開架式氣化器完整性管理

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，是用于基本負荷型的LNG接收站的大型LNG氣化設備，最大處理LNG流量可到200 t/h。主要特點包括采用海水作為熱媒；可以根據海水溫度變化和氣化量需求，在0～100%的負荷范圍內調整處理量；處理量大、適合運行于基本負荷，廣泛的應用于LNG接收站；運行成本低，經濟性好。

一、ORV設備的機構組成與運行配套設備

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面板，再由若干個面板組成氣化器。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。LNG在管內向上流動，海水將熱量傳遞給LNG，使其加熱并氣化。整個ORV采用支架固定安裝，參見圖1。

圖1 開架式氣化器原理結構圖

圖2 開架式氣化器及運行配套設備

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，以實現對流過的LNG進行氣化。海水泵的功耗即為ORV運行的主要能耗。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，還需要對海水進行過濾、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設備粘附海生物與發生堵塞而發生故障，這就需要配置鋼閘門、攔污柵及清污機、旋轉濾網、海水電解制氯裝置，參見圖2。攔污柵及清污機用于攔截、清除海水中的較大的漂浮物、魚類、藻類等，旋轉濾網用于過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次氯酸鈉，連續或間斷加入海水中，抑制海生物的生成，而鋼閘門用于隔離需要維護檢修的設備。同時因為ORV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(曹妃甸區執行《海水養殖水排放要求》（SC/T 9103-2007），要求余氯＜0.2 mg/L，為避免影響周圍海區生態平衡，海水進、出口溫差不得超過7℃，實際常控制在≤5℃），設計對ORV排水設置了溫度、余氯在線監測儀表，信號通過DCS引到控制室，超標信號報警顯示，以保證對大海的污染降到最低。這些設備的能耗相對于海水泵的能耗可以忽略。

二、ORV設備完整性管理內涵

設備完整性是指設備正常運行狀況下應具有的完整狀態，完整性管理是持續地對設備潛在風險進行識別與評價，采取相應的風險控制對策，將設備運行風險始終控制在規定的范圍之內。設備完整性管理的基礎是完整性評價，主要包括設備的適應性評價、故障診斷等，不僅是減少事后搶修、強化預知維修的有效方法，也是保證設備完整性管理模式實現的前提。

ORV設備完整性管理，是對所有影響ORV完整性的因素進行綜合的、一體化的管理，主要包括：關鍵設備潛在風險的識別和分類；檢測試驗與預知性維修；設備異常狀態管理；設備運行時的品質保證；設備作業程序的文件化管理；員工的設備完整性教育與培訓。

結合接收站的特點，ORV及其運行配套設備的關鍵設備是ORV和海水泵。分別對其進行風險分析和安全評價，了解事故發生的可能性和將導致的后果，定期進行設備完整性檢測與評價，了解設備可能發生的事故的原因和部位，采取修復或減輕失效威脅的措施。參見表1、表2。

在設計、安裝和運行ORV時，應融入設備完整性管理的理念和做法。ORV的設計是ORV完整性管理的關鍵環節，用戶關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計溫度工況下運行，已達到節能減排的目的，ORV的處理量可以適當做大一些，考慮到建造成本，ORV處理量按照海水的溫降≥3.5℃計算（ORV廠家經驗值）。應提醒設計方注意的是ORV的擋風板和觀察口朝向應適當考慮。通常ORV都按照兩兩對稱安裝的方式進行布置，這樣有利于排水口共用一個，既美觀又節省費用，這樣也導致ORV擋風板的方向正好相反，在冬季風級偏大時，冷空氣對換熱效果也有一定的影響，如某接收站ORV-A與ORV-B對稱布置，ORV-A的擋風板在東側，西側敞口；ORV-B的擋風板在西側，東側敞口。冬季西北風偏多，在海水溫度2.5℃時，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ORV本體特別是面板涂層的完好；ORV投用時進液管道的預冷要盡量慢一些，防止管道上的大口徑閥門收縮不均造成泄漏，增加負荷或海水溫度下降時密切關注ORV結冰情況和有無變形情況等。運行期間加強巡回檢查，在水溫低于設計溫度時，注意檢查結冰的數量和分布情況，設備生產廠家建議結冰高度≤3 m（從底部匯管計算高度），當出現局部尖峰型結冰高度＞1 m時（圖3），應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運行的風險及預防措施

表2 海水泵運行的風險及預防措施

圖3 ORV結冰高度

結合ORV設備特點，進行動態完整性管理。根據海水溫度變化和ORV面板結冰情況，及時調整LNG處理量及海水流量跳車設定值；根據設備上雜物及海藻生長情況，及時切換設備進行清理；根據ORV涂層變化情況，合理確定噴涂時間。

要建立負責進行設備完整性管理機構、管理流程、配備必要的手段。設備的管理主要包括操作人員、維檢修人員、基層管理人員、機關管理人員、公司設備管理委員會等環節，應該制定合理的、順暢的管理流程、范圍清楚、職責明確，各環節根據需要配備必要的檢測工具、維檢修工具及備品備件。

要對所有與ORV設備完整性管理相關的信息進行分析、整合。對設備的管理應做到有設備運行（切換）計劃，有維修保養計劃、有備品備件計劃；有操作、檢查，有維護、保養，有工作記錄，有技術檔案，有分析、總結，充分利用企業資源計劃系統（Enterprise Resource Planning，ERP）來管理設備的技術檔案、備品備件、建立設備故障庫，為生產運行提供可靠保障。

必須持續不斷的對ORV設備進行完整性管理。隨著設備的運行周期的延長，設備的整體性能是在逐步下降的，即使及實地對設備進行了維護保養和修理，設備的整體性能參數也會不斷下降，如管材的韌性、脆性、耐腐蝕性等，配套設備的性能也會有一定的下降，所以必須持續不斷的對ORV設備進行完整性管理，確保ORV設備的性能滿足生產需求。

三、總結

開架式氣化器，屬于靜設備，其操作維護的工作量相對較小，由于其低廉的運行成本和靈活的負荷調整特性，在LNG接收站被廣泛應用。但在北方地區的LNG接收站，由于冬季海水溫度較低，雖然已經低于設計海水溫度，而為了節省生產運行成本，ORV仍然可以在較低溫度下運行，這就需要運行操作人員對設備的結構原理和運行特性更加熟悉，有更強的責任心，加強設備的巡檢和運行參數監控。同時為了滿足外輸氣體溫度要求，通常需要和浸沒燃燒式氣化器（SCV）聯合運行，氣量的匹配也是操作的關鍵內容。

ORV的運行配套設備，包括海水泵（動設備）、攔污柵（靜設備）及清污機（動設備）、旋轉濾網（動設備）、海水電解制氯裝置（包括靜設備和動設備）都需要作為ORV設備的一部分進行系統管理，才能保證ORV的安全運行。設備完整性管理是一個與時俱進的連續過程，設備的失效模式是一種時間依賴的模式。海水腐蝕、材料老化、機械損傷等能夠引起ORV設備及其運行配套設備失效的多種過程，隨著歲月的流逝海水不斷地侵蝕著ORV翅片管、海水泵的內件、旋轉濾網的濾網、攔污柵的柵條等等，必須持續不斷地對ORV設備及其運行配套設備進行風險分析、檢測、完整性評價、維修等，確保ORV及其運行配套設備的完好，實現生產的安全、平穩、長周期運行。