LNG氣化站主氣化器故障分析及改進

黃元福

（中海石油福建新能源有限公司 福建廈門）

一、概述

主氣化器是LNG氣化站的關鍵設備之一，在LNG氣化站運行過程中，最常見的故障是氣化器焊縫處發生泄漏，泄漏不僅造成天然氣損失，更給安全生產帶來重大隱患。要保證氣化器長周期安全運行，必須在氣化器制造材料選擇、結構設計、制造工藝及質量、運輸安裝、操作使用等方面引起重視。中海石油福建新能源有限公司某LNG氣化站主氣化器短時間內頻繁發生焊縫泄漏，通過對泄漏原因進行分析，提出主氣化器結構改進方案，徹底解決了氣化器泄漏問題。

二、故障情況

LNG氣化站，裝置規模為4臺50 m3的LNG儲罐，配備6臺氣化量2000 m3/h的主氣化器，主氣化器技術參數見表1。

表1 主氣化器主要技術參數

氣化站于2010年5月投產運行，實際供氣負荷1250～1600 m3/h天然氣，年運行時間8760 h。由于主氣化器實際汽化效率低于銘牌標稱，生產過程中2～3臺氣化器并聯運行，每8 h切換一次。

2012年4月17日，1#主氣化器進口第3列c行（圖1）換熱管頂部彎頭與接管焊縫出現肉眼可見裂紋，裂紋寬約1 mm，長約2 mm，形狀如圖2所示。經過將該臺氣化器與生產系統隔離、氮氣置換合格，組織人員對焊縫裂紋進行修復焊補，試壓試漏合格后重新投入生產運行。

圖1 氣化器裂紋位置

圖2 氣化器焊縫裂紋形狀

2012年4月至2013年4月，6臺主氣化器在不同的部位先后發生了7次焊縫開裂故障，焊縫裂紋形狀與圖2相似，故障情況見表2。

表2 主氣化器故障情況統計表

三、故障分析

1.氣化器受力分析

氣化器工作過程中，吸熱使前幾列導熱管外環境溫度下降，運行一段時間后，附著在導熱管外表面的水分逐漸結冰，降低了氣化器的換熱效率，影響氣化效果。因此，氣化器運行時需要定期切換。當某臺氣化器停止運行時，進口閥關閉后，部分LNG殘留在氣化器底部位置，與周邊空氣交換熱量后繼續氣化，由于導熱管外表被冰包裹，此時管內殘余的LNG隨著導熱管外表包裹冰的緩慢融化而相對緩慢氣化，溫度上升并接近環境溫度的時間較長。但在氣化器上部，殘余LNG較少，導熱管外表包裹的冰量少，換熱效率高，因此，當進口閥關閉后，氣化器的頂部管段會較快從工作狀態的低溫狀態上升到接近環境溫度，急劇的溫度變化導致氣化器頂部形成較大的溫變應力。

2.氣化器焊縫裂紋產生原因

氣化器頂部為半圓形彎管，無過渡直管段，尺寸短、曲率大，在溫變應力作用下，彎管對熱脹冷縮產生變形的補償能力不足，彎管與氣化器翅片直管接頭為對接焊焊縫，焊縫位置為強度最薄弱環節。氣化器 長期運行中周期性的冷熱循環，在溫變應力交替作用下，最終導致在強度相對薄弱的焊縫或焊縫熱影響區產生疲勞破壞，焊縫及熱影響區被拉裂產生裂紋以釋放應力。

四、改進方案

1.改進氣化器頂部彎管結構

調整氣化器內部流程，增加彎管長度，將半圓形彎管改為U形彎管，以提高彎管對熱脹冷縮產生的變形補償能力。氣化器調整流程后的結構見圖3，將第1列頂部出口進入第2列頂部入口再進入第3列底部入口的順流程走向，調整為第1列頂部出口后進入第3列頂部、第3列底部出口進入第2列底部入口，第2列頂部出口進入第4列、第5列進口。U形彎管由氣化器廠家在制造廠進行預制，然后在現場進行更換作業。

圖3 改進后氣化器流程結構

2.改進焊接工藝

改進彎管與氣化器翅片直管接頭的接焊工藝，彎管與氣化器翅片直管焊接處打磨成V形坡口并在內部加襯墊方式進行焊接，彎管與翅片直管組對時留2 mm間隙，以保證焊縫焊透，提高焊縫強度。所有焊接工作完成后，對所有焊縫進行PT檢測，PT檢測合格后對6臺主氣化器進行耐壓、氣密試驗至合格。

五、改進效果

2013年7月，對6臺主氣化器96組氣化器彎管組件逐臺更換，試壓、試漏合格后投入正常運行，運行至今情況良好，未發生泄漏事故。