LNG氣化器預冷方式對比分析

李云

摘 要：LNG氣化器是接收站氣化外輸的關鍵設備，投用前預冷對LNG氣化器的安全運行起重要作用。在實際生產中LNG氣化器預冷分為有備壓預冷和無備壓預冷。本文結合氣化器實際預冷曲線對預冷過程作了詳細分析，指出了預冷過程中存在的問題并提出了對預冷方式改進的措施。

關鍵詞：LNG氣化器;預冷;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，如需啟動需提前預冷，以保證設備啟動時的安全。

1 LNG氣化器工藝流程圖及預冷程序

來自高壓泵的LNG經氣化器入口管線及相應閥門進入LNG氣化器，在氣化器處經熱源加熱氣化輸至外輸管網。開架式氣化器與浸沒燃燒式氣化器雖然結構與原理不同，但入口管道、出口管道及相應閥門、儀表布置完全相同并且預冷控制方式也相同。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突然進入管道及設備造成熱應力過大、溫度變化快而使設備及管道連接部位損壞。預冷時要緩慢降低管道及閥門溫度，避免急冷與驟冷[1]。LNG氣化器預冷速率控制在8～10℃/h以內，管道上下表面溫度計不大于50℃。目前在實際操作中LNG氣化器預冷方式分為管道有備壓預冷和管道無備壓預冷。LNG氣化器有備壓預冷是氣化器正常停車后如需再啟動常采用的預冷方式。氣化器無備壓預冷常在氣化器、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TI01A/B 的溫降趨勢調節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，關閉MV02。無備壓預冷方式與上述冷卻方法完全相同。

2 LNG氣化器預冷過程分析及存在問題

2.1 預冷過程分析

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

圖2? ? 有備壓預冷曲線圖

由圖2的AB、A1B1預冷曲線可知，開始預冷時上表面溫度基本不發生變化，而下邊面溫度逐漸緩慢下降。這是由于管道內有備壓（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致下表面溫度下降較快而上表面溫度幾乎不下降。隨著預冷時間和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原來氣體，上表面溫度開始緩慢下降，最終在管道內充滿LNG時上下表面溫度趨于一致，見圖2中BC、B1C1段。

圖3? ?無備壓預冷曲線圖

由圖3中DE、D1E1預冷曲線可知氣化器剛開始預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預冷曲線是由于隨著預冷時間和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，導致上表面溫度下降速度低于下表面溫降速度。

2.2 預冷過程中存在問題

管道有備壓預冷時，在預冷前期管道上表面溫度幾乎不變，在預冷中期下表面預冷速度無法控制，上下表面溫度差值相差較大可達-100℃左右。管道無備壓預冷雖然在預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遇冷速度無法控制，上下表面出現溫差較大現象。由于預冷中后期管道預冷速度快，上下表面溫差超過50℃，導致LNG氣化器FCV閥的連接法蘭由于應力過大出現多次泄漏。

3 LNG氣化器遇冷方式改進

目前預冷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冷LNG氣化器。空溫氣化器位置設置在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冷氣化器;

③TI01A/B達到-100℃時關閉空溫氣化器入口及出口。

4 結束語

LNG接收站主要用于調峰，輸氣量隨季節波動很大，每一次輸氣量的調整往往都伴隨著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冷，但在目前實際預冷過程中兩種遇冷方式都存在一定問題。通過對兩種預冷方式比較，管道無備壓預冷方式對氣化器比較友好，建議優先采用此種方式預冷。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冷，以避免上述兩種方式產生的問題。

參考文獻：

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