LNG接收站中开架式气化器(open rack vaporizer)运行分析

气化器是LNG接收站中重要的工艺设备之一,加压后的LNG经由气化器气化之后外输至天然气管网。目前LNG接收站主要采用开架式气化器(open rack vaporizer,ORV)。本文对最常见的ORV做较深入的分析,对设计及运行中需要注意的问题进行探讨。为新项目ORV的安全稳定运行提供一定的借鉴意义。

LNG接收站在海水低温条件下的ORV节能运行技术

为了保证海水温度不影响LNG接收站开架式气化器（ORV）气化的LNG额定流量,ORV设计文件要求当海水温度低于5.5℃时,不得运行ORV,需改用浸没燃烧式气化器（SCV）;但由于SCV运行成本远远高于ORV,因此,如何在海水温度低于5.5℃时仍然能运行ORV便成了研究的重点。在海水低温条件下运行ORV的关键是确定ORV最小海水流量和最大LNG流量。因此,首先以ORV性能曲线为基础,确定其机械限定LNG流量和特定条件下ORV入口海水温度在2.5~5.5℃范围内的固有性能曲线,然后通过实验获得特定条件下入口海水温度在1.0~2.5℃范围内的试验性能曲线,进而分段建立特定条件下入口海水温度、LNG入口压力、最大LNG流量与最小海水流量间的计算模型,并由1st Opt软件采用多元非线性拟合确定模型系数,最后由能量守恒定律求解实际运行中的ORV最小海水流量和最大LNG流量,同时设计出了计算软件。实际运行结果表明该软件计算的最大相对误差仅为0.94%。在中国石油大连液化天然气有限公司LNG接收站的实际应用效果表明：在2012—2013年间,海水低温下ORV节能运行技术为该LNG接收站节约气化成本5 982万元。

开架式气化器(ORV)设备振动检测与评价

开架式气化器(open rack vaporizer,ORV)是液化天然气(LNG)接收站的关键设备之一,是以海水为热源气化LNG的气化器。在设备正常投产运行期间,ORV设备本体和进出管线不可避免会存在一定振动,且振动强度随着LNG的流量和压力不同产生变化。ORV长期处在较高振动工况下运行,会影响设备强度和使用寿命,存在较大的安全隐患。本文使用振动分析仪在不同LNG流量工况下测试ORV的振动,并对数据进行分析,评价设备在各工况下的运行情况,对LNG接收站设备保养和安全生产具有指导作用。

LNG领域中ORV支撑结构分析设计

ORV支撑结构是LNG领域的一种特殊重要结构,目前缺少相应设计规范和标准,本文以实际项目中ORV支撑结构为例,对该结构的受力体系、设计依据和设计构件进行分析论述,为其他LNG项目中该设备支撑结构的设计和进一步研究提供参考。

LNG开架式气化器流动和传热特性的研究进展

开架式气化器是大型液化天然气气化站的核心设备之一,主要作用是将液态天然气气化并加热至常温后输送至下游用户。本文在回顾和总结液化天然气传热的研究成果及现状的基础上,对影响传热性能的因素进行了分析总结。重点论述了操作条件和模型结构参数对管内流动和传热的影响,以及换热管流动传热过程中用到的数值模拟方法。分析了影响传热系数的条件,对当前如何进行模型验证的问题进行了梳理和总结,对气化器的设计和性能的进一步优化进行了归纳,可为气化器的实际应用提供参考。

LNG接收站海水泵与开架式气化器节能优化研究

针对LNG接收站开架式气化器(ORV)在LNG气化过程中能耗偏高的问题,在考虑季节外输量差异的情况下,结合海水泵运行性能、阀门特性、海水泵池液位及管道阻力损失因素,建立海水泵出口至ORV入口的管网模型,通过调节海水泵阀门开度及海水泵运行数量来优化模型的海水供应量,并利用现场试验验证了模型准确性。研究结果表明:优化模型为海水泵运行提供了可靠的阀门开度及对应流量值预测,完全满足实际流量调控的需求;该优化模型在节能降耗方面效果显著,相比未优化前的运行方案海水泵能耗降低30%以上。所得结论可为LNG接收站可持续运行及实现节能降耗目标提供技术支持。

国内液化天然气接收站海水气化器的比较与选择

对国内现有液化天然气接收站中主要使用的海水气化器进行了介绍,对其使用和分布情况进行了简要分析,归纳并预测国内不同地域的海水气化器使用情况,合理推荐了与未来各地区接收站发展相适应的气化器。

液化天然气接收站气化器自主研制与工业化研究

LNG气化器是LNG接收站中除LNG储罐外单体投资最大、最重要的设备,对项目的安全生产起到关键作用,长期受制于国外公司,开展国内自主化成为当务之急。以大型LNG气化器为例,总结LNG装备自主化的技术路线与研究经验,为后续LNG设备或其他行业设备自主化项目提供参考。

空气热源式气化技术在大型LNG接收终端的应用

近年来,空气热源式气化设备和技术(Ambient air-based heating vaporization,AHV)因其具有环境友好、节约能源、可持续利用等优势而在其他国家的新建LNG项目中不断得到实践验证和推行。为此,介绍了AHV的技术特点、分类及其在世界各地的最新应用情况,并与常规气化技术进行了对比,进而提出了该类技术的应用条件,分析了该技术方案的优缺点。结果认为:①LNG接收终端所处位置具体环境的气象条件(年最低环境温度、湿度、风向和风速、持续时间等)是选择合适的AHV技术的关键因素;②设计空气热源气化系统需要确定它的最低环境温度以及备用热源系统需要热机备用的工况条件;③相对于浸没燃烧式气化器,AHV系统的优势明显,且燃气(电)价格比率越高,其优势越显著;④在不适合采用海水开架式气化技术的条件下,AHV可作为优选方案;⑤在免费海水使用受限、天然气燃烧制热成本高昂的情况下,以空气热源作为气化系统基荷热源是最为便利和直接的选择。为中国规划和设计新建LNG接收终端提供了更为经济和环保的气化技术选项。

开架式气化器温度特性实验研究

基于开架式气化器(ORV)的特殊换热管结构,以液氮替代液化天然气介质,建立了一套ORV传热实验系统,针对两种换热管型式进行了不同处理量气化实验,分别从全温度测点均匀性评价、管内外热平衡、热源水温降等指标验证了系统的可靠性,考察了流量对气化出口温度的影响,获得了液氮气化沿程的主流温度分布。计算结果表明,在不结冰工况下,传统ORV较超级ORV的气化性能更优。

液化天然气开架式气化器工艺研究和设计

介绍了液化天然气开架式气化器的结构、工作原理、LNG组分及物性、星型翅片换热管设计、传热分析和计算,可供实际设计、生产参考。

开架式气化器换热管预冷过程传热数值模拟

换热管作为开架式气化器的基本换热单元,工作时存在从环境温度降至低温的预冷过程,采用数值模拟的方法,对开架式气化器换热管预冷过程进行数值模拟,得到管内流体温度场和速度场变化情况。分析发现:预冷过程中,海水膜厚度越厚,换热管内流体平均温度和平均速度越高;进入稳定换热后,海水膜厚度不再影响换热管内流体温度场和速度场的分布。结果有助于指导实际的预冷操作,对缩短预冷时间,提高预冷效率,减小海水用量,降低运行成本有意义。

开架式气化器单管传热与流动特性研究

对扰流杆贯穿全管的开架式气化器单管的传热特性进行了数值模拟和试验研究。采用三维CAD软件对管道进行实体建模,对实体模型进行了网格划分与流场计算,并通过开架式气化器单管传热特性测试试验台,以液氮作为低温介质,水作为高温介质,测试了3种不同工况下换热管内/外的热负荷,其结果与数值模拟结果的变化趋势基本一致(最大误差为11.2%),说明建立的扰流杆贯穿全管的开架式气化器单管传热特性数值计算模型可用于预测带扰流杆气化器单管的传热特性。

液化天然气开架式气化器带扰流杆换热管内性能数值模拟

介绍了液化天然气开架式气化器的结构与工作原理,采用计算流体动力学方法分析了液化天然气在气化器中的流动及传热过程,得到不同温度范围内气化器不同部位的气化情况,同时也对影响换热管内气化率的因素——流速、管壁粗糙度等进行了分析比对,并对扰流杆的作用进行了分析,在此基础上提出了扰流杆的优化方案。

LNG开架式海水气化器强化传热过程数值模拟

研究了195t/h开架式海水气化器翅片管的换热过程。利用ANSYS软件建立了挤压式翅片管模型并求解内外表面温度,针对翅片管的结构及温度载荷特点,采用一维管流理论,分析计算了翅片管内外传热过程,给出了其传热系数随管内LNG流速、管外海水温度等变化的特性曲线。结果表明,LNG的流速及海水温度对翅片管的传热过程有显著影响。

开架式海水气化器的国产化研制

开架式海水气化器(Open Rack Vaporizer,以下简称ORV)是LNG接收站关键设备之一,可归类为管翅式换热器,产品长期以来不能自主生产,完全依赖进口。中石油京唐液化天然气有限公司联合四川空分设备(集团)有限公司通过3年的国产化研发,解决了从传热、结构、制造等多方面的关键问题,成功实现了该类气化器的国产化。目前首台国产ORV已在用户现场正常使用超过1年时间。

不同工况下开架式气化器最小海水流量计算

由于液化天然气(LNG)流量、压力、温度、组分和海水温度的不同,开架式气化器(ORV)所需的海水流量也不一样,普遍产生能耗过剩现象。为了确定所需最小海水流量:以ORV性能曲线为基础,确定其机械限定LNG流量,并通过1stOpt软件采用多元非线性拟合找到特定条件时,不同LNG流量、压力和海水温度下所需最小海水流量的函数式;由BWRS方程计算特定条件及实际参数下ORV入口LNG、出口天然气(NG)的焓值,再由能量守恒原则得到实际所需最小海水流量;通过计算机编程设计出计算软件。为了验证计算精度,通过性能曲线数据、Apsen_Plus软件及能量守恒式计算出实际工况对应的理论最小海水流量;将理论海水流量与软件计算值对比求出相对误差。结果证明:最大相对误差小于3%,能较好地计算所需最小海水流量,为ORV优化、节能运行,海水泵选型、变频提供了一定的理论参考。

LNG接收站海水泵及高压泵变频节能探究

国内LNG接收站通常采用一台海水泵额定流量运转为一台开架式气化器(ORV)提供海水的模式气化LNG,非冬季运行,由于海水温度较高、外输天然气流量较小,ORV所需海水流量小于海水泵额定流量。所以,此运行模式普遍存在能耗过剩。同时,由于外输天然气压力调节范围较大,而高压泵只能提供其额定出口压力。因此,当外输天然气压力较小时,高压泵出口压力过剩,导致能耗过剩。为了解决海水泵、高压泵能耗过剩问题,开展了对其变频节能的探究。首先,分析了海水泵、高压泵变频的必要性;然后,以海水泵为例,以其特性曲线为基础,计算了海水泵工频出口压力及电机功率,再运用二分法及泵相似理论计算了海水泵变频电机功率;之后对海水泵及高压泵工频计算进行了误差分析,最大相对误差为3.5%;最后,通过能耗对比发现:海水泵采用变频,每年可节省电能39.41%;高压泵采用变频,每年可节省电能47.39%;采用海水泵、高压泵变频,接收站每年可节省经济成本约426万元。

海水开架式气化器运行工况研究

阐述了应用动态模拟软件建立开架式气化器(ORV)系统动态模型,研究LNG流量、天然气管网压力、海水温度等因素扰动变化时,天然气出口温度、海水出口温度、海水进出口温差、ORV换热量、换热器平均温差等主要操作参数的动态响应趋势。分析表明,动态模拟能够准确模拟 ORV主要工艺参数随相关扰动因素的变化特性,可指导设计人员的选型设计和操作人员的安全运行实践。

LNG接收站开架式气化器低温运行优化与实践

开架式气化器(ORV)是液化天然气(LNG)接收站被广泛采用并逐渐成为主流的气化器类型,探索其低温运行条件对ORV的最大限度使用和接收站的节能降耗都具有重要价值。以某接收站的ORV为例,在分析性能曲线和测试数据的基础上,结合运行要求,探索其海水温度低于设计点5.50℃下低温运行的可能性和能达到的操作负荷限制,提出具体的运行优化方案并对实施效果进行分析。实践证明优化后节能降耗效果明显,可为其他接收站冬季低温条件下ORV的使用提供参考和借鉴。