yùn)行模式，根據(jù)廠家的設(shè)備使用要求，最低海水量不得低于5510t/h，否則可能出現(xiàn)水膜破損，嚴(yán)重時(shí)造成翅片面板應(yīng)力集中導(dǎo)致設(shè)備損壞。因此，ORV 海水流量設(shè)置了7350t/h 的低報(bào)警值和5510t/h 的聯(lián)鎖關(guān)停值，一旦海水量低于聯(lián)鎖值，會(huì)激發(fā)安全儀表系統(tǒng)(SIS)聯(lián)鎖直接關(guān)閉LNG 管線入口隔斷閥和流量控制閥來保護(hù)設(shè)備免于損壞。LNG 接收站海水取水口一般采用岸壁取水方式，海水泵泵井液位同時(shí)會(huì)受到潮汐的影響，進(jìn)而影響海水流量大小。大連LNG 海水泵最高液位可達(dá)到9.8m，最低液位為6.7m，單臺(tái)海水泵受潮汐變化可以提供9000t/h～9700t/h 海水量。

2.2 ORV與海水泵運(yùn)行匹配優(yōu)化

根據(jù)氣候及水文條件，大連LNG 接收站氣化設(shè)備配備為五臺(tái)ORV 和六臺(tái)SCV，海水泵配備7 臺(tái)。表1 為海水泵與ORV優(yōu)化運(yùn)行典型匹配表，海水流量?jī)?yōu)化時(shí)流量比率須大于聯(lián)鎖比率(5510t/h:200t/h)28，才能保證ORV 滿足工藝運(yùn)行條件。表1 中1臺(tái)海水泵匹配2 臺(tái)ORV(以下簡(jiǎn)稱1 匹配2)和3 匹配5 低于聯(lián)鎖比率，不能滿足運(yùn)行條件。表1 中1 匹配3 的流量比率在滿足工藝運(yùn)行條件的匹配中流量比率最小，如果2 匹配3 運(yùn)行工況經(jīng)實(shí)際測(cè)試滿足工藝運(yùn)行條件，則3 匹配4 和4 匹配5 同樣可滿足條件。

表1 海水泵與ORV運(yùn)行匹配表(海水外排溫度為5℃)

2.3 單臺(tái)ORV海水流量?jī)?yōu)化測(cè)試

單臺(tái)海水泵受潮汐變化可以提供9000t/h～9700t/h 海水量。當(dāng)2 匹配3 時(shí)，單臺(tái)ORV 可達(dá)到至少6000t/h 以上海水流量。測(cè)試以O(shè)RV-E 為例，先檢驗(yàn)一臺(tái)運(yùn)行的安全性及可靠性，將海水流量逐漸調(diào)整至6500t/h 左右，然后再逐漸增加LNG 量直至200t/h 進(jìn)行運(yùn)行驗(yàn)證?？梢钥闯觯S著LNG 量逐步增加，海水溫降從2.6℃變化至最大4.53℃，低于5℃限制條件。測(cè)試中現(xiàn)場(chǎng)面板平均結(jié)冰高度為10cm，結(jié)冰高度差為最大20cm，NG 出口溫度大于2℃，可見，當(dāng)海水溫度為15.5℃時(shí)，海水量在6500t/h 下ORV 工況滿足工藝運(yùn)行條件。

2.4 多臺(tái)ORV海水流量?jī)?yōu)化測(cè)試

重點(diǎn)驗(yàn)證2 匹配3 時(shí)運(yùn)行工況，單臺(tái)ORV 海水量可達(dá)到6200±200t/h，ORV-A/C/D 的處理量可達(dá)到滿負(fù)荷200t/h，海水溫降最大為4.44℃，現(xiàn)場(chǎng)最大結(jié)冰高度平均為12cm，箭頭狀結(jié)冰高度最大為17cm，結(jié)冰高度差為5cm，ORV 的三個(gè)重要指標(biāo)NG 出口溫度、海水溫降、現(xiàn)場(chǎng)結(jié)冰高度均能滿足使用條件，經(jīng)測(cè)試得出，當(dāng)海水溫度大于14.5℃時(shí)，2 匹配3 可滿足工藝運(yùn)行條件。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中，海水溫度最低降至10℃，此時(shí)面板結(jié)冰最高達(dá)到80cm，平均結(jié)冰高度為30cm，海水溫差最大為4.9℃，可以認(rèn)為，當(dāng)海水溫度大于10℃時(shí)，海水量達(dá)到6000t/h以上，ORV 滿負(fù)荷運(yùn)行滿足工藝條件。

3 優(yōu)化后實(shí)施效果分析

對(duì)ORV 原設(shè)計(jì)運(yùn)行模式進(jìn)行創(chuàng)新，通過對(duì)海水流量?jī)?yōu)化分析及實(shí)踐檢驗(yàn)，可看出，當(dāng)海水溫度大于10℃時(shí)，ORV 具有在低海水流量下運(yùn)行的可能性。優(yōu)化后，三、四、五條線可以少運(yùn)行一臺(tái)海水泵。而且優(yōu)化后4 臺(tái)海水泵可供5 臺(tái)ORV 運(yùn)行，將有更多的備用泵，可為以后ORV 的擴(kuò)容提供依據(jù)。當(dāng)實(shí)施2匹配3 運(yùn)行方案后，可減少一臺(tái)海水泵運(yùn)行，從而減少電費(fèi)成本支出。大連LNG 海水大于10℃的月份為每年6月份至11月為6個(gè)月時(shí)間，結(jié)合外輸計(jì)劃可開展對(duì)ORV 的運(yùn)行優(yōu)化，單臺(tái)海水泵一天可節(jié)省0.46*1000*24=1.104 萬元，月節(jié)省費(fèi)用約33萬元，半年可節(jié)省費(fèi)用約200 萬元，節(jié)能降耗效益明顯。