LNG再液化冷箱BOG通道J—T閥失效原因分析

摘 要：在LNG儲存過程中，在沒有NG外輸工藝的情況下，LNG閃蒸氣的處理主要靠再液化系統，而MRC再液化系統中的核心是冷箱，冷箱中高壓BOG通道中的J-T閥在正常生產中突然失效將會嚴重影響裝置的安全。文章根據九豐LNG裝置冷箱中高壓BOG通道中的J-T閥在正常生產中突然失效來分析BOG J-T閥失效的原因并提出相應的處理措施。

關鍵詞：MRC工藝；BOG J-T閥；失效；分析

1 工藝簡介

九豐LNG儲存過程中產生的BOG采用MRC液化工藝進行再液化，液化后的LNG返回儲罐儲存。該液化工藝采用高效混合制冷劑（氮氣、甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷）閉式循環膨脹制冷，主體冷箱采用板翅式換熱器。正常工況下，常溫、壓力在0.18～0.2Mpa的混合制冷劑（氮氣、甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷）經冷劑壓縮機兩級壓縮后（壓力達到2.5MPa左右）分氣液兩路從冷箱頂部進入板翅式換熱器，自上而下流經換熱器并與反流的低壓冷工質進行傳熱交換，至冷箱底部時混合冷劑溫度降至-150℃，混合冷劑中的重組分全部液化，輕組分亦部分液化。低溫高壓的氣液相混合冷劑經冷劑J-T閥節流膨脹后，溫度控制降至-155℃。低溫低壓混合冷劑自冷箱底部自下而上流動，并與兩側的高壓高溫混合冷劑和天然氣進行熱交換，重組分冷劑隨著自身溫度的上升，產生相變吸收大量熱量變成常溫氣相，氣相從冷箱頂部引出并進入壓縮機入口緩沖罐，經緩沖罐再進入壓縮機壓縮，形成閉式單循環制冷工藝。而低溫BOG從LNG儲罐出來后通過冷箱換熱至常溫后經壓縮機4級壓縮至4.0MPa左右后從冷箱頂部進入板翅式換熱器，自上而下流經換熱器并與混合冷劑換熱后在冷箱底部時溫度降至-158℃左右，再經過J-T閥節流膨脹后，溫度降至-160℃左右后返回LNG儲罐。

2 BOG J-T閥失效事故現象

運行中冷箱的處理能力由正常的4300Nm3/h突然降至只有幾十Nm3/h，BOG壓縮系統壓力飆升，如果處理不及時，壓縮機將超壓安全閥起跳，甚至損毀壓縮機系統。

3 BOG J-T閥失效原因分析

3.1 BOG J-T閥失效原因

根據冷箱需要復溫至常溫10℃左右J-T閥才能開始泄BOG通道的壓力并排出大量液態水可知，造成該次BOG J-T閥失效的原因是冰堵，而不是機械堵塞或是貨物含有CO2或重烴等組分。

3.2 冷箱BOG通道水來源分析

（1）儲罐開車干燥不徹底。LNG儲罐及相應管道設備在投用前必須進行干燥程序，目的是防止在預冷過程中系統結冰或水分帶入再液化系統造成冷箱BOG通道冰堵。為了達到合格的水露點溫度要求，儲罐、管道及設備中的濕空氣需要采用氮氣進行吹掃置換。置換氮氣質量要求要使用氮含量大于99.0%、露點不高于-60℃的干燥氮氣。由于一級庫LNG儲罐容積一般較大，干燥環節周期都要較長，另外LNG儲罐的保溫結構較為復雜，置換容易存在死角，在干燥程序中若干燥時間不足或干燥不徹底，就會造成系統露點不合格，待LNG再液化系統運行后，儲罐系統中的水分就會隨著蒸發氣進入再液化系統（BOG處理系統），水分將以冰的狀態吸附在換熱器流道的管壁上，經過一段時間的累積，或是冷劑系統操作不穩定導致溫度波動，BOG高壓流道冰點下移，流道上的冰渣將會堵塞流道及精密的J-T閥。

（2）系統停車檢修完成后，系統氮氣置換時露點沒達到要求就開車。短期或長期再液化系統停車，在重新運行前置換露點不合格，導致BOG系統帶入水分。水分的來源一是可能是置換的時間不足又或許使用的氮氣露點不合格。

（3）裝車臂吹掃物含水分。槽車充裝完畢后，裝車撬液相管內的液化物料需要吹掃干凈才能進行拆卸鶴臂。吹掃氣源為氮氣，當液相吹掃進槽車后，余留在裝車撬中的氮氣和天然氣的混合氣返回儲罐BOG系統，因此，如果吹掃用的氮氣露點不合格，水分就會進入BOG 系統。

（4）裝車過程中，槽車BOG返回系統時帶入水分。裝車過程中，部分槽車由于壓力高，需要將槽車儲罐內的BOG返回BOG系統，在返回過程有兩個地方可能存在水分。第一種可能：是槽車儲罐內部的BOG本身帶有水分；第二種可能：在裝車過程中，返氣的車輛不多，氣相撬的溫度往往是在常溫或相對偏高，而槽車與氣相撬在連接的過程中，兩個法蘭連接之間存在水分（下雨天會更嚴重），而裝車前的試壓和吹掃是比較難將這部分水分吹掃干凈，最終水分隨槽車儲罐的BOG一起返回到BOG系統。

要避免這部分水分進入BOG系統，應盡量減少槽車回氣，如果回氣要加多裝車氣相撬吹掃次數，同時，盡量減少裝車法蘭連接時帶入水分。

（5）旋轉接頭的氮氣密封圈泄漏。由于鶴臂輸送介質為超低溫介質，因此鶴臂的旋轉接頭滾道中不添加任何潤滑劑。但是為保證旋轉接頭滾道中的潮氣（或凝結水）吹掃干凈，防止結冰，每個鶴臂均要配置旋轉接頭氮氣潤滑（或吹掃）管線，即要保持旋轉接頭一直通氮氣。當旋轉接頭的密封部位有泄漏，氮氣就會進入系統，若氮氣露點不合格，水分就會隨著進入系統。

4 處理措施

當出現BOG J-T閥失效后，立即緊急停車。停車后處理冷劑系統中的重烴，對系統進行泄壓。待BOG系統及冷劑系統的壓力處理至常壓后，對BOG高壓通道自上而下通氮氣對冷箱進行復溫。冷劑系統的重烴利用系統壓力排放到火炬系統。復溫過程中，控制好氮氣壓力和流量，控制冷箱節流閥前后的溫升在30～40℃/h，防止復溫過快損壞冷箱。當冷箱節流閥前后溫度復溫達到10℃以上，BOG高壓通道中的冰可以逐步加快融化，融化的水分通過低點排放閥排放出來，待排放出來的氣體露點合格后（小于等于-60℃）可停止置換，但是在停止氮氣前要確保系統保持正壓，防止有空氣進入系統。

除了上述出現異常后的處理措施外，日常要注意系統使用的氮氣露點要合格，切勿讓露點不合格的介質進入BOG或冷劑系統。

5 結束語

術語有言：冰凍三尺，非一日之寒。MRC冷箱冰堵情況也是如此，在貨源水分合格的情況下，系統不過多的帶入水分，從九豐運行的情況來看，冷箱冰堵的周期一般在1年左右。但是若系統帶入過多水分的話，由于MRC板翅式換熱器自身的特點，流道面積很小，流道冰堵會很快，冰堵的前兆是通道的壓差不斷增大，而開大J-T閥效果不明顯。故日常操作中要嚴控系統各種情況下的露點，防止水分帶入BOG及冷劑系統。

參考文獻

[1]花亦懷.MRC液化工藝冷劑J-T閥失效原因及解決方案分析[J].上海煤氣，2010（4）：6-8.