开架式气化器完整性管理

尹清党 杨大根

（中石油京唐液化天然气有限公司 河北唐山）

开架式气化器（OPEN RACK VAPORIZER，ORV）是以海水为热源的气化器，是用于基本负荷型的LNG接收站的大型LNG气化设备，最大处理LNG流量可到200 t/h。主要特点包括采用海水作为热媒；可以根据海水温度变化和气化量需求，在0～100%的负荷范围内调整处理量；处理量大、适合运行于基本负荷，广泛的应用于LNG接收站；运行成本低，经济性好。

一、ORV设备的机构组成与运行配套设备

ORV的基本单元是传热管，由若干传热管组成板状排列，两端由集气管或集液管焊接形成一个面板，再由若干个面板组成气化器。气化器顶部有海水喷淋装置，海水喷淋到板型管束外表面上，依靠重力的作用自上而下流动。LNG在管内向上流动，海水将热量传递给LNG，使其加热并气化。整个ORV采用支架固定安装，参见图1。

图1 开架式气化器原理结构图

图2 开架式气化器及运行配套设备

ORV采用海水作为热媒，利用海水泵为ORV提供源源不断的海水，以实现对流过的LNG进行气化。海水泵的功耗即为ORV运行的主要能耗。喷淋到ORV板型管束外表面上的海水，除满足温度、压力和流量的要求外，还需要对海水进行过滤、加氯，以清除海水中的漂浮物、海生物、泥沙等，防止海水泵及ORV设备粘附海生物与发生堵塞而发生故障，这就需要配置钢闸门、拦污栅及清污机、旋转滤网、海水电解制氯装置，参见图2。拦污栅及清污机用于拦截、清除海水中的较大的漂浮物、鱼类、藻类等，旋转滤网用于过滤海水中较小的漂浮物、鱼类、藻类等，海水电解制氯装置生产次氯酸钠，连续或间断加入海水中，抑制海生物的生成，而钢闸门用于隔离需要维护检修的设备。同时因为ORV使用后的海水要返回到大海，需要控制氯离子的余量和温降(曹妃甸区执行《海水养殖水排放要求》（SC/T 9103-2007），要求余氯＜0.2 mg/L，为避免影响周围海区生态平衡，海水进、出口温差不得超过7℃，实际常控制在≤5℃），设计对ORV排水设置了温度、余氯在线监测仪表，信号通过DCS引到控制室，超标信号报警显示，以保证对大海的污染降到最低。这些设备的能耗相对于海水泵的能耗可以忽略。

二、ORV设备完整性管理内涵

设备完整性是指设备正常运行状况下应具有的完整状态，完整性管理是持续地对设备潜在风险进行识别与评价，采取相应的风险控制对策，将设备运行风险始终控制在规定的范围之内。设备完整性管理的基础是完整性评价，主要包括设备的适应性评价、故障诊断等，不仅是减少事后抢修、强化预知维修的有效方法，也是保证设备完整性管理模式实现的前提。

ORV设备完整性管理，是对所有影响ORV完整性的因素进行综合的、一体化的管理，主要包括：关键设备潜在风险的识别和分类；检测试验与预知性维修；设备异常状态管理；设备运行时的品质保证；设备作业程序的文件化管理；员工的设备完整性教育与培训。

结合接收站的特点，ORV及其运行配套设备的关键设备是ORV和海水泵。分别对其进行风险分析和安全评价，了解事故发生的可能性和将导致的后果，定期进行设备完整性检测与评价，了解设备可能发生的事故的原因和部位，采取修复或减轻失效威胁的措施。参见表1、表2。

在设计、安装和运行ORV时，应融入设备完整性管理的理念和做法。ORV的设计是ORV完整性管理的关键环节，用户关心的首先是处理量的确定，考虑到北方LNG接收站需要在低于海水设计温度工况下运行，已达到节能减排的目的，ORV的处理量可以适当做大一些，考虑到建造成本，ORV处理量按照海水的温降≥3.5℃计算（ORV厂家经验值）。应提醒设计方注意的是ORV的挡风板和观察口朝向应适当考虑。通常ORV都按照两两对称安装的方式进行布置，这样有利于排水口共用一个，既美观又节省费用，这样也导致ORV挡风板的方向正好相反，在冬季风级偏大时，冷空气对换热效果也有一定的影响，如某接收站ORV-A与ORV-B对称布置，ORV-A的挡风板在东侧，西侧敞口；ORV-B的挡风板在西侧，东侧敞口。冬季西北风偏多，在海水温度2.5℃时，ORV-A的处理量为59 t/h，ORV-B的处理量为65 t/h，相差6 t/h。

ORV的安装，主要是安装的牢固度，竖直度，支撑墙的牢固性和防腐，附属管道的配置合理性，注意保护ORV本体特别是面板涂层的完好；ORV投用时进液管道的预冷要尽量慢一些，防止管道上的大口径阀门收缩不均造成泄漏，增加负荷或海水温度下降时密切关注ORV结冰情况和有无变形情况等。运行期间加强巡回检查，在水温低于设计温度时，注意检查结冰的数量和分布情况，设备生产厂家建议结冰高度≤3 m（从底部汇管计算高度），当出现局部尖峰型结冰高度＞1 m时（图3），应检查水流分布情况和海水管道是否堵塞；定期检查并清除（如有）水槽及翅片管上是否有杂物及海藻附着。

表1 ORV运行的风险及预防措施

表2 海水泵运行的风险及预防措施

图3 ORV结冰高度

结合ORV设备特点，进行动态完整性管理。根据海水温度变化和ORV面板结冰情况，及时调整LNG处理量及海水流量跳车设定值；根据设备上杂物及海藻生长情况，及时切换设备进行清理；根据ORV涂层变化情况，合理确定喷涂时间。

要建立负责进行设备完整性管理机构、管理流程、配备必要的手段。设备的管理主要包括操作人员、维检修人员、基层管理人员、机关管理人员、公司设备管理委员会等环节，应该制定合理的、顺畅的管理流程、范围清楚、职责明确，各环节根据需要配备必要的检测工具、维检修工具及备品备件。

要对所有与ORV设备完整性管理相关的信息进行分析、整合。对设备的管理应做到有设备运行（切换）计划，有维修保养计划、有备品备件计划；有操作、检查，有维护、保养，有工作记录，有技术档案，有分析、总结，充分利用企业资源计划系统（Enterprise Resource Planning，ERP）来管理设备的技术档案、备品备件、建立设备故障库，为生产运行提供可靠保障。

必须持续不断的对ORV设备进行完整性管理。随着设备的运行周期的延长，设备的整体性能是在逐步下降的，即使及实地对设备进行了维护保养和修理，设备的整体性能参数也会不断下降，如管材的韧性、脆性、耐腐蚀性等，配套设备的性能也会有一定的下降，所以必须持续不断的对ORV设备进行完整性管理，确保ORV设备的性能满足生产需求。

三、总结

开架式气化器，属于静设备，其操作维护的工作量相对较小，由于其低廉的运行成本和灵活的负荷调整特性，在LNG接收站被广泛应用。但在北方地区的LNG接收站，由于冬季海水温度较低，虽然已经低于设计海水温度，而为了节省生产运行成本，ORV仍然可以在较低温度下运行，这就需要运行操作人员对设备的结构原理和运行特性更加熟悉，有更强的责任心，加强设备的巡检和运行参数监控。同时为了满足外输气体温度要求，通常需要和浸没燃烧式气化器（SCV）联合运行，气量的匹配也是操作的关键内容。

ORV的运行配套设备，包括海水泵（动设备）、拦污栅（静设备）及清污机（动设备）、旋转滤网（动设备）、海水电解制氯装置（包括静设备和动设备）都需要作为ORV设备的一部分进行系统管理，才能保证ORV的安全运行。设备完整性管理是一个与时俱进的连续过程，设备的失效模式是一种时间依赖的模式。海水腐蚀、材料老化、机械损伤等能够引起ORV设备及其运行配套设备失效的多种过程，随着岁月的流逝海水不断地侵蚀着ORV翅片管、海水泵的内件、旋转滤网的滤网、拦污栅的栅条等等，必须持续不断地对ORV设备及其运行配套设备进行风险分析、检测、完整性评价、维修等，确保ORV及其运行配套设备的完好，实现生产的安全、平稳、长周期运行。