开架式气化器(ORV)设备振动检测与评价

高 辉

(江苏中圣高科技产业有限公司，江苏 南京 211112)

开架式气化器(Open Rack Vaporizer，ORV)是液化天然气(LNG)接收站的主要气化器，用海水作热源，适用于基本负荷型的大型气化供气系统。气化器的基本单元是传热管，若干传热管板状排列，两端与集气管或集液管焊接形成一个管板，再由若干个管板组成气化器。气化器顶部有海水分布器，海水喷淋在管板表面上，依靠重力的作用自上而下流动。液化天然气在管内向上流动，在海水沿管板向下流动的过程中，LNG被加热气化成天然气(NG)[1]。

图1 ORV结构原理图Fig.1 Structural schematic diagram of ORV

ORV由金属支架固定安装在混凝土结构上，LNG进口和ORV集液管连接，NG出口和ORV集气管连接。在ORV进料运行期间，受LNG和NG管路系统内流体流动，ORV设备本体内的气相、液相和气液共存相态流动的影响，设备及其管路会产生一定的振动[2，3]。在生产运行中，我们发现振动强度会随着LNG流量和压力的改变而发生变化，振动不仅影响设备的结构强度和使用寿命，还存在一定的安全隐患[4]。本文针对国内某LNG接收站ORV设备在LNG流量为90～190 m3/h工况下运行时的振动现象，提出ORV振动检测方法，并对振动测试结果进行评价，为工艺专业提供ORV最优运行参考数据。

1 测试仪器和方法

1.1 测试仪器

本文振动测试仪器选用较为常用的日本理音VM-63A测振仪。

1.2 测试方法

根据国内某接收站的运行工况，测试工况选取LNG流量分别为90 m3/h、120 m3/h和190 m3/h。

在ORV正常运行状态下，选取图2所示的测量点，分别对ORV的A-H八块面板进行测量，测量参数数据稳定波动1 min内，取1 min时间区域内各参数的最大值为测量数据。测量参数为：加速度(m/s2)、速度(mm/s)和振幅位移(mm)。

图2 ORV振动测试点Fig.2 vibration test points of ORV

根据测量数据对比VM-63A振动仪速度-加速度-幅度-频率关系图(见图3)换算得到该流量点振动频率，并根据振幅位移(mm)和频率(Hz)的关系，在振动分析评价图(见图4)上标注出ORV的A-H八块面板上X、Y和Z三个点的测量数据。对比分析该台ORV各面板的振动是否超过振动允许值。

图3 IRON VM-63振动仪测量速度-加速度-幅度-频率关系图Fig.3 The measured velocity-acceleration-amplitude-frequency diagram of IRON VM-63

本测试结果评价所用的振动分析评价图(图4)来自于美国西南研究院(SWRI)，每块面板每个测试点的最大振动点均以不同的图形标识在该振动分析评价图上。振动分析评价图上有Design，marginal，correction和danger四条经验曲线。若标识的振动点在correction曲线以下，则该振动属于安全区域；若在correction曲线以上，设备处于振动危险区。

图4 振动分析评价图Fig.4 The diagram of vibration analysis and evaluation

2 ORV振动测试与分析

将海水和LNG的流量及压力控制在测试工况下，按照上述测量方法及要求测量ORV的各面板的各测试点振动相关数据，记录，并标识在评价图上。

2.1 不同LNG流量时ORV振动测试数据与分析结果

将海水体积控制稳定，LNG流量分别稳定在190 m3/h、120 m3/h和90 m3/h时，测量ORV各面板的测量点振动数据(加速度m2/s、速度m/s、振幅mm)，并利用图3换算出振动频率Hz，在振动评价图中，利用频率和振幅标出测量点。表1为各振动测试点振幅和频率数据表。

表1 各振动测试点振幅和频率数据表Tab.1 Amplitude and frequency data of each vibration test point

从表1中可以得出，在LNG流量为90 m3/h、120 m3/h和190 m3/h工况下，Z轴方向测试点的振幅均高于相同流量下的X轴和Y轴方向的振幅。ORV设备面板上下与钢结构固定，因此面板Z轴方向的振动值较高，X轴和Y轴方向的振动值较低。当LNG流量为90 m3/h工况下，ORV换热管束内LNG的气化位置和LNG流量为120 m3/h、190 m3/h时的气化位置不同，产生了较大的振动幅度。

将表1中各不同流量工况下振动测试点的振幅和频率数据标识在图4的振动分析评价图上，结果如图5所示。LNG流量为90 m3/h时，ORV的振动振幅-频率标识点开始往Design曲线靠近，部分标识点往Marginal曲线靠近，但都远离Correction曲线和Danger曲线。测试的曲线和现场对应目视的设备情况相同，均处在振动安全区间。

图5 ORV各振动测试点在评价图上的标识点Fig.5 The identification points of ORV vibration test points on the evaluation chart

本次测试在LNG流量小于90 m3/h及190 m3/h至满负荷380 m3/h之间时，ORV设备均无振动情况，测试结果和实际工况相符。

2.2 ORV在不同LNG流量下的振动趋势分析

本测试选取LNG流量分别为90 m3/h、120 m3/h和190 m3/h三种工况，忽略海水流量对ORV振动的影响，对ORV运行产生的振动加速度m/s2、速度mm/s和振幅mm分别进行测量和记录。以ORV各测试点为横坐标，面板上各点的振幅为纵坐标，考察ORV在LNG不同流量下的振动情况。

由图6可以看出，LNG流量为90 m3/h至190 m3/h 时，ORV的八块面板A-H处X、Y、Z测量点的振动振幅均由大到小，直至消失。根据该LNG现场运行情况，当LNG流量在90～130 m3/h时，振动相对较大，且伴随有轻微声响；LNG流量在130～180 m3/h时，振动微弱无噪音；LNG流量在180 m3/h以上时，ORV无振动无噪音。现场目测的现象和本测试结果一致。

图6 ORV的面板在不同LNG流量下的振动趋势图(注：横坐标中A-H表示ORV管束面板，X、Y、Z表示各面板的测试点)Fig.6 The vibration trend chart ORV panels at different LNG flow of ORV

LNG在任何流量工况下运行，Z方向的振幅均最大，而Y方向的振幅均最小，且三个方向的振幅均处在安全区域。这是因为ORV是垂直安装在混凝土结构框架内，其上方吊耳和下方支架均与振动测试点Y方向平行，故该方向振动振幅最小。

3 结论

(1) ORV的振动在不同LNG流量工况下的振幅和频率均不同，日常运行检修，可根据本文的测试方法，评价每台ORV的振动情况，为设备的运行提供参考数据。

(2) 经过测试，ORV在LNG流量为90 m3/h时，部分面板有较明显振动，振感较强。经过测试和标识，振幅测量值大部分在Design曲线下，也有部分点在Design和Marginal线之间，但仍在Correction曲线内，属于安全区域内。随着LNG流量增加，振幅降低至完全无振感。

(3) 经过分析评价，这台ORV在任何LNG流量的工况下，Z方向振动振幅均最大，Y方向的振幅最小，但这些振动均属于安全区域。

基于开架式气化器(ORV)的结构和工艺特点，在低压运行工况下，可能会导致中间气化不完全，从而存在气液两相液体导致发生振动。测试ORV设备振动并评价，是LNG接收站的日常维护和检修的一项必要工作。