王新

（深圳市華燃建設(shè)工程有限公司 518000）

0 引言

近年來，液化天然氣（LNG）發(fā)展迅猛，國(guó)內(nèi)建成投產(chǎn)LNG接收站數(shù)量不斷增加。根據(jù)調(diào)查可知，國(guó)內(nèi)LNG接收站多采用開架式（ORV）、中間介質(zhì)式（IFV）、浸沒燃燒式（SCV）氣化器。SCV以水為傳熱介質(zhì)，燃?xì)馀c水直接接觸，初始成本低、傳熱效率高，但后期運(yùn)行成本也相對(duì)較高，多用于緊急情況或是調(diào)峰時(shí)，本文主要圍繞其運(yùn)行與優(yōu)化問題展開具體分析。

1 LNG接收站氣化器概述

LNG接收站是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，具體工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

根據(jù)圖1可知，氣化器是LNG接收站運(yùn)行的重要設(shè)備之一，國(guó)內(nèi)常見的有開架式（ORV）、中間介質(zhì)式（IFV）、浸沒燃燒式（SCV）幾種，實(shí)踐中需根據(jù)實(shí)際情況合理選用。本文以浸沒燃燒式氣化器為研究對(duì)象，并對(duì)其與另外兩種氣化器的比較情況作了簡(jiǎn)單歸納，具體如表1所示。

總的來說，SCV的主要優(yōu)勢(shì)在于初期投資小、占地面積適中、啟動(dòng)速度快，缺點(diǎn)也較為明顯，即運(yùn)行成本高，因此多用于調(diào)峰和緊急情況。

2 浸沒燃燒式氣化器運(yùn)行特點(diǎn)與影響因素

2.1 浸沒燃燒式氣化器運(yùn)行特點(diǎn)

如圖2所示即為浸沒燃燒式氣化器（SCV）典型結(jié)構(gòu)，主要組成部分包括水浴、燃燒器、鼓風(fēng)機(jī)、煙氣噴射管、圍堰、換熱管束、煙囪。一旦開始運(yùn)行，燃燒器內(nèi)燃?xì)馊紵?，高溫?zé)煔饨?jīng)由下排氣管排入水浴池，水浴高度湍動(dòng)，此時(shí)換熱管內(nèi)LNG與水實(shí)現(xiàn)充分換熱，達(dá)到加熱、氣化的效果。

根據(jù)運(yùn)行過程分析可得，SCV熱效率高，可實(shí)現(xiàn)LNG的快速氣化；運(yùn)行成本高，需消耗生產(chǎn)天然氣1.5%作為燃料氣；環(huán)保性好，可控制燃燒量使水浴溫度恒定，排放物對(duì)環(huán)境影響相對(duì)較小。

表1 三種氣化器比較情況

圖2 浸沒燃燒式氣化器結(jié)構(gòu)

2.2 浸沒燃燒式氣化器運(yùn)行影響因素

根據(jù)浸沒燃燒式氣化器運(yùn)行原理與相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析可得，其運(yùn)行影響因素眾多，現(xiàn)主要?dú)w納了以下幾點(diǎn)：

（1）風(fēng)機(jī)風(fēng)量與燃料氣配比，直接影響燃燒器燃燒效率。

（2）合理控制燃料氣壓力，不宜波動(dòng)過大，否則將出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)的情況。

（3）合理控制水浴液位、溫度，不宜過高、過低，均會(huì)影響運(yùn)行安全性，一旦達(dá)到聯(lián)鎖點(diǎn)將引起跳車。

（4）合理控制NOx生成速率，切忌生成過快，否則將影響會(huì)導(dǎo)致水浴酸度增加，甚至是出現(xiàn)腐蝕設(shè)備的問題。

上述情況只是對(duì)浸沒燃燒式氣化器運(yùn)行中的一些影響因素的簡(jiǎn)單列舉，具體還是要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況做好測(cè)試分析與優(yōu)化工作，切實(shí)保證設(shè)備正常、安全運(yùn)行。

3 氣化器運(yùn)行優(yōu)化

本文主要以某LNG接收站浸沒燃燒式氣化器運(yùn)行情況分析與優(yōu)化措施為例展開分析，為滿足冬季氣化外輸需求，該LNG接收站設(shè)8臺(tái)浸沒燃燒式氣化器（1臺(tái)備用）。SCV實(shí)際運(yùn)行中，燃料用氣量十分大，運(yùn)行成本高，節(jié)能降耗、安全可靠是運(yùn)行優(yōu)化的一個(gè)主要目標(biāo)。

3.1 LNG接收站工藝流程

該LNG接收站冬季采用再冷凝工藝，接卸來船內(nèi)LNG進(jìn)入儲(chǔ)罐，經(jīng)由低壓泵、再冷凝器、高壓泵等加壓至9.3MPa，輸至SCV、ORV氣化，氣化后經(jīng)計(jì)量后外輸。本項(xiàng)目使用的是日本住友公司成套SCV，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，其設(shè)計(jì)溫度、壓力分別為-170℃～65℃、13.9MPa，采用仿串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水浴溫度。

圖3 SCV結(jié)構(gòu)

3.2 SCV運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)化

根據(jù)本項(xiàng)目SCV實(shí)際運(yùn)行情況分析可知，其主要風(fēng)險(xiǎn)來源于以下三個(gè)部分：

3.2.1 助燃空氣供應(yīng)系統(tǒng)

SCV助燃空氣供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性主要影響因素為鼓風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)入口閥（PCV）、鼓風(fēng)機(jī)出口流量分配閥（FCV）聯(lián)動(dòng)中出口壓力與流量的不穩(wěn)定，主要后果包括：火焰熄滅、跳車。

原因分析：FCV是管道分流口處一個(gè)具有空氣擾流作用的鋼板，基于強(qiáng)大氣流下，F(xiàn)CV動(dòng)作波動(dòng)幅度大，極易出現(xiàn)閥變形、脆性裂紋等問題，導(dǎo)致助燃空氣流量分配控制穩(wěn)定性受影。

優(yōu)化措施：增加4臺(tái)SCV設(shè)備，統(tǒng)一進(jìn)行FCV改造，在鐵板平面結(jié)構(gòu)焊接固定擾流板，增強(qiáng)穩(wěn)定性。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)FCV穩(wěn)定性有效改善，流量分配控制更加穩(wěn)定。

3.2.2 燃料氣供應(yīng)系統(tǒng)

SCV燃料氣供應(yīng)系統(tǒng)主要影響因素包括：①各氣動(dòng)閥動(dòng)作異常；②燃料氣壓力波動(dòng)。主要后果包括：火焰熄滅、跳車。

原因分析：水浴溫度與設(shè)定值相差過大，燃料氣調(diào)節(jié)PID參數(shù)對(duì)此不適應(yīng)，水浴溫度出現(xiàn)周期性、階躍性震蕩。

優(yōu)化措施：①重新調(diào)節(jié)PID參數(shù)；②以煙氣檢測(cè)所得的各項(xiàng)廢氣含量為依據(jù)，設(shè)定FCV開度，獲得更加合適的空燃比。

3.2.3 水浴加熱系統(tǒng)

SCV水浴加熱系統(tǒng)主要影響因素包括：①冷卻水循環(huán)不良；②水浴池墻壁、受熱介質(zhì)盤管存在污垢、損壞情況。主要后果包括：①水浴溫度不均；②水浴泄漏；③跳車。

原因分析：①冬季寒冷，冷卻循環(huán)水泵出口管道極易出現(xiàn)凍結(jié)情況，導(dǎo)致循環(huán)不良，對(duì)此必須落實(shí)保溫工作，設(shè)置電伴熱系統(tǒng)；②水浴室二氧化碳酸性環(huán)境，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備腐蝕、損壞問題的出現(xiàn)。

優(yōu)化措施：定期維護(hù)墻壁、盤管；及時(shí)查找泄漏風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，加固、噴涂防腐層；使用中性無(wú)鹽水浴，降低腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 SCV運(yùn)行穩(wěn)定性優(yōu)化

本項(xiàng)目SCV運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)實(shí)際燃料氣消耗量十分大，且與設(shè)計(jì)參數(shù)存在較大差距，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性均較差。據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，此問題的產(chǎn)生原因主要是空燃比分配不合理，以致于燃料氣無(wú)法充分燃燒，消耗量隨之增加。為此本項(xiàng)目進(jìn)行了SCV運(yùn)行模擬分析，以尋求最佳運(yùn)行優(yōu)化方案。

3.3.1 運(yùn)行模擬

本項(xiàng)目對(duì)各種LNG負(fù)荷下SCV運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬，主要操作如下：

（1）切換SCV運(yùn)行模式至手動(dòng)就地模式。

（2）中控室調(diào)節(jié)LNG進(jìn)料閥，向SCV輸入不同LNG負(fù)荷。

（3）調(diào)整燃料氣流量、助燃空氣分配，直到水浴溫度為15℃。

（4）測(cè)試排氣煙道內(nèi)H2S、CO、CO2含量，微調(diào)助燃空氣分配閥開度，直到H2S、CO含量最低。

（5）記錄LNG負(fù)荷、燃料氣流量、閥門開度，輸入PLC系統(tǒng)，鎖定各檔位下閥門開度比例。

3.3.2 結(jié)果分析

基于手動(dòng)控制模式下，通過運(yùn)行模擬獲得水浴溫度高值與廢氣甲烷含量低值最佳結(jié)合點(diǎn)，經(jīng)檢測(cè)可得，8臺(tái)SCV處理能力從167t/h提升至185t/h，同時(shí)燃料氣的消耗量減少20%，F(xiàn)CV振動(dòng)幅度變小，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性均顯著改善。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，LNG接收站是天然氣外輸?shù)脑搭^，其供氣可靠性具有關(guān)鍵性意義，由此對(duì)氣化器的運(yùn)行提出了更高的要求。本文圍繞SCV的應(yīng)用與運(yùn)行優(yōu)化展開了具體論述，其作為一種熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行成本高的設(shè)備，主要作為輔助設(shè)備使用，滿足冬季高峰期供氣需要或是一些緊急情況，由此在實(shí)際運(yùn)行中需充分考慮冬季特殊性以及運(yùn)行主要風(fēng)險(xiǎn)，做好相應(yīng)的優(yōu)化工作，切實(shí)提高SCV運(yùn)行穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性，獲得更佳的運(yùn)行效益。