LNG氣化站主氣化器故障分析及改進(jìn)

黃元福

（中海石油福建新能源有限公司 福建廈門）

一、概述

主氣化器是LNG氣化站的關(guān)鍵設(shè)備之一，在LNG氣化站運(yùn)行過程中，最常見的故障是氣化器焊縫處發(fā)生泄漏，泄漏不僅造成天然氣損失，更給安全生產(chǎn)帶來重大隱患。要保證氣化器長周期安全運(yùn)行，必須在氣化器制造材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝及質(zhì)量、運(yùn)輸安裝、操作使用等方面引起重視。中海石油福建新能源有限公司某LNG氣化站主氣化器短時(shí)間內(nèi)頻繁發(fā)生焊縫泄漏，通過對(duì)泄漏原因進(jìn)行分析，提出主氣化器結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，徹底解決了氣化器泄漏問題。

二、故障情況

LNG氣化站，裝置規(guī)模為4臺(tái)50 m3的LNG儲(chǔ)罐，配備6臺(tái)氣化量2000 m3/h的主氣化器，主氣化器技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主氣化器主要技術(shù)參數(shù)

氣化站于2010年5月投產(chǎn)運(yùn)行，實(shí)際供氣負(fù)荷1250～1600 m3/h天然氣，年運(yùn)行時(shí)間8760 h。由于主氣化器實(shí)際汽化效率低于銘牌標(biāo)稱，生產(chǎn)過程中2～3臺(tái)氣化器并聯(lián)運(yùn)行，每8 h切換一次。

2012年4月17日，1#主氣化器進(jìn)口第3列c行（圖1）換熱管頂部彎頭與接管焊縫出現(xiàn)肉眼可見裂紋，裂紋寬約1 mm，長約2 mm，形狀如圖2所示。經(jīng)過將該臺(tái)氣化器與生產(chǎn)系統(tǒng)隔離、氮?dú)庵脫Q合格，組織人員對(duì)焊縫裂紋進(jìn)行修復(fù)焊補(bǔ)，試壓試漏合格后重新投入生產(chǎn)運(yùn)行。

圖1 氣化器裂紋位置

圖2 氣化器焊縫裂紋形狀

2012年4月至2013年4月，6臺(tái)主氣化器在不同的部位先后發(fā)生了7次焊縫開裂故障，焊縫裂紋形狀與圖2相似，故障情況見表2。

表2 主氣化器故障情況統(tǒng)計(jì)表

三、故障分析

1.氣化器受力分析

氣化器工作過程中，吸熱使前幾列導(dǎo)熱管外環(huán)境溫度下降，運(yùn)行一段時(shí)間后，附著在導(dǎo)熱管外表面的水分逐漸結(jié)冰，降低了氣化器的換熱效率，影響氣化效果。因此，氣化器運(yùn)行時(shí)需要定期切換。當(dāng)某臺(tái)氣化器停止運(yùn)行時(shí)，進(jìn)口閥關(guān)閉后，部分LNG殘留在氣化器底部位置，與周邊空氣交換熱量后繼續(xù)氣化，由于導(dǎo)熱管外表被冰包裹，此時(shí)管內(nèi)殘余的LNG隨著導(dǎo)熱管外表包裹冰的緩慢融化而相對(duì)緩慢氣化，溫度上升并接近環(huán)境溫度的時(shí)間較長。但在氣化器上部，殘余LNG較少，導(dǎo)熱管外表包裹的冰量少，換熱效率高，因此，當(dāng)進(jìn)口閥關(guān)閉后，氣化器的頂部管段會(huì)較快從工作狀態(tài)的低溫狀態(tài)上升到接近環(huán)境溫度，急劇的溫度變化導(dǎo)致氣化器頂部形成較大的溫變應(yīng)力。

2.氣化器焊縫裂紋產(chǎn)生原因

氣化器頂部為半圓形彎管，無過渡直管段，尺寸短、曲率大，在溫變應(yīng)力作用下，彎管對(duì)熱脹冷縮產(chǎn)生變形的補(bǔ)償能力不足，彎管與氣化器翅片直管接頭為對(duì)接焊焊縫，焊縫位置為強(qiáng)度最薄弱環(huán)節(jié)。氣化器 長期運(yùn)行中周期性的冷熱循環(huán)，在溫變應(yīng)力交替作用下，最終導(dǎo)致在強(qiáng)度相對(duì)薄弱的焊縫或焊縫熱影響區(qū)產(chǎn)生疲勞破壞，焊縫及熱影響區(qū)被拉裂產(chǎn)生裂紋以釋放應(yīng)力。

四、改進(jìn)方案

1.改進(jìn)氣化器頂部彎管結(jié)構(gòu)

調(diào)整氣化器內(nèi)部流程，增加彎管長度，將半圓形彎管改為U形彎管，以提高彎管對(duì)熱脹冷縮產(chǎn)生的變形補(bǔ)償能力。氣化器調(diào)整流程后的結(jié)構(gòu)見圖3，將第1列頂部出口進(jìn)入第2列頂部入口再進(jìn)入第3列底部入口的順流程走向，調(diào)整為第1列頂部出口后進(jìn)入第3列頂部、第3列底部出口進(jìn)入第2列底部入口，第2列頂部出口進(jìn)入第4列、第5列進(jìn)口。U形彎管由氣化器廠家在制造廠進(jìn)行預(yù)制，然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更換作業(yè)。

圖3 改進(jìn)后氣化器流程結(jié)構(gòu)

2.改進(jìn)焊接工藝

改進(jìn)彎管與氣化器翅片直管接頭的接焊工藝，彎管與氣化器翅片直管焊接處打磨成V形坡口并在內(nèi)部加襯墊方式進(jìn)行焊接，彎管與翅片直管組對(duì)時(shí)留2 mm間隙，以保證焊縫焊透，提高焊縫強(qiáng)度。所有焊接工作完成后，對(duì)所有焊縫進(jìn)行PT檢測(cè)，PT檢測(cè)合格后對(duì)6臺(tái)主氣化器進(jìn)行耐壓、氣密試驗(yàn)至合格。

五、改進(jìn)效果

2013年7月，對(duì)6臺(tái)主氣化器96組氣化器彎管組件逐臺(tái)更換，試壓、試漏合格后投入正常運(yùn)行，運(yùn)行至今情況良好，未發(fā)生泄漏事故。