開架式氣化器(ORV)設(shè)備振動(dòng)檢測(cè)與評(píng)價(jià)

高 輝

(江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司，江蘇 南京 211112)

開架式氣化器(Open Rack Vaporizer，ORV)是液化天然氣(LNG)接收站的主要?dú)饣鳎煤Ｋ鳠嵩矗m用于基本負(fù)荷型的大型氣化供氣系統(tǒng)。氣化器的基本單元是傳熱管，若干傳熱管板狀排列，兩端與集氣管或集液管焊接形成一個(gè)管板，再由若干個(gè)管板組成氣化器。氣化器頂部有海水分布器，海水噴淋在管板表面上，依靠重力的作用自上而下流動(dòng)。液化天然氣在管內(nèi)向上流動(dòng)，在海水沿管板向下流動(dòng)的過程中，LNG被加熱氣化成天然氣(NG)[1]。

圖1 ORV結(jié)構(gòu)原理圖Fig.1 Structural schematic diagram of ORV

ORV由金屬支架固定安裝在混凝土結(jié)構(gòu)上，LNG進(jìn)口和ORV集液管連接，NG出口和ORV集氣管連接。在ORV進(jìn)料運(yùn)行期間，受LNG和NG管路系統(tǒng)內(nèi)流體流動(dòng)，ORV設(shè)備本體內(nèi)的氣相、液相和氣液共存相態(tài)流動(dòng)的影響，設(shè)備及其管路會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)[2，3]。在生產(chǎn)運(yùn)行中，我們發(fā)現(xiàn)振動(dòng)強(qiáng)度會(huì)隨著LNG流量和壓力的改變而發(fā)生變化，振動(dòng)不僅影響設(shè)備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命，還存在一定的安全隱患[4]。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)某LNG接收站ORV設(shè)備在LNG流量為90～190 m3/h工況下運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象，提出ORV振動(dòng)檢測(cè)方法，并對(duì)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，為工藝專業(yè)提供ORV最優(yōu)運(yùn)行參考數(shù)據(jù)。

1 測(cè)試儀器和方法

1.1 測(cè)試儀器

本文振動(dòng)測(cè)試儀器選用較為常用的日本理音VM-63A測(cè)振儀。

1.2 測(cè)試方法

根據(jù)國(guó)內(nèi)某接收站的運(yùn)行工況，測(cè)試工況選取LNG流量分別為90 m3/h、120 m3/h和190 m3/h。

在ORV正常運(yùn)行狀態(tài)下，選取圖2所示的測(cè)量點(diǎn)，分別對(duì)ORV的A-H八塊面板進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)穩(wěn)定波動(dòng)1 min內(nèi)，取1 min時(shí)間區(qū)域內(nèi)各參數(shù)的最大值為測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)量參數(shù)為：加速度(m/s2)、速度(mm/s)和振幅位移(mm)。

圖2 ORV振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)Fig.2 vibration test points of ORV

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比VM-63A振動(dòng)儀速度-加速度-幅度-頻率關(guān)系圖(見圖3)換算得到該流量點(diǎn)振動(dòng)頻率，并根據(jù)振幅位移(mm)和頻率(Hz)的關(guān)系，在振動(dòng)分析評(píng)價(jià)圖(見圖4)上標(biāo)注出ORV的A-H八塊面板上X、Y和Z三個(gè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)比分析該臺(tái)ORV各面板的振動(dòng)是否超過振動(dòng)允許值。

圖3 IRON VM-63振動(dòng)儀測(cè)量速度-加速度-幅度-頻率關(guān)系圖Fig.3 The measured velocity-acceleration-amplitude-frequency diagram of IRON VM-63

本測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)所用的振動(dòng)分析評(píng)價(jià)圖(圖4)來自于美國(guó)西南研究院(SWRI)，每塊面板每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的最大振動(dòng)點(diǎn)均以不同的圖形標(biāo)識(shí)在該振動(dòng)分析評(píng)價(jià)圖上。振動(dòng)分析評(píng)價(jià)圖上有Design，marginal，correction和danger四條經(jīng)驗(yàn)曲線。若標(biāo)識(shí)的振動(dòng)點(diǎn)在correction曲線以下，則該振動(dòng)屬于安全區(qū)域；若在correction曲線以上，設(shè)備處于振動(dòng)危險(xiǎn)區(qū)。

圖4 振動(dòng)分析評(píng)價(jià)圖Fig.4 The diagram of vibration analysis and evaluation

2 ORV振動(dòng)測(cè)試與分析

將海水和LNG的流量及壓力控制在測(cè)試工況下，按照上述測(cè)量方法及要求測(cè)量ORV的各面板的各測(cè)試點(diǎn)振動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)，記錄，并標(biāo)識(shí)在評(píng)價(jià)圖上。

2.1 不同LNG流量時(shí)ORV振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)與分析結(jié)果

將海水體積控制穩(wěn)定，LNG流量分別穩(wěn)定在190 m3/h、120 m3/h和90 m3/h時(shí)，測(cè)量ORV各面板的測(cè)量點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)(加速度m2/s、速度m/s、振幅mm)，并利用圖3換算出振動(dòng)頻率Hz，在振動(dòng)評(píng)價(jià)圖中，利用頻率和振幅標(biāo)出測(cè)量點(diǎn)。表1為各振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)振幅和頻率數(shù)據(jù)表。

表1 各振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)振幅和頻率數(shù)據(jù)表Tab.1 Amplitude and frequency data of each vibration test point

從表1中可以得出，在LNG流量為90 m3/h、120 m3/h和190 m3/h工況下，Z軸方向測(cè)試點(diǎn)的振幅均高于相同流量下的X軸和Y軸方向的振幅。ORV設(shè)備面板上下與鋼結(jié)構(gòu)固定，因此面板Z軸方向的振動(dòng)值較高，X軸和Y軸方向的振動(dòng)值較低。當(dāng)LNG流量為90 m3/h工況下，ORV換熱管束內(nèi)LNG的氣化位置和LNG流量為120 m3/h、190 m3/h時(shí)的氣化位置不同，產(chǎn)生了較大的振動(dòng)幅度。

將表1中各不同流量工況下振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)的振幅和頻率數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)在圖4的振動(dòng)分析評(píng)價(jià)圖上，結(jié)果如圖5所示。LNG流量為90 m3/h時(shí)，ORV的振動(dòng)振幅-頻率標(biāo)識(shí)點(diǎn)開始往Design曲線靠近，部分標(biāo)識(shí)點(diǎn)往Marginal曲線靠近，但都遠(yuǎn)離Correction曲線和Danger曲線。測(cè)試的曲線和現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)目視的設(shè)備情況相同，均處在振動(dòng)安全區(qū)間。

圖5 ORV各振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)在評(píng)價(jià)圖上的標(biāo)識(shí)點(diǎn)Fig.5 The identification points of ORV vibration test points on the evaluation chart

本次測(cè)試在LNG流量小于90 m3/h及190 m3/h至滿負(fù)荷380 m3/h之間時(shí)，ORV設(shè)備均無振動(dòng)情況，測(cè)試結(jié)果和實(shí)際工況相符。

2.2 ORV在不同LNG流量下的振動(dòng)趨勢(shì)分析

本測(cè)試選取LNG流量分別為90 m3/h、120 m3/h和190 m3/h三種工況，忽略海水流量對(duì)ORV振動(dòng)的影響，對(duì)ORV運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)加速度m/s2、速度mm/s和振幅mm分別進(jìn)行測(cè)量和記錄。以O(shè)RV各測(cè)試點(diǎn)為橫坐標(biāo)，面板上各點(diǎn)的振幅為縱坐標(biāo)，考察ORV在LNG不同流量下的振動(dòng)情況。

由圖6可以看出，LNG流量為90 m3/h至190 m3/h 時(shí)，ORV的八塊面板A-H處X、Y、Z測(cè)量點(diǎn)的振動(dòng)振幅均由大到小，直至消失。根據(jù)該LNG現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，當(dāng)LNG流量在90～130 m3/h時(shí)，振動(dòng)相對(duì)較大，且伴隨有輕微聲響；LNG流量在130～180 m3/h時(shí)，振動(dòng)微弱無噪音；LNG流量在180 m3/h以上時(shí)，ORV無振動(dòng)無噪音。現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)的現(xiàn)象和本測(cè)試結(jié)果一致。

圖6 ORV的面板在不同LNG流量下的振動(dòng)趨勢(shì)圖(注：橫坐標(biāo)中A-H表示ORV管束面板，X、Y、Z表示各面板的測(cè)試點(diǎn))Fig.6 The vibration trend chart ORV panels at different LNG flow of ORV

LNG在任何流量工況下運(yùn)行，Z方向的振幅均最大，而Y方向的振幅均最小，且三個(gè)方向的振幅均處在安全區(qū)域。這是因?yàn)镺RV是垂直安裝在混凝土結(jié)構(gòu)框架內(nèi)，其上方吊耳和下方支架均與振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)Y方向平行，故該方向振動(dòng)振幅最小。

3 結(jié)論

(1) ORV的振動(dòng)在不同LNG流量工況下的振幅和頻率均不同，日常運(yùn)行檢修，可根據(jù)本文的測(cè)試方法，評(píng)價(jià)每臺(tái)ORV的振動(dòng)情況，為設(shè)備的運(yùn)行提供參考數(shù)據(jù)。

(2) 經(jīng)過測(cè)試，ORV在LNG流量為90 m3/h時(shí)，部分面板有較明顯振動(dòng)，振感較強(qiáng)。經(jīng)過測(cè)試和標(biāo)識(shí)，振幅測(cè)量值大部分在Design曲線下，也有部分點(diǎn)在Design和Marginal線之間，但仍在Correction曲線內(nèi)，屬于安全區(qū)域內(nèi)。隨著LNG流量增加，振幅降低至完全無振感。

(3) 經(jīng)過分析評(píng)價(jià)，這臺(tái)ORV在任何LNG流量的工況下，Z方向振動(dòng)振幅均最大，Y方向的振幅最小，但這些振動(dòng)均屬于安全區(qū)域。

基于開架式氣化器(ORV)的結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn)，在低壓運(yùn)行工況下，可能會(huì)導(dǎo)致中間氣化不完全，從而存在氣液兩相液體導(dǎo)致發(fā)生振動(dòng)。測(cè)試ORV設(shè)備振動(dòng)并評(píng)價(jià)，是LNG接收站的日常維護(hù)和檢修的一項(xiàng)必要工作。