LNG应急储备中心气化设备的配置及优化应用

LNG应急储备中心气化设备的配置及优化应用

贺彬

合肥合燃华润燃气有限公司  230000

摘要：随着液化天然气在能源领域的广泛应用，LNG应急储备中心作为保障城市能源供应安全的重要设施逐渐受到关注，而气化设备作为LNG应急储备中心的关键组成部分，其配置合理性和优化设计直接影响到整个系统的运行效率和经济性。因此，深入研究LNG应急储备中心气化设备的配置及优化应用具有重要的理论意义和实际价值，本研究旨在从工程实践出发，结合先进的优化技术，探讨如何针对不同规模和需求的LNG应急储备中心，设计出最优化的气化设备配置方案，以提高其运行效率和安全性，为城市能源供应的稳定性和可持续性做出贡献。

关键词：LNG应急储备中心气化设备；配置；优化策略

随着能源需求的增长和能源结构的调整，液化天然气（LNG）在能源供应中扮演着越来越重要的角色，为了应对突发情况和保障能源安全，建立LNG应急储备中心成为当务之急要解决的问题之一。为此，要立足于技术实际，对现有的技术进行优化，通过研发更高效的储气罐和运输设备，提高LNG的储存和运输效率。同时，要加强与国际间的合作，借鉴先进技术和管理经验，构建更加完善的应急响应机制，确保LNG供应的稳定性和可靠性。

一、气化设备类型

（一）开架式气化器（ORV)

开架式气化器实际上是通过水作为热源进行加热的热交换设备，当低温LNG流经管道时，换热管需要具备足够的机械强度，通常采用翅片铝合金管制造，以确保外部与水接触的一侧经过防腐处理。这类设备的机械制造相对简单，换热管被放置在箱体内，连接着LNG的入口和气化产品出口，整体悬挂在一个结构稳固的架子上，方便日常维护和操作。由于没有移动部件，且使用的仪表较少，因此设备的维护保养工作非常简便。设备的开关可以远程控制，不需要人员亲临现场进行操作[1]。调整这种设备的运行负荷也相当容易，只需调节喷淋系统中海水的流量或者管道中液化天然气的流量即可，这种设备可根据需要进行单体设计，通过隔离部分管束来灵活调整运行负荷，同时保证了设备的安全性可靠性。另外，由于系统内部没有明火存在，即使发生含烃管道少量泄漏，也能迅速挥发到大气中，从而有效降低了潜在的安全风险。

（二）浸没燃烧式气化器（SCV)

该装置被称为沉浸式燃烧气化器，其命名来源于其独特的功能，液化天然气经过完全浸没在水箱中的不锈钢盘管流过，通过浸没的燃烧器产生的热气直接加热水箱中的水。

由于盘管布局的独特性，这种设备设计得非常紧凑，安装时所需空间相对较小，燃烧器释放的烟气通过位于传热管下方的分配器喷入水中，促使水快速循环，提高热能利用率（高达95%以上），同时在传热管外形成高热转换效率。水箱内的搅动状态有效防止加热管外表面积聚沉积物或水垢，恒定的水箱温度使系统能够应对负载波动并实现快速启动。与开架式设备相比，沉浸式燃烧气化器具有更多设备和移动部件，因此其控制和维护略显复杂，但是，从实际应用角度来看，这类装置更加安全可靠。

此外，由于水温低于泄漏气体的燃点，水箱能有效带走含烃管道泄漏气体，消除了爆炸风险，为保持水箱水位稳定，因此在冬季结冰地区安装该系统是明智之选。

（三）液体介质气化器（IFV)

IFV通过加热作用将液态介质转化为气态，内部设备配备电加热器或燃烧器提供热能，将介质加热至蒸发温度，即沸点，从而实现液态向气态的转变。随后，经加热的液态介质蒸发成饱和蒸汽，为确保充分蒸发和与加热元件充分交互作用，IFV内部通常设计有一定空间容积用于蒸发过程，在加热的作用下，液态介质的分子动能增加，使一部分分子能够克服表面张力和外界压力，由液态状态转变为气态状态，这一过程称为蒸发。气体分离是IFV的末端操作，在蒸发完成后，根据气体和液体的密度差异，IFV利用内部分离器将气体和液体分离。分离器通常设计成特定形状和结构的装置，以有效区分气体和液体，分离后的气体可通过出口管道输出至下游工艺使用，而液体则可以回收再利用。

二、气化设备的比选

气化器是接收站的重要组成部分，其选择是否得当直接影响着接收站的安全性、可靠性和经济性。选用LNG接收站气化器时，要综合考虑气化器的能力和运行参数、适应性、热源和公用工程条件、运行费用以及投资等因素。

通常情况下，在配置气化器时需要考虑采用1-2种不同类型的气化器组合，目前首选的搭配是开架式气化器与浸没燃烧式气化器，开架式气化器适用于大处理量的接收站，且具有较低的运行成本；而浸没燃烧式气化器虽然运行成本相对较高，但初期投资少且运行可靠[2]。然而，在对环保要求更高的国家和地区，浸没燃烧式气化器的使用可能会受到限制，对于海水含沙量较高或化学性质不符合要求的地区，除了考虑处理措施外，还能考虑采用中间介质气化器。

三、LNG应急储备中心气化设备的配置方案

（一）SCV和ORV的主要区别

SCV的安装费用虽然很便宜，但由于其在支持LNG气化时需燃烧部分气化产物以提供热能，因此其运行成本较高，与之相对，ORV的安装成本要显著高于SCV，主要是因为LNG气化所需的热能是通过大量海水供给的。

（二）ORV运行的局限性

ORV可在1℃的海水温度下持续运行，降低汽化后的天然气温度，主要原因在于含有盐分的海水冰点为-1.9℃。在全球范围内的LNG接收站中，韩国仁川接收站规定ORV的海水入口温度应为5℃，但即使入口海水温度下降到2℃，ORV依然能够持续运行。当海水温度低于设计值时，ORV的气化能力会相应减弱，减弱程度取决于海水温度的下降幅度，通常的设计要求是入口海水温度为5℃，出口温度为0℃。

（三）SCV运行的灵活性

SCV在运行时能够稳定地维持水浴温度在大约16℃左右，并具备调节范围从2℃到54℃，当SCV输出气体时，典型温度为4℃，因此，通过调整水浴温度，能轻松地控制气体输出的实际温度，最高可达42℃。由于SCV拥有可调节的温度功能，可与ORV协同作业，以在海水较低温度下通过混合SCV和ORV输出的气体来抵消气体温度的降低，根据海水温度和外输天然气量的情况，需要确定ORV和SCV的配置。当海水温度高于或等于5℃时，优先运行ORV，只有当ORV全部运行后仍无法满足外输天然气的需求时，才会启动SCV[3]。

四、LNG应急储备中心气化设备的运行与维护

当海水温度下降到5.5℃以下时，需要加强对巡查任务的执行，确保海水系统运行正常。一旦海水温度达到7℃，可适度增加水流量以维持系统稳定。当海水温度保持在7℃左右的情况下，至少要保证有一台SCV处于低流量冷却备用状态，以备突发情况，同时，定期检查每个水槽中海水蝶阀的开启情况，努力实现水流的均匀分布，确保系统运行效率。如果发现某水槽内水流明显减缓，应立即停机进行维修，并清理管道内的玻璃钢碎片和其他异物，以减少对结冰过程的干扰，保障系统的正常运行和海水的稳定循环。

五、结束语

综上所述，随着LNG在能源领域的广泛应用，气化设备的配置和优化应尽快得到进一步完善，探索更多创新性的优化方案，并结合实际应用场景进行验证。在未来的发展中，要加强对设备的升级，为建设提供更多思路，降低运营成本与效率，拓宽其应用范围。

参考文献：

[1]冯朝阳. LNG应急储备中心气化设备的配置及优化应用 [J]. 南方能源建设, 2023, 10 (06): 120-131.

[2]王要武. 城市LNG气化站工艺及设备配置 [J]. 化工设计通讯, 2019, 45 (11): 89+118.

[3]张涛,宋成凯. 多喷嘴对置式水煤浆气化装置安全系统仪控设备的配置应用 [J]. 煤炭加工与综合利用, 2015, (10): 58-60+66+8.