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)接收站的主要氣化器，用海水作熱源，適用于基本負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管板，再由若干個管板組成氣化器。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。液化天然氣在管內(nèi)向上流動，在海水沿管板向下流動的過程中，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進口和ORV集液管連接，NG出口和ORV集氣管連接。在ORV進料運行期間，受LNG和NG管路系統(tǒng)內(nèi)流體流動，ORV設(shè)備本體內(nèi)的氣相、液相和氣液共存相態(tài)流動的影響，設(shè)備及其管路會產(chǎn)生一定的振動[2，3]。在生產(chǎn)運行中，我們發(fā)現(xiàn)振動強度會隨著LNG流量和壓力的改變而發(fā)生變化，振動不僅影響設(shè)備的結(jié)構(gòu)強度和使用壽命，還存在一定的安全隱患[4]。本文針對國內(nèi)某LNG接收站ORV設(shè)備在LNG流量為90～190 m3/h工況下運行時的振動現(xiàn)象，提出ORV振動檢測方法，并對振動測試結(jié)果進行評價，為工藝專業(yè)提供ORV最優(yōu)運行參考數(shù)據(jù)。

1 測試儀器和方法

1.1 測試儀器

本文振動測試儀器選用較為常用的日本理音VM-63A測振儀。

1.2 測試方法

根據(jù)國內(nèi)某接收站的運行工況，測試工況選取LNG流量分別為90 m3/h、120 m3/h和190 m3/h。

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

圖2 ORV振動測試點Fig.2 vibration test points of ORV

根據(jù)測量數(shù)據(jù)對比VM-63A振動儀速度-加速度-幅度-頻率關(guān)系圖(見圖3)換算得到該流量點振動頻率，并根據(jù)振幅位移(mm)和頻率(Hz)的關(guān)系，在振動分析評價圖(見圖4)上標注出ORV的A-H八塊面板上X、Y和Z三個點的測量數(shù)據(jù)。對比分析該臺ORV各面板的振動是否超過振動允許值。

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

本測試結(jié)果評價所用的振動分析評價圖(圖4)來自于美國西南研究院(SWRI)，每塊面板每個測試點的最大振動點均以不同的圖形標識在該振動分析評價圖上。振動分析評價圖上有Design，marginal，correction和danger四條經(jīng)驗曲線。若標識的振動點在correction曲線以下，則該振動屬于安全區(qū)域；若在correction曲線以上，設(shè)備處于振動危險區(qū)。

圖4 振動分析評價圖Fig.4 The diagram of vibration analysis and evaluation

2 ORV振動測試與分析

將海水和LNG的流量及壓力控制在測試工況下，按照上述測量方法及要求測量ORV的各面板的各測試點振動相關(guān)數(shù)據(jù)，記錄，并標識在評價圖上。

2.1 不同LNG流量時ORV振動測試數(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，測量ORV各面板的測量點振動數(shù)據(jù)(加速度m2/s、速度m/s、振幅mm)，并利用圖3換算出振動頻率Hz，在振動評價圖中，利用頻率和振幅標出測量點。表1為各振動測試點振幅和頻率數(shù)據(jù)表。

表1 各振動測試點振幅和頻率數(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軸方向測試點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軸方向的振動值較高，X軸和Y軸方向的振動值較低。當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時的氣化位置不同，產(chǎn)生了較大的振動幅度。

將表1中各不同流量工況下振動測試點的振幅和頻率數(shù)據(jù)標識在圖4的振動分析評價圖上，結(jié)果如圖5所示。LNG流量為90 m3/h時，ORV的振動振幅-頻率標識點開始往Design曲線靠近，部分標識點往Marginal曲線靠近，但都遠離Correction曲線和Danger曲線。測試的曲線和現(xiàn)場對應(yīng)目視的設(shè)備情況相同，均處在振動安全區(qū)間。

圖5 ORV各振動測試點在評價圖上的標識點Fig.5 The identification points of ORV vibration test points on the evaluation chart

本次測試在LNG流量小于90 m3/h及190 m3/h至滿負荷380 m3/h之間時，ORV設(shè)備均無振動情況，測試結(jié)果和實際工況相符。

2.2 ORV在不同LNG流量下的振動趨勢分析

本測試選取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ORV振動的影響，對ORV運行產(chǎn)生的振動加速度m/s2、速度mm/s和振幅mm分別進行測量和記錄。以O(shè)RV各測試點為橫坐標，面板上各點的振幅為縱坐標，考察ORV在LNG不同流量下的振動情況。

由圖6可以看出，LNG流量為90 m3/h至190 m3/h 時，ORV的八塊面板A-H處X、Y、Z測量點的振動振幅均由大到小，直至消失。根據(jù)該LNG現(xiàn)場運行情況，當LNG流量在90～130 m3/h時，振動相對較大，且伴隨有輕微聲響；LNG流量在130～180 m3/h時，振動微弱無噪音；LNG流量在180 m3/h以上時，ORV無振動無噪音?，F(xiàn)場目測的現(xiàn)象和本測試結(jié)果一致。

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

LNG在任何流量工況下運行，Z方向的振幅均最大，而Y方向的振幅均最小，且三個方向的振幅均處在安全區(qū)域。這是因為ORV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測試點Y方向平行，故該方向振動振幅最小。

3 結(jié)論

(1) ORV的振動在不同LNG流量工況下的振幅和頻率均不同，日常運行檢修，可根據(jù)本文的測試方法，評價每臺ORV的振動情況，為設(shè)備的運行提供參考數(shù)據(jù)。

(2) 經(jīng)過測試，ORV在LNG流量為90 m3/h時，部分面板有較明顯振動，振感較強。經(jīng)過測試和標識，振幅測量值大部分在Design曲線下，也有部分點在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)過分析評價，這臺ORV在任何LNG流量的工況下，Z方向振動振幅均最大，Y方向的振幅最小，但這些振動均屬于安全區(qū)域。

基于開架式氣化器(ORV)的結(jié)構(gòu)和工藝特點，在低壓運行工況下，可能會導致中間氣化不完全，從而存在氣液兩相液體導致發(fā)生振動。測試ORV設(shè)備振動并評價，是LNG接收站的日常維護和檢修的一項必要工作。