LNG 接收站開架式氣化器海水流量優化與實踐

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 接收站的關鍵氣化設備，隨著國內LNG 接收站的不斷建設，ORV已經成為標配的氣化器類型。ORV 與其他類型的氣化器相比，有兩大優勢[1][2]：首先工藝結構簡單，運行可靠而且耐用，其次節能降耗效果明顯，根據測算，一臺SCV 的生產成本相當于十臺ORV 的成本之和，根據耗電成本，ORV 啟用時只有海水泵及相關海水過濾、凈化設備消耗電能，而SCV 不僅鼓風機、水泵等相關配套設備耗電，更重要的是消耗大量燃料氣。目前國內LNG接收站對ORV 的海水用量設計余量較大，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，這樣會造成大量海水資源和能耗浪費。另外，ORV 的海水流量超過一定水量后會出現飛濺現象，不能與翅片管充分接觸換熱，造成熱量白白浪費。因此對ORV 供給的海水流量進行優化，可以有效減少海水泵運行的數量，這樣會降低耗電成本，能夠很好地降低生產成本。

1 ORV的工作原理與運行要求

1.1 ORV的工作原理

開架式氣化器[3]最初由英國的Marston Excelsior 開發，第一個范例安裝在英國的肯維島(Canvey Island)。隨后，日本東京燃氣與住友精密工業株式會社合作，從事更高性能的ORV 開發，廣泛地在世界上接收站使用。ORV 使用海水作為LNG 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，因此外壁一般應做防腐處理。一般換熱管安裝在箱體內，氣化器懸掛在支架上，有專門的檢修口便于設備檢查維護。

1.2 ORV的運行要求

大連LNG 的ORV 采用日本住友精密Sumitomo Precision Products Co.,Ltd 生產的高性能氣化器，ORV 實際運行時需要檢查的主要參數包括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。環評要求海水出入口溫差不大于5℃，另外，現場ORV 面板的結冰情況和海水的分布及配送是ORV 安全運行的重要指標[3]，必須檢查和關注海水結冰情況，廠家要求在水量分配良好和水流分布均勻的情況下，面板期望的平均結冰高度離開下頂蓋的距離不能超過3m，箭頭狀局部結冰與平均結冰高度相比不超過1m。

2 ORV海水流量優化[4]與與實踐

2.1 潮汐變化對海水流量的影響

大連LNG 的ORV 設計海水流量為9180t/h，目前采用1 匹配1 模式，即1 臺海水泵匹配1 臺ORV 的運行模式，根據廠家的設備使用要求，最低海水量不得低于5510t/h，否則可能出現水膜破損，嚴重時造成翅片面板應力集中導致設備損壞。因此，ORV 海水流量設置了7350t/h 的低報警值和5510t/h 的聯鎖關停值，一旦海水量低于聯鎖值，會激發安全儀表系統(SIS)聯鎖直接關閉LNG 管線入口隔斷閥和流量控制閥來保護設備免于損壞。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會受到潮汐的影響，進而影響海水流量大小。大連LNG 海水泵最高液位可達到9.8m，最低液位為6.7m，單臺海水泵受潮汐變化可以提供9000t/h～9700t/h 海水量。

2.2 ORV與海水泵運行匹配優化

根據氣候及水文條件，大連LNG 接收站氣化設備配備為五臺ORV 和六臺SCV，海水泵配備7 臺。表1 為海水泵與ORV優化運行典型匹配表，海水流量優化時流量比率須大于聯鎖比率(5510t/h:200t/h)28，才能保證ORV 滿足工藝運行條件。表1 中1臺海水泵匹配2 臺ORV(以下簡稱1 匹配2)和3 匹配5 低于聯鎖比率，不能滿足運行條件。表1 中1 匹配3 的流量比率在滿足工藝運行條件的匹配中流量比率最小，如果2 匹配3 運行工況經實際測試滿足工藝運行條件，則3 匹配4 和4 匹配5 同樣可滿足條件。

表1 海水泵與ORV運行匹配表(海水外排溫度為5℃)

2.3 單臺ORV海水流量優化測試

單臺海水泵受潮汐變化可以提供9000t/h～9700t/h 海水量。當2 匹配3 時，單臺ORV 可達到至少6000t/h 以上海水流量。測試以ORV-E 為例，先檢驗一臺運行的安全性及可靠性，將海水流量逐漸調整至6500t/h 左右，然后再逐漸增加LNG 量直至200t/h 進行運行驗證。可以看出，隨著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。測試中現場面板平均結冰高度為10cm，結冰高度差為最大20cm，NG 出口溫度大于2℃，可見，當海水溫度為15.5℃時，海水量在6500t/h 下ORV 工況滿足工藝運行條件。

2.4 多臺ORV海水流量優化測試

重點驗證2 匹配3 時運行工況，單臺ORV 海水量可達到6200±200t/h，ORV-A/C/D 的處理量可達到滿負荷200t/h，海水溫降最大為4.44℃，現場最大結冰高度平均為12cm，箭頭狀結冰高度最大為17cm，結冰高度差為5cm，ORV 的三個重要指標NG 出口溫度、海水溫降、現場結冰高度均能滿足使用條件，經測試得出，當海水溫度大于14.5℃時，2 匹配3 可滿足工藝運行條件。在現場實際運行中，海水溫度最低降至10℃，此時面板結冰最高達到80cm，平均結冰高度為30cm，海水溫差最大為4.9℃，可以認為，當海水溫度大于10℃時，海水量達到6000t/h以上，ORV 滿負荷運行滿足工藝條件。

3 優化后實施效果分析

對ORV 原設計運行模式進行創新，通過對海水流量優化分析及實踐檢驗，可看出，當海水溫度大于10℃時，ORV 具有在低海水流量下運行的可能性。優化后，三、四、五條線可以少運行一臺海水泵。而且優化后4 臺海水泵可供5 臺ORV 運行，將有更多的備用泵，可為以后ORV 的擴容提供依據。當實施2匹配3 運行方案后，可減少一臺海水泵運行，從而減少電費成本支出。大連LNG 海水大于10℃的月份為每年6月份至11月為6個月時間，結合外輸計劃可開展對ORV 的運行優化，單臺海水泵一天可節省0.46*1000*24=1.104 萬元，月節省費用約33萬元，半年可節省費用約200 萬元，節能降耗效益明顯。