浸沒燃燒式氣化器（SCV）穩定運行的研究

田長水 劉中河 孔令廣

摘要：浸沒燃燒式氣化器（SCV）是通過燃燒產生的煙氣，對換熱管束水域進行換熱的一種裝置。進入冬季， SCV作為主氣化器，它的高效穩定運行，將對接收站完成冬季保供任務起到至關重要的作用。本文分析了接收站SCV跳車的原因，通過軟件模擬分析和實際運用相結合的方法開展了SCV低能耗穩定運行的研究。通過研究，SCV每臺每小時節約燃料氣82.8Nm3，每年可節約經濟費用71.1萬元，減少了企業的成本;SCV的非計劃停機次數由之前的15次/年降到了2次/年，確保了SCV的滿負荷平穩運行，可推廣應用于國內類似接收站SCV設備。

關鍵詞：LNG接收站;SCV;低能耗

1 引言

LNG氣化器：是一種專門用于液態天然氣氣化的換熱器，但由于液化天然氣的使用特殊性，使LNG氣化器也不同于其他換熱器。低溫的液態天然氣要轉變為常溫的氣體，必須要提供相應的熱量使其氣化。熱量的來源可以從空氣和水中獲得，也可以通過燃料燃燒或蒸汽來獲得?，F在LNG接收站中投用的氣化器主要有下列幾種形式：開架式氣化器（ORV）、浸沒燃燒式氣化器（SCV）、中間介質式氣化器（IFV-丙烷）、空溫氣化器。進入冬季，浸沒燃燒式氣化器（SCV）為接收站主要的氣化外輸設備[1]。

SCV主要由燃燒系統、水浴加熱系統和LNG管束氣化系統等三部分組成[2]，其工作原理為SCV運行時，空氣與燃料氣在燃燒器內按比例混合后完全燃燒，燃燒后的高溫煙氣從煙氣分布支管上的排氣孔噴射到水浴池中，在水浴中形成大量的氣泡，迅速上升加熱并攪動水浴，煙氣與水直接接觸換熱，湍動的水浴再通過浸沒在水中的換熱管加熱管內的介質，使管內的LNG氣化。換熱后的廢氣從排氣管（煙囪）排放大氣，而燃燒產生的水則從溢流口排出。其中，SCV循環水泵主要作用是：保持水浴池中的軟化水循環流動;給水夾套供應循環水源，為燃燒室降溫。注水泵主要作用是：為燃燒室噴射軟化水提供水源，降低燃燒室溫度。

浸沒燃燒式氣化器（SCV）穩定運行的研究是一項隱患治理項目，同時也是一項具有環保意義的工程。一方面，它降低了SCV的能耗，減少了燃料氣的使用量，減少了企業的成本;另一方面，大大降低了冬季供暖期間SCV的非正常停機次數，極大程度上確保了SCV的滿負荷平穩運行。

2 SCV運行現狀

SCV是冬季氣化外輸的關鍵設備，設備停車是影響外輸的關鍵因素。經過研究目前接收站SCV運行過程中存在的主要問題有：

（1）NG出口溫度設定偏高[3]

SCV的設計思路是以NG出口溫度控制燃料氣量，通過控制NG出口溫度的穩定，保證SCV在負荷變化時，相關工藝參數維持在相對穩定的范圍。SCV運行時，NG出口溫度設置較高，這遠遠高于設計初衷0℃。根據能量守恒定律，NG出口溫度高，勢必需要更多的燃料氣燃燒提供能量，這將造成能量的浪費。

（2）循環水泵和注射水泵流量低低聯鎖停車

SCV啟機一段時間后，頻繁出現循環水泵或注水泵流量下降迅速的現象，甚至導致SCV停機的情況發生?，F場檢查發現，循環水泵和注水泵入口過濾器臟堵現象嚴重，是導致流量下降的主要原因。進一步對水浴池進行檢查，發現水浴池的防水涂層出現多處裂痕、起皮、表面過于粗糙甚至施工孔洞未填補現象。由于SCV正式運行時水浴池中的軟化水翻滾劇烈，導致該問題涂層脫落，并逐漸聚集在水浴池底部區域，進而被循環水泵和注水泵吸入，造成堵塞。情況嚴重時，注水泵過濾器需一小時清洗一次。由于每次清理過濾器均須停SCV，導致SCV不能正常平穩運行，給天然氣保供任務帶來巨大風險，也對設備使用壽命帶來不利影響。清理SCV水浴池（約225m3，正常儲存軟化水約18t，占容積70%）需要經歷SCV停機、排盡水浴池內軟化水、清洗水浴池、水浴池注水、SCV啟機等步驟，不僅需要大量人力物力，而且清理完成后SCV重新啟機運行一段時間后，仍舊會出現循環水泵和注水泵堵塞嚴重的現象。

3 主要研究方法

3.1 降低NG出口溫度

（1）模擬燃料氣量

運用ASPEN HYSYS軟件，建立SCV穩態運行工藝模型，模擬計算不同工況（如SCV負荷90t/h、110t/h、130t/h、150t/h、175t/h）、不同NG出口溫度條件下，所需燃料氣量。

（2）SCV換熱計算及分析[4]

運行中的SCV通過不斷燃燒氣化外輸管線返回的天然氣（簡稱燃料氣）產生大量的過熱煙氣間接加熱水浴池中的LNG管束，使管束中的LNG由過冷液體變為飽和液體，在發生相變過程，并繼續吸收熱量變為固定溫度的過熱天然氣進行外輸，而外排的煙氣溫度在15-25℃范圍內。

SCV換熱效率=Q1/Q2

式中：Q1為LNG氣化所需的總能量;Q2為燃料氣燃燒釋放的總能量。

（3）LNG氣化所需總能量計算

根據SCV進口LNG和出口NG相關參數，選擇ASPEN作為計算軟件，計算出了不同處理量的情況下LNG的吸收總能量，相關數據如表1。

3.2 改造循環水泵和注射水泵管線

針對進口SCV循環水泵和注水泵入口過濾器頻繁臟堵而造成不得不停機清洗的問題，對循環水泵和注水泵入口管線的進行了改造實現入口過濾器的一用一備，保證SCV的不間斷平穩運行。

（1）循環水泵入口管線改造

根據調研情況，循環水泵入口過濾器前僅有入口閥，為實現清理過濾器的同時也能保證SCV的正常平穩運行，擬將入口閥后的管線增加為兩條，各有一個過濾器并配置前后手閥（見圖1中紅色部分）。管線管徑與原管線管徑相同，過濾器及濾網目數也與原有過濾器及濾網保持一致。

（2）注水泵入口管線改造

注水泵入口管線改造與循環水泵類似（見圖1中紅色部分）。此外，考慮到注水泵管徑較細，過濾器堵塞更為容易，對于堵塞情況最為嚴重的SCV01C，為減少其清洗頻率，改造時考慮使用更大型號的過濾器作為新增過濾器。

4 應用效果分析

（1）調低出口溫度后，對SCV在不同處理量下的燃料氣量進行了統計（表2），經過24小時的運行觀察，燃料氣量均有了不同程度的下降。

（2） 循環水泵和注射水泵管線改造完成之后， SCV運行平穩，CV的非計劃停機次數由之前的15次/年降到了2次/年，由于SCV聯鎖停機到再次開機至少需要半小時，所以每減少一次停機次數，將增加外輸量175*0.5*1500≈13.1萬方，極大的節省了人力、物力，減少了裝置生產的波動性

5 結語

浸沒燃燒式氣化器（SCV）低能耗的穩定運行將大大有助于接收站的安全、清潔生產。本文通過降低出口溫度和對循環水泵和注射水泵管線進行改造的方法，降低了SCV運行的能源消耗，同時保證了SCV的滿負荷平穩運行。今后將通過改變水浴池溫度等方法繼續研究降低SCV能源消耗，爭取在保證運行的情況下將SCV的燃料氣用量降到低值。

參考文獻：

[1]王彥，冷緒林. LNG接收站氣化器的選擇 [J]油氣儲運 2008，27，47-49

[2]陳永東，陳學東. LNG成套裝置換熱器關鍵技術分析 [J]天然氣工業 2010，30，96-100

[3]楊鵬飛，劉逸飛，張典. LNG浸沒燃燒式氣化器溫度控制系統研究 [J]石油與天然氣化工 2018，47，33-37

[4]康鳳立，孫海峰等. 浸沒燃燒式LNG氣化器水浴氣化傳熱計算 [J]油氣儲運，2014，33，406-411