浙江LNG國產(chǎn)IFV異常情況分析與處理

蔡主斌，段小凱，崔偉永(中海浙江寧波液化天然氣有限公司，浙江 寧波 315800)

0 引言

LNG氣化器是LNG接收站重要的氣化外輸設(shè)備，目前，LNG接收站常用的氣化器有三種：開架式氣化器(open rack vaporizer，簡稱ORV)；浸沒燃燒式氣化器(submerged combustion vaporizer，簡稱SCV)；中間介質(zhì)管殼式氣化器(intermediate fluid vaporizer，簡稱IFV)。其中IFV和SCV使用較為普遍，相較于SCV，IFV對海水水質(zhì)條件要求較低，與海水接觸部分采用了鈦合金材料。鈦合金材料具有良好的抗腐蝕性能，能在海水水質(zhì)較差的情況下使用，具有良好的低溫性能，使用溫度可達-269 ℃，其強度高，設(shè)計壓力可達35 MPa。在海水含沙量較大、重金屬離子超標(biāo)的情況下，主要選用IFV[1]。IFV投資成本較高，再加上IFV生產(chǎn)基本都被日本壟斷，部分接收站又必須使用IFV，接收站建設(shè)中氣化器購買成本無法降低，為有效降低生產(chǎn)建設(shè)成本，設(shè)備國產(chǎn)化勢在必行，中海石油氣電集團研發(fā)中心成功將IFV國產(chǎn)化，并在浙江LNG接收站投入測試使用，通過運行測試發(fā)現(xiàn)設(shè)備的問題，并不斷改進。

IFV是以丙烷作為中間加熱介質(zhì)，采用海水作為加熱源進行氣化，氣化后的丙烷蒸氣加熱低溫LNG，使其在管程內(nèi)氣化為低溫天然氣，丙烷蒸氣同時被冷凝并在LNG氣化單元以氣液動平衡形式循環(huán)使用[2]。在天然氣加熱單元，被氣化的低溫天然氣再經(jīng)海水升溫后(不低于0 C)進入天然氣總管。IFV結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。在E1段換熱器中，海水(管程)加液態(tài)丙烷并氣化，丙烷氣在E2段換熱器中與管程中的LNG進行熱交換，LNG受熱氣化，而丙烷則被冷凝。在E3段換熱器中，管程中的海水和NG換熱，低溫NG再次升溫，最終滿足天然氣外輸溫度要求。丙烷始終在E1殼體中進行氣-液態(tài)的閉式循環(huán)，運行過程中無需添加[3]。用丙烷作為中間介質(zhì)就是利用其較低的沸點這一特點，避免了直接用海水換熱時由于結(jié)冰對傳熱效果的影響。

圖1 IFV結(jié)構(gòu)和工作原理圖

1 IFV異常情況分析和處理

1.1 涂層受損

國產(chǎn)IFV自2016年5月開始在浙江LNG進行運行測試，運行半年時間后，2016年12月，例行對國產(chǎn)IFV停用檢查，在對海水管束清洗時，發(fā)現(xiàn)E3段內(nèi)部有一小塊銹蝕，最終確認(rèn)涂層受損導(dǎo)致少量海水腐蝕，廠家通過涂層修復(fù)的方案進行處理，于2017年4月修復(fù)完成。

1.2 國產(chǎn)氣化器換熱率降低

2018年初，國產(chǎn)IFV在運行負(fù)荷相同的情況下，E3段外表面結(jié)霜情況較之前有增大情況，同時E2段出口溫度也較正常情況下有所下降。結(jié)合以上兩種現(xiàn)象判斷國產(chǎn)IFV換熱效果不佳，分析原因很大可能是丙烷氣相濃度降低，導(dǎo)致?lián)Q熱率降低，組織相關(guān)人員多次對國產(chǎn)IFV丙烷氣取樣分析，具體分析結(jié)果如表1所示。

表1 2018年初出現(xiàn)問題后丙烷氣相分析結(jié)果表

IFV換熱正常必須保證丙烷氣相中丙烷含量大于99%，分析結(jié)果中丙烷含量明顯不達標(biāo)，可大致判斷E2段中的換熱管存在漏點，因管程的LNG壓力(約8 MPa)大于丙烷氣相壓力(約0.6 MPa)，換熱管若破損甲烷就會進入丙烷腔內(nèi)。

結(jié)合判斷結(jié)果，運行和維修人員開始確認(rèn)漏點位置，丙烷排凈并置換合格后，對國產(chǎn)IFV丙烷腔注入約100 kg液氨，后通過注氮將丙烷腔壓力升至0.7 MPa，用酚酞試紙覆蓋在E2段U型集管進出口表面，進行測漏，原理為氨水遇酚酞溶液變紅色。發(fā)現(xiàn)為E2段換熱U形管束底部靠近中間的管子泄漏，該管對應(yīng)的進出口酚酞試紙反應(yīng)均為紅色，判斷為集管管體存在泄漏，同時發(fā)現(xiàn)E2-E3連接管段部分被發(fā)現(xiàn)有點蝕現(xiàn)象。考慮到不能進一步確認(rèn)U型管的具體漏點，最終決定對U型管封堵，并且對整段Π管進行酸洗鈍化處理。

處理完成后開始對國產(chǎn)IFV進行運行測試，并對丙烷氣相取樣分析，國產(chǎn)IFV在負(fù)荷100%運行情況下，E-2段出口溫度最低至-27 ℃，高于低報值-45 ℃，且海水進出口溫差均小于5 ℃，對其丙烷腔檢測甲烷濃度低于1%，具體分析結(jié)果和運行參數(shù)分別如表2和表3所示。

表2 處理完成后丙烷氣相分析結(jié)果表

表3 國產(chǎn)IFV運行參數(shù)表

1.3 國產(chǎn)氣化器E3段內(nèi)部出現(xiàn)泄漏

2019年2月1日，國產(chǎn)IFV的E-2段換熱效果不佳，與進口IFV相比相差-30 ℃。海水溫度10 ℃左右，1月10、11日，國產(chǎn)IFV的LNG流量270 Nm3/h， E-2段出口溫度-26 ℃左右。2月1日，國產(chǎn)IFV的LNG流量230 Nm3/h， E-2段出口溫度-31 ℃左右。國產(chǎn)IFV在海水溫度不變、LNG流量減小的情況下，E-2段出口溫度反而降低了5 ℃。同時，國產(chǎn)IFV丙烷腔連續(xù)三天檢查出甲烷含量分別為11.64%、20.28%、28.02%的情況，具體分析結(jié)果如表4所示。

表4 2019年初出現(xiàn)問題后丙烷氣相分析結(jié)果表

確認(rèn)異常后，對國產(chǎn)IFV進行漏點檢測，發(fā)現(xiàn)E3段海水換熱管束經(jīng)氨氣檢查發(fā)現(xiàn)6處漏點，分別為一根鈦管穿孔，四處焊點滲漏。對穿孔鈦管兩頭進行封堵，四處滲漏焊點進行補焊處理。處理完成后，國產(chǎn)IFV重新投入使用，各項運行參數(shù)均正常，丙烷腔內(nèi)的丙烷含量大于99%，甲烷含量低于0.1%。

2 國產(chǎn)IFV和進口IFV對比

浙江LNG進口IFV投產(chǎn)運行至今，未出現(xiàn)過任何設(shè)備問題，且設(shè)備換熱效果良好，各項運行參數(shù)均高于設(shè)計要求。而國產(chǎn)設(shè)備運行三年不到的時間出現(xiàn)諸多問題，且設(shè)備E2段出口溫度偏低，換熱效果稍差。從出現(xiàn)的問題可以看出，國產(chǎn)IFV設(shè)備制造精細(xì)度上有待改善，其中E2段和E3出現(xiàn)換熱管漏點，說明設(shè)備焊接強度不足，在IFV正常運行過程中，由于海水和LNG的流動對換熱管束形成沖擊和振動，對換熱管束造成損壞，同時IFV內(nèi)部涂層也可能脫落，導(dǎo)致IFV本體腐蝕，因此國產(chǎn)IFV在以后生產(chǎn)過程中必須重點關(guān)注換熱管束的焊接強度，以及涂層的有效性。

3 結(jié)語

隨著國內(nèi)LNG的快速發(fā)展，LNG相關(guān)設(shè)備國產(chǎn)化勢在必行，只有這樣才能有效降低生產(chǎn)建設(shè)成本。但在設(shè)備國產(chǎn)化的進程中，會面臨諸多難題需要攻破，國產(chǎn)設(shè)備在某些設(shè)計方面還不夠完善，需要不斷地進行改進。