国产浸没燃烧式气化器运行优化研究

国产浸没燃烧式气化器运行优化研究

张文奇

（北京燃气集团（天津）液化天然气有限公司，天津 300450）

摘 要：LNG接收站的主要工艺流程为接卸、储存、加压、气化。气化装置是LNG从液态转化为气态，并最终输送到天然气管网的关键设备。近年来，随着我国化工装备国产化的飞速发展，浸没燃烧式气化器（SCV）已有部分单位进行国产化研发、制造。本文通过对国产SCV运行中产生的问题进行分析，并提出解决方案，在较大程度上提高了SCV的运行稳定性。

关键词：LNG接收站；浸没燃烧式气化器；运行优化

目前，我国主要采用的LNG气化装置为开架式气化器（ORV）、中间介质式气化器（IFV）、浸没燃烧式气化器（SCV）。ORV和IFV均采用海水气化，由于北方冬季海水温度较低，无法ORV、IFV的海水温度要求，所以北方接收站冬季一般采用SCV对LNG进行气化。SCV为成套撬装装置，相比ORV、IFV结构更加复杂，运行过程中经常出现热量供应不均匀、换热效果不佳等问题。本文围绕设备结构、控制方式等方面，重点阐述了运行过程中发现的问题以及提出了优化方案。

1工艺流程

LNG通过低压泵从储罐初次压至0.7Mpa，随后经过高压泵的二次加压至略高于外输管网压力的7-10Mpa，最终LNG进入SCV【1】，经过水浴池的热量交换气化为天然气进入外输管网。SCV的主要由燃料气系统、压缩空气系统、换热器系统、风机系统、碱液加注系统、烟气监测系统（CEMS）【2】、水浴池系统、电加热器、水系统、PLC等组成。SCV的燃料气主要来源为BOG压缩机和天然气高压总管，工作原理为燃烧燃料气管线中的天然气，产生的高温烟气在鼓风机的作用下通过烟气分布设备对水浴池进行加热，烟气换热后从烟囱中排出。水浴池中的软水通过循环水泵进入冷却夹套中，给燃烧室降温，同时通过喷射水泵以雾化水的形式进入燃烧室，降低燃烧室温度和降低排放烟气中的各组分含量。SCV结构见图1。

图1 SCV结构

2控制原理简析

启动时鼓风机启动，风机进行前吹扫，鼓风机出口调节阀保持最大开度。同时阀组开始检漏程序，以保证主切断阀的运行安全需求。大约90秒后，如果阀组检漏通过，鼓风机出口调节阀开至最小开度，同时顶部燃气调节阀和雾化水系统调节阀至设定开度【3】。如果阀组检漏未通过，则报警提示，需要人工检查确认，再次检漏，直至通过。如果鼓风机启动10秒后风机输送压力低，则报警提示。完成上述条件后，燃烧器开始启动，同时冷水泵启动，碱液加注系统回路开启。高能点火枪开始放电，并持续10秒，同时点火燃气管线开始供气、放空支管切断阀关闭。如果在高能点火器放电结束后，首次火焰验证成功，燃烧器顺控将继续。打开主燃气切断阀以及上部供气管线阀门，关闭主燃料气放空支管切断阀，10秒后关闭点火气管线切断阀维持火焰燃烧。再次火焰验证成功，则继续调节底部供气管线阀门开始供气，第三次主火焰验证通过，燃烧器启动成功。燃烧器按照初始加热负荷运行，以升高水浴池水温，当水浴水温温度达到25℃后，SCV向DCS发送信号，液化天然气可输送至气化器。随着LNG进入气化器，燃烧器根据出口天然气温度，按照正常加热负荷运行。初始进料阶段水浴池水温在25摄氏度以上时，燃料气以10%的低负荷运行，随着LNG的处理量增大，当水温低于25℃时，燃料气根据进料量逐渐增大，直至水温升至25℃，工艺阀门允许开启，LNG开始进料。然后再次进入10%负荷模式，维持现有水浴池温度。如果主燃烧器运行后火焰熄灭，气化器将关闭。

3主要故障风险

3.1 燃料气响应不及时

当LNG由低负荷逐渐增加进料量至高负荷，水浴池温度会呈现下降趋势，此时燃料气进量应逐渐增加，将水浴池温度维持在设定值。运行过程中发现燃料气调节阀无法根据SCV负荷的提升自动增加合适的进量，当温度低于水浴池温度设定值时，不能及时供应，最终导致水浴池温度低低联锁和SCV跳车。

主要原因：当水浴池温度降低时，主要依靠主燃料气管线的调节阀改变开度实现水浴池温度回升，但是现有设备的主燃料气管线调节阀响应较慢，无法增加火焰燃烧温度，水浴池温度也将持续下降【4】。

改进措施：

在PLC中设定水浴池温降速率设定值，当SCV负荷提升速度较快，水浴池温降速率高于设定值，PLC将信号送至主燃料气管线的调节阀，在水浴池温度未低于25℃时提前介入，并在温降速率低于设定值时且水浴池温度到达25℃时，根据此时的温降速率自动关闭或者关小调节阀。【5】但是这一措施应避免调节阀开启过大导致水浴池温度高高跳车。

②燃料气调节阀PID优化。应优化主燃料管线调节阀PID，增加响应速度，使燃料气供应量与LNG进料量实时匹配，保持水浴池温度在设定值。

3.2 水浴池温降余量不足

正常进料情况下，水浴池温度出现小幅下降后逐渐恢复至设定值，但往往因燃料气供应不足导致温度持续下降，在最大限度优化燃料气调节阀PID后，仍然造成水浴池温度低低联锁跳车。

主要原因：水浴池温度设定值不当，池内软水换热能力与进料量匹配度低，不能应对LNG大量进料引发的水浴池温度大幅下降。

改进措施：受限于调节阀执行机构制造、安装等因素，调节阀PID优化效果不佳，可采用时间点优化，也就是提前增加燃料气供应量。当外输提升量较大，且受限设备可使用数量较少时，为防止LNG进料量突增，可临时提高水浴池温度设定值。目前水浴池设定值为25℃，可将水浴池温度设定值临时提升至30℃至40℃，待工况稳定、燃料气供应匹配进料量后再将设定值设置为25℃。这一优化方式需要将水浴池温度设定值更改权限增加至DCS系统。

3.2 循环水管道堵塞

SCV循环水系统对燃烧室进行降温，运行过程中进场出现循环水管道堵塞，导致冷却降温能力降低，燃烧室循环水出口温度变送器检测温度持续升高，到达联锁值后循环水出口温度高高联锁跳车。

主要原因：由于水浴池内部涂刷防腐材料，经过长时间运行后，涂层会出现小面积脱落，造成循环水泵和喷射水泵出口过滤器堵塞，影响燃烧室冷却效果以及导致烟气排放组分超标，并且清洗过滤器也需要将SCV停车，造成SCV短时间不能使用。

改进措施：目前循环水泵和喷射水泵出口均设置一路出口，出口设置过滤器，可将泵出口改造为冗余结构，也就是另设一路出口。当出口过滤器堵塞时及时切换，不影响SCV的循环水系统和雾化水系统的正常使用。

4 结语

随着我国LNG接收站数量如雨后春笋版拔地而起，国内企业也投入了大量资源进行国产化尝试，目前自主研发的SCV已能实现关键部件国产化，为我国接收站投资、建设企业节约了大量成本，同时也促进了LNG行业持续向好的发展。希望通过产学研相结合，在燃料气能耗、运行稳定性等方向不断优化，促进国产化SCV加快形成竞争力，走向国际市场。

参考文献

[1]杨朋飞,刘逸飞,张典.LNG浸没燃烧式气化器温度控制系统研究[J].石油与天然气化工,2018,47(06):

[2]于海英,张涛,吴经天等.浸没燃烧式气化器（SCV）烟气脱硝工程技术方案研究[J].石化技术,2023,30(01):127-129+9.

[3]董向锋,曹珂宁,董雷等.国产浸没燃烧式气化器介绍及优化[J].山西化工,2023,43(07):

[4]杨信一,刘筠竹,李硕.唐山LNG接收站浸没燃烧式气化器运行优化[J].油气储运,2018,37(10):1153-1157.

[5]王玉娟,李淑一,陈文杰等.LNG浸没燃烧式气化器的传热特性及运行优化[J].天然气工业,2021,41(06):

收稿日期：2023-12-4

作者简介：张文奇（1993-），男，黑龙江哈尔滨人，助理工程师，硕士，从事LNG接收站生产运行工作。