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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

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。

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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