尹清黨 楊大根

（中石油京唐液化天然氣有限公司 河北唐山）

開(kāi)架式氣化器（OPEN RACK VAPORIZER，ORV）是以海水為熱源的氣化器，是用于基本負(fù)荷型的LNG接收站的大型LNG氣化設(shè)備，最大處理LNG流量可到200 t/h。主要特點(diǎn)包括采用海水作為熱媒；可以根據(jù)海水溫度變化和氣化量需求，在0～100%的負(fù)荷范圍內(nèi)調(diào)整處理量；處理量大、適合運(yùn)行于基本負(fù)荷，廣泛的應(yīng)用于LNG接收站；運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)性好。

一、ORV設(shè)備的機(jī)構(gòu)組成與運(yùn)行配套設(shè)備

ORV的基本單元是傳熱管，由若干傳熱管組成板狀排列，兩端由集氣管或集液管焊接形成一個(gè)面板，再由若干個(gè)面板組成氣化器。氣化器頂部有海水噴淋裝置，海水噴淋到板型管束外表面上，依靠重力的作用自上而下流動(dòng)。LNG在管內(nèi)向上流動(dòng)，海水將熱量傳遞給LNG，使其加熱并氣化。整個(gè)ORV采用支架固定安裝，參見(jiàn)圖1。

圖1 開(kāi)架式氣化器原理結(jié)構(gòu)圖

圖2 開(kāi)架式氣化器及運(yùn)行配套設(shè)備

ORV采用海水作為熱媒，利用海水泵為ORV提供源源不斷的海水，以實(shí)現(xiàn)對(duì)流過(guò)的LNG進(jìn)行氣化。海水泵的功耗即為ORV運(yùn)行的主要能耗。噴淋到ORV板型管束外表面上的海水，除滿足溫度、壓力和流量的要求外，還需要對(duì)海水進(jìn)行過(guò)濾、加氯，以清除海水中的漂浮物、海生物、泥沙等，防止海水泵及ORV設(shè)備粘附海生物與發(fā)生堵塞而發(fā)生故障，這就需要配置鋼閘門、攔污柵及清污機(jī)、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、海水電解制氯裝置，參見(jiàn)圖2。攔污柵及清污機(jī)用于攔截、清除海水中的較大的漂浮物、魚類、藻類等，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)用于過(guò)濾海水中較小的漂浮物、魚類、藻類等，海水電解制氯裝置生產(chǎn)次氯酸鈉，連續(xù)或間斷加入海水中，抑制海生物的生成，而鋼閘門用于隔離需要維護(hù)檢修的設(shè)備。同時(shí)因?yàn)镺RV使用后的海水要返回到大海，需要控制氯離子的余量和溫降(曹妃甸區(qū)執(zhí)行《海水養(yǎng)殖水排放要求》（SC/T 9103-2007），要求余氯＜0.2 mg/L，為避免影響周圍海區(qū)生態(tài)平衡，海水進(jìn)、出口溫差不得超過(guò)7℃，實(shí)際常控制在≤5℃），設(shè)計(jì)對(duì)ORV排水設(shè)置了溫度、余氯在線監(jiān)測(cè)儀表，信號(hào)通過(guò)DCS引到控制室，超標(biāo)信號(hào)報(bào)警顯示，以保證對(duì)大海的污染降到最低。這些設(shè)備的能耗相對(duì)于海水泵的能耗可以忽略。

二、ORV設(shè)備完整性管理內(nèi)涵

設(shè)備完整性是指設(shè)備正常運(yùn)行狀況下應(yīng)具有的完整狀態(tài)，完整性管理是持續(xù)地對(duì)設(shè)備潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別與評(píng)價(jià)，采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策，將設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)始終控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。設(shè)備完整性管理的基礎(chǔ)是完整性評(píng)價(jià)，主要包括設(shè)備的適應(yīng)性評(píng)價(jià)、故障診斷等，不僅是減少事后搶修、強(qiáng)化預(yù)知維修的有效方法，也是保證設(shè)備完整性管理模式實(shí)現(xiàn)的前提。

ORV設(shè)備完整性管理，是對(duì)所有影響ORV完整性的因素進(jìn)行綜合的、一體化的管理，主要包括：關(guān)鍵設(shè)備潛在風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和分類；檢測(cè)試驗(yàn)與預(yù)知性維修；設(shè)備異常狀態(tài)管理；設(shè)備運(yùn)行時(shí)的品質(zhì)保證；設(shè)備作業(yè)程序的文件化管理；員工的設(shè)備完整性教育與培訓(xùn)。

結(jié)合接收站的特點(diǎn)，ORV及其運(yùn)行配套設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備是ORV和海水泵。分別對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和安全評(píng)價(jià)，了解事故發(fā)生的可能性和將導(dǎo)致的后果，定期進(jìn)行設(shè)備完整性檢測(cè)與評(píng)價(jià)，了解設(shè)備可能發(fā)生的事故的原因和部位，采取修復(fù)或減輕失效威脅的措施。參見(jiàn)表1、表2。

在設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行ORV時(shí)，應(yīng)融入設(shè)備完整性管理的理念和做法。ORV的設(shè)計(jì)是ORV完整性管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，用戶關(guān)心的首先是處理量的確定，考慮到北方LNG接收站需要在低于海水設(shè)計(jì)溫度工況下運(yùn)行，已達(dá)到節(jié)能減排的目的，ORV的處理量可以適當(dāng)做大一些，考慮到建造成本，ORV處理量按照海水的溫降≥3.5℃計(jì)算（ORV廠家經(jīng)驗(yàn)值）。應(yīng)提醒設(shè)計(jì)方注意的是ORV的擋風(fēng)板和觀察口朝向應(yīng)適當(dāng)考慮。通常ORV都按照兩兩對(duì)稱安裝的方式進(jìn)行布置，這樣有利于排水口共用一個(gè)，既美觀又節(jié)省費(fèi)用，這樣也導(dǎo)致ORV擋風(fēng)板的方向正好相反，在冬季風(fēng)級(jí)偏大時(shí)，冷空氣對(duì)換熱效果也有一定的影響，如某接收站ORV-A與ORV-B對(duì)稱布置，ORV-A的擋風(fēng)板在東側(cè)，西側(cè)敞口；ORV-B的擋風(fēng)板在西側(cè)，東側(cè)敞口。冬季西北風(fēng)偏多，在海水溫度2.5℃時(shí)，ORV-A的處理量為59 t/h，ORV-B的處理量為65 t/h，相差6 t/h。

ORV的安裝，主要是安裝的牢固度，豎直度，支撐墻的牢固性和防腐，附屬管道的配置合理性，注意保護(hù)ORV本體特別是面板涂層的完好；ORV投用時(shí)進(jìn)液管道的預(yù)冷要盡量慢一些，防止管道上的大口徑閥門收縮不均造成泄漏，增加負(fù)荷或海水溫度下降時(shí)密切關(guān)注ORV結(jié)冰情況和有無(wú)變形情況等。運(yùn)行期間加強(qiáng)巡回檢查，在水溫低于設(shè)計(jì)溫度時(shí)，注意檢查結(jié)冰的數(shù)量和分布情況，設(shè)備生產(chǎn)廠家建議結(jié)冰高度≤3 m（從底部匯管計(jì)算高度），當(dāng)出現(xiàn)局部尖峰型結(jié)冰高度＞1 m時(shí)（圖3），應(yīng)檢查水流分布情況和海水管道是否堵塞；定期檢查并清除（如有）水槽及翅片管上是否有雜物及海藻附著。

表1 ORV運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防措施

表2 海水泵運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防措施

圖3 ORV結(jié)冰高度

結(jié)合ORV設(shè)備特點(diǎn)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)完整性管理。根據(jù)海水溫度變化和ORV面板結(jié)冰情況，及時(shí)調(diào)整LNG處理量及海水流量跳車設(shè)定值；根據(jù)設(shè)備上雜物及海藻生長(zhǎng)情況，及時(shí)切換設(shè)備進(jìn)行清理；根據(jù)ORV涂層變化情況，合理確定噴涂時(shí)間。

要建立負(fù)責(zé)進(jìn)行設(shè)備完整性管理機(jī)構(gòu)、管理流程、配備必要的手段。設(shè)備的管理主要包括操作人員、維檢修人員、基層管理人員、機(jī)關(guān)管理人員、公司設(shè)備管理委員會(huì)等環(huán)節(jié)，應(yīng)該制定合理的、順暢的管理流程、范圍清楚、職責(zé)明確，各環(huán)節(jié)根據(jù)需要配備必要的檢測(cè)工具、維檢修工具及備品備件。

要對(duì)所有與ORV設(shè)備完整性管理相關(guān)的信息進(jìn)行分析、整合。對(duì)設(shè)備的管理應(yīng)做到有設(shè)備運(yùn)行（切換）計(jì)劃，有維修保養(yǎng)計(jì)劃、有備品備件計(jì)劃；有操作、檢查，有維護(hù)、保養(yǎng)，有工作記錄，有技術(shù)檔案，有分析、總結(jié)，充分利用企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（Enterprise Resource Planning，ERP）來(lái)管理設(shè)備的技術(shù)檔案、備品備件、建立設(shè)備故障庫(kù)，為生產(chǎn)運(yùn)行提供可靠保障。

必須持續(xù)不斷的對(duì)ORV設(shè)備進(jìn)行完整性管理。隨著設(shè)備的運(yùn)行周期的延長(zhǎng)，設(shè)備的整體性能是在逐步下降的，即使及實(shí)地對(duì)設(shè)備進(jìn)行了維護(hù)保養(yǎng)和修理，設(shè)備的整體性能參數(shù)也會(huì)不斷下降，如管材的韌性、脆性、耐腐蝕性等，配套設(shè)備的性能也會(huì)有一定的下降，所以必須持續(xù)不斷的對(duì)ORV設(shè)備進(jìn)行完整性管理，確保ORV設(shè)備的性能滿足生產(chǎn)需求。

三、總結(jié)

開(kāi)架式氣化器，屬于靜設(shè)備，其操作維護(hù)的工作量相對(duì)較小，由于其低廉的運(yùn)行成本和靈活的負(fù)荷調(diào)整特性，在LNG接收站被廣泛應(yīng)用。但在北方地區(qū)的LNG接收站，由于冬季海水溫度較低，雖然已經(jīng)低于設(shè)計(jì)海水溫度，而為了節(jié)省生產(chǎn)運(yùn)行成本，ORV仍然可以在較低溫度下運(yùn)行，這就需要運(yùn)行操作人員對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理和運(yùn)行特性更加熟悉，有更強(qiáng)的責(zé)任心，加強(qiáng)設(shè)備的巡檢和運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控。同時(shí)為了滿足外輸氣體溫度要求，通常需要和浸沒(méi)燃燒式氣化器（SCV）聯(lián)合運(yùn)行，氣量的匹配也是操作的關(guān)鍵內(nèi)容。

ORV的運(yùn)行配套設(shè)備，包括海水泵（動(dòng)設(shè)備）、攔污柵（靜設(shè)備）及清污機(jī)（動(dòng)設(shè)備）、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)（動(dòng)設(shè)備）、海水電解制氯裝置（包括靜設(shè)備和動(dòng)設(shè)備）都需要作為ORV設(shè)備的一部分進(jìn)行系統(tǒng)管理，才能保證ORV的安全運(yùn)行。設(shè)備完整性管理是一個(gè)與時(shí)俱進(jìn)的連續(xù)過(guò)程，設(shè)備的失效模式是一種時(shí)間依賴的模式。海水腐蝕、材料老化、機(jī)械損傷等能夠引起ORV設(shè)備及其運(yùn)行配套設(shè)備失效的多種過(guò)程，隨著歲月的流逝海水不斷地侵蝕著ORV翅片管、海水泵的內(nèi)件、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的濾網(wǎng)、攔污柵的柵條等等，必須持續(xù)不斷地對(duì)ORV設(shè)備及其運(yùn)行配套設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析、檢測(cè)、完整性評(píng)價(jià)、維修等，確保ORV及其運(yùn)行配套設(shè)備的完好，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行。