浙江LNG国产IFV异常情况分析与处理

蔡主斌，段小凯，崔伟永(中海浙江宁波液化天然气有限公司，浙江 宁波 315800)

0 引言

LNG气化器是LNG接收站重要的气化外输设备，目前，LNG接收站常用的气化器有三种：开架式气化器(open rack vaporizer，简称ORV)；浸没燃烧式气化器(submerged combustion vaporizer，简称SCV)；中间介质管壳式气化器(intermediate fluid vaporizer，简称IFV)。其中IFV和SCV使用较为普遍，相较于SCV，IFV对海水水质条件要求较低，与海水接触部分采用了钛合金材料。钛合金材料具有良好的抗腐蚀性能，能在海水水质较差的情况下使用，具有良好的低温性能，使用温度可达-269 ℃，其强度高，设计压力可达35 MPa。在海水含沙量较大、重金属离子超标的情况下，主要选用IFV[1]。IFV投资成本较高，再加上IFV生产基本都被日本垄断，部分接收站又必须使用IFV，接收站建设中气化器购买成本无法降低，为有效降低生产建设成本，设备国产化势在必行，中海石油气电集团研发中心成功将IFV国产化，并在浙江LNG接收站投入测试使用，通过运行测试发现设备的问题，并不断改进。

IFV是以丙烷作为中间加热介质，采用海水作为加热源进行气化，气化后的丙烷蒸气加热低温LNG，使其在管程内气化为低温天然气，丙烷蒸气同时被冷凝并在LNG气化单元以气液动平衡形式循环使用[2]。在天然气加热单元，被气化的低温天然气再经海水升温后(不低于0 C)进入天然气总管。IFV结构原理如图1所示。在E1段换热器中，海水(管程)加液态丙烷并气化，丙烷气在E2段换热器中与管程中的LNG进行热交换，LNG受热气化，而丙烷则被冷凝。在E3段换热器中，管程中的海水和NG换热，低温NG再次升温，最终满足天然气外输温度要求。丙烷始终在E1壳体中进行气-液态的闭式循环，运行过程中无需添加[3]。用丙烷作为中间介质就是利用其较低的沸点这一特点，避免了直接用海水换热时由于结冰对传热效果的影响。

图1 IFV结构和工作原理图

1 IFV异常情况分析和处理

1.1 涂层受损

国产IFV自2016年5月开始在浙江LNG进行运行测试，运行半年时间后，2016年12月，例行对国产IFV停用检查，在对海水管束清洗时，发现E3段内部有一小块锈蚀，最终确认涂层受损导致少量海水腐蚀，厂家通过涂层修复的方案进行处理，于2017年4月修复完成。

1.2 国产气化器换热率降低

2018年初，国产IFV在运行负荷相同的情况下，E3段外表面结霜情况较之前有增大情况，同时E2段出口温度也较正常情况下有所下降。结合以上两种现象判断国产IFV换热效果不佳，分析原因很大可能是丙烷气相浓度降低，导致换热率降低，组织相关人员多次对国产IFV丙烷气取样分析，具体分析结果如表1所示。

表1 2018年初出现问题后丙烷气相分析结果表

IFV换热正常必须保证丙烷气相中丙烷含量大于99%，分析结果中丙烷含量明显不达标，可大致判断E2段中的换热管存在漏点，因管程的LNG压力(约8 MPa)大于丙烷气相压力(约0.6 MPa)，换热管若破损甲烷就会进入丙烷腔内。

结合判断结果，运行和维修人员开始确认漏点位置，丙烷排净并置换合格后，对国产IFV丙烷腔注入约100 kg液氨，后通过注氮将丙烷腔压力升至0.7 MPa，用酚酞试纸覆盖在E2段U型集管进出口表面，进行测漏，原理为氨水遇酚酞溶液变红色。发现为E2段换热U形管束底部靠近中间的管子泄漏，该管对应的进出口酚酞试纸反应均为红色，判断为集管管体存在泄漏，同时发现E2-E3连接管段部分被发现有点蚀现象。考虑到不能进一步确认U型管的具体漏点，最终决定对U型管封堵，并且对整段Π管进行酸洗钝化处理。

处理完成后开始对国产IFV进行运行测试，并对丙烷气相取样分析，国产IFV在负荷100%运行情况下，E-2段出口温度最低至-27 ℃，高于低报值-45 ℃，且海水进出口温差均小于5 ℃，对其丙烷腔检测甲烷浓度低于1%，具体分析结果和运行参数分别如表2和表3所示。

表2 处理完成后丙烷气相分析结果表

表3 国产IFV运行参数表

1.3 国产气化器E3段内部出现泄漏

2019年2月1日，国产IFV的E-2段换热效果不佳，与进口IFV相比相差-30 ℃。海水温度10 ℃左右，1月10、11日，国产IFV的LNG流量270 Nm3/h， E-2段出口温度-26 ℃左右。2月1日，国产IFV的LNG流量230 Nm3/h， E-2段出口温度-31 ℃左右。国产IFV在海水温度不变、LNG流量减小的情况下，E-2段出口温度反而降低了5 ℃。同时，国产IFV丙烷腔连续三天检查出甲烷含量分别为11.64%、20.28%、28.02%的情况，具体分析结果如表4所示。

表4 2019年初出现问题后丙烷气相分析结果表

确认异常后，对国产IFV进行漏点检测，发现E3段海水换热管束经氨气检查发现6处漏点，分别为一根钛管穿孔，四处焊点渗漏。对穿孔钛管两头进行封堵，四处渗漏焊点进行补焊处理。处理完成后，国产IFV重新投入使用，各项运行参数均正常，丙烷腔内的丙烷含量大于99%，甲烷含量低于0.1%。

2 国产IFV和进口IFV对比

浙江LNG进口IFV投产运行至今，未出现过任何设备问题，且设备换热效果良好，各项运行参数均高于设计要求。而国产设备运行三年不到的时间出现诸多问题，且设备E2段出口温度偏低，换热效果稍差。从出现的问题可以看出，国产IFV设备制造精细度上有待改善，其中E2段和E3出现换热管漏点，说明设备焊接强度不足，在IFV正常运行过程中，由于海水和LNG的流动对换热管束形成冲击和振动，对换热管束造成损坏，同时IFV内部涂层也可能脱落，导致IFV本体腐蚀，因此国产IFV在以后生产过程中必须重点关注换热管束的焊接强度，以及涂层的有效性。

3 结语

随着国内LNG的快速发展，LNG相关设备国产化势在必行，只有这样才能有效降低生产建设成本。但在设备国产化的进程中，会面临诸多难题需要攻破，国产设备在某些设计方面还不够完善，需要不断地进行改进。