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LNG空温式气化器的结霜原理及控制

发布于:2022-12-16 14:32:16 来自:电气工程/电气工程原创版块 [复制转发]

知识点:气化器

一、概述

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LNG空温式气化器翅片管外表面受周围空气温度、相对湿度影响较大,气化过程吸收周围热量导致周围温度降低,出现结霜现象,严重时导致气化器受力不均,出现侧向拉力,导致管路破裂、燃气泄漏,发生事故;同时,结霜也影响了气化器的传热性能。因此,深入研究LNG空温式气化器的结霜机理,分析其影响因素并采取有效的控制措施至关重要。
 
LNG空温式气化器是由多根相同形式的翅片管并列组合,每根翅片管为星型结构,翅片管由8翅片或12翅片组成(本文的翅片管为12翅片),管材多为低温铝合金,气化器布置以立式为主,液化天然气从管内由下至上流过,在气化过程中吸收周围环境热量,由液态变为气态,管外周围空气温度下降,持续运行一段时间后气化器将会结霜,霜层热阻逐渐增大,严重影响气化器的气化效率。目前,气化器需要定期进行停机切换,因结霜后增加了霜层热阻,需要进行停机融霜后才可继续使用。
 
二、气化器结霜机理及影响因素分析 
1、空温式气化器结霜机理
 
空温式气化器结霜主要由空气中水蒸气相变成固态结晶,其几何结构及堆积规律随着结霜进程而发生变化,导致霜层的形成过程十分复杂,并不是简单的结晶堆积过程。通过对表面结霜原因分析,将结霜过程分为3个阶段:霜晶生长期、霜层生长期、霜层充分生长期。
 
①霜晶生长期
 
霜晶生长期由空气中水蒸气相变为固态冰晶结构,霜晶为偏平六边形结构,温度较低时转变为细长针状结构,霜晶量较少。
 
②霜层生长期
 
霜层生长期是指翅片表面固态冰晶随着时间推移逐渐堆积,发展成致密的霜晶结构,且厚度也迅速增加。霜层增长过快影响气化器外围空间的气体流通,阻碍热量传递,因此,霜层生长期是控制霜层增长的最佳时期,控制霜层生长期的霜层厚度至关重要。
 
③霜层充分生长期
 
随着气化器持续运行,气化器温度逐渐降低,霜层堆积加厚,且霜层硬度增加,各翅片霜层充实地粘结在一起。此时,人工除霜难度增大。
 
2、气化器结霜影响因素
 
气化器结霜的程度用霜层热阻来表示,霜层热阻的影响因素主要有空气温度、空气相对湿度、气化器间距等,在设计时应综合考虑各项因素。
 
①空气温度的影响
 随着空气温度的降低,霜层热阻呈现先增大后降低的趋势。霜层热阻越大,气化器传热性能越低,气化效率越低。
 
②空气相对湿度的影响
 随着空气相对湿度的增加,霜层热阻呈现先升高后降低的趋势,当空气相对湿度达到30%左右时,对气化器的传热性能影响较大。
 
③气化器间距的影响
 随着气化器间距的增大,霜层热阻逐渐降低。通过对多个气化站实际调研,考虑到占地面积等因素,气化器间距宜为3~5 m。
 
④小结
 
综上所述,将3个影响因素按照它们对应的霜层热阻最大值从大到小排序,顺序为空气温度、空气相对湿度、气化器间距,相应的霜层热阻最大值分别为0.100、0.085、0.070 m2·K/W。因此,空气温度对霜层热阻的影响最大。
 
三、控制技术分析 
1、控制技术及应用
 
①空气温度控制
 
根据上述影响因素分析,防止气化器结霜,可通过提高空气温度来解决,提高空气温度目的在于抑制气化器冰霜的生成。因此,可采用蒸汽加热的方式,将热蒸汽喷洒在气化器周围以提高空气温度,进而抑制冰霜的生成。
 
②空气相对湿度控制
 
气化器运行时,会吸收周围的热量,产生大量白雾,导致周围空气相对湿度增大,若不及时处理,将进一步在气化器周围凝结成霜。可以采取机械排雾的方式增加空气流通性,在气化器进液端地面距离气化器3~5 m的位置布置4台功率为2.2 kW的防爆风机进行机械排雾,增加空气的流通性,将产生的白雾吹散,进而降低空气相对湿度。经现场实测,采用4台上述防爆风机可将空气相对湿度降低至8%左右,有效降低了空气相对湿度对气化器结霜的影响。
  

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③气化器间距控制
 
目前,大部分气化站场地面积较小,部分气化器间距较近,空气流通性较差,空气中水蒸气难以扩散,因此,温度过低时容易结霜。在气化器布置时应至少保证气化器间距在3 m以上,以保障足够的空气流通,降低结霜的速率。
 
④SCADA智能监控系统控制
 
气化站内气化区可采用SCADA智能监控系统对气化器出入口温度、压力及气化量等参数进行实时监控。当气化器管内温度较低、气化器结霜时,可及时切换气化器组,以降低气化器结霜的速率,同时保证气化器连续运行,不影响正常供气。
 
四、结论
 
①分析LNG空温式气化器的结霜机理,将结霜过程分为霜晶生长期、霜层生长期、霜层充分生长期,应严格控制霜层生长期,防止气化器大面积结霜。
 
②在LNG气化站现场取样,通过实测,得到霜层孔隙率为6.13%。
 
③分析空气温度、空气相对湿度、气化器间距对气化器结霜的影响,通过实测霜层厚度,计算得出气化器霜层热阻随影响因素的变化规律,得出空气温度对气化器霜层热阻影响最大,因此要严格控制气化器周围空气温度。
 
④提出减少气化器结霜的控制措施(蒸汽加热气化器周围空气、机械排雾、气化器间距控制、SCADA智能监控),运行实践表明,采取控制措施后,有效控制了气化器的结霜现象,霜层厚度和结霜长度明显减小。

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这个家伙什么也没有留下。。。

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