lng接收站再冷凝器系统振动原因分析及优化运行技术研究与实践the root cause analysis and elimination of re-condenser system vibrations

1、科技进步、技改技革奖申请表Scientific and Technological Progress Award Application Form项目名称Project NameLNG 接收站再冷凝器系统振动原因分析及消除的技术研究与实践The Technical Study and Practice for the Root Causeysis andElimination of Re-condenser System Vibrations in GDLNG Terminal申报部门Department技术服务部 运营部TS， OPS申报奖项Award to Apply科技进步 Scient

2、ific and Technological Progress技改技革 Technical Modification and Improvement主要承担者Owner其他承担者Participants,，,，实施时间Implement Time2011 年 9 月至 2012 年 3 月From Sep 2011 to Mar 2012Key words再冷凝器系统Re-condenser system振 动 原 因 分 析 Vibration Root cause ysis优化运行研究实践 Operation optimization Studyand practice研究形式Resear

3、ch Form独立研究 Independent与第合作 Co-Op with the 3rd part其他 Other专业分类Category提高管理水平 Management Improving提高安全性/可靠性 Safety and Reliability Improving增加经济效益 Benefit Increasing节能减排 Energy saving and EmisReducing经费投入Project Cost (RMB)工程设计及评审费 Engineering review and expert fee：65 万RMB650,000 RMB材料采购费用 Material f

4、ee：260 万 RMB 2.6 million RMB人工时 Maner：19800 人工时 man hours共计 325 万 RMB, 19800 人工时。Total 3.25 million RMB, 19,800 maner.主要内容Outline针对振动和的突发和偶然性，组织操作，对现场各种运行组合出现的振动情况进行监测和技术研究，对振动参数（频率、振幅）进行频谱分析， 查找振动/的规律;同时从振动根源入手，委托第工程公司对接收站再冷凝器系统从工艺、控制和管道面入手进行全面的设计，并通过深入研究、探讨、现场测试和业的技术交流，找到并验证了振动的根本原因为彻底解决振动问题，消除安全隐

5、患，根据振动的根本原因， 考虑到技术改造的风险和费用较高，本着先易后难的原则，首先从优化操作入手，通过一系列的调试和各种运行工况的考验，终于摸索出适合接收站再冷凝器系统的操作模式, 得出再冷凝器系统的最佳控制参数和操作指导原则，消除了振动,提高了接收站的安全可靠性。To find out the re-condenser system vibration/shock character, the site-monitoring and the vibration frequency technical ysis were done to the re-condenser vibration p

6、henomenon in different operation cases; in the me, the design review for the re-condenser system (including pro s, instrument control and pi ) was done by the third engineering company based on the vibration character. The re-condenser system vibration root cause was found through a series of method

7、ologies, including further research and study, site test, site observation, technical exchange with other LNG terminals in China. Finally, according to vibration root cause, operation optimization method was considered as a priority based on the technical risk, investment and convenience. A suitable

8、 operation m (including best operation parameter and operation guideline) for GDLNG re-condenser system was concluded by adjusting operation parameters in the re-condenser system and performance test in different operation cases; the vibration of the re-condenser system was eliminated; the safety an

9、d reliability of GDLNG terminal was improved.效益情况Cost-Effectiveness Summary节约设计施工改造直接成本 1500 万 左右; Saved the direct cost of engineering and construction about 15 million RMB;节省改造期间 BOG 排放火炬直接费用 2600 万 ； Saved the flaring expense during the modification period about 26 million RMB;未来两年节省高压泵轴更换 约 313

10、万 ； Saved the expenses of HP pump shaft replacement etc. in the near two years about 3.23 million RMB;通过工艺调整，和优化操作，节约补气能耗每年折合 5万元 左右，未来 2 年将节省 10 万 ； Saved the make-up gas consumption about 5,000 RMB each year by pro s adjustment and optimized operations, so 100,000 RMB will be saved he future 2 yea

11、rs;社会效益：如果此振动问题未能得到及时解决，将造成管线和结构的疲劳失效，不及时解决，将设想，严重时会造成天然气泄漏、起火、设备损坏和伤亡，甚至造成 的环境和社会影响。 Society effectiveness: if the vibration was not solved in time, it would cause the serious fatigue and damage of the equipment and pi , if it was not resolved in time, the result would be terrible, even it would ca

12、use NG leak, fire / explo , equipment damage, fatality or much worse as significant environmental and so l accident.LNG 接收站再冷凝器系统振动原因分析及优化运行技术研究与实践2012 年 3 月福田LNG 接收站再冷凝器系统自 2006 年投产以来就存在偶然内容摘要：的间歇式振动和, 经多次，未见理想成效。通过从查找根本原因入手，经过现场振动规律查找研究, 结合工艺/管道设计和国内同类 LNG 装置技术交流情况，通过优化操作实践，找到了振动的根本原因。为彻底解决振动问题，消除

13、安全隐患，根据振动的根本原因， 考虑到技术改造的风险和费用较高，本着先易后难的原则，首先从优化操作入手，通过一系列的调试和各种运行工况的考验，终于摸索出适合接收站再冷凝器系统的操作模式, 得出再冷凝器系统的最佳控制参数和操作指导原则，消除了振动，提高了接收站的安全可靠性。： 再冷凝器系统 振动原因分析 优化操作 研究实践Abstract: The severe occaal vibration and shock has occurred for there-condenser system since GDLNG Terminal commising and start-up in 2006

14、, itwas still an ie although several modifications were done on it.The vibration rootcause was found through series methodologies, including site observation and studyfor vibration frequency andlitude, design review for the pros and piof there-condenser system, technical exchange with other LNG term

15、inals in China, and operation parameters adjustment for the re-condenser system. Finally, according to the vibration root cause, the operation optimization method was considered as a priority based on technical risk, investment, convenience. A suitable operation m (includingbestoperationparametersan

16、doperationguideline)forGDLNG re-condenser system was concluded by adjusting the operation parameters for the re-condenser system and performance test in different operation cases; the vibration of re-condenser system was eliminated; the safety and reliability of GDLNG terminal was improved.Key words

17、: Re-condenser System, Vibration Root Cause Optimization, Study and Practiceysis, Operation目录1.02.02.12.22.33.03.13.2项目背景5项目研究的主要目的6研究的必要性6目标6研究的方法6研究的内容8工艺控制方式概述8查找振动规律103.2.13.2.2振动数据收集和频谱分析10振动规律133.3振动原因分析153.3.13.3.23.3.33.3.43.3.5再冷凝器与相关设备的关联分析15设计. 17国内外 LNG 接收站技术交流22验证原因现场测试24确定振动原因253.4解决振动

18、的方案253.4.13.4.23.4.33.4.4方案一技术改造25方案二优化操作27优化操作及性能测试27优化操作成果364.04.14.2项目的难点、创新和技术37项目的难点37创新和技术374.2.14.2.2改变解决问题的传统思维方式37理论指导实践，大胆创新385.06.07.08.09.0项目组主要成员38项目投入39推广应用39经济效益和社会效益39意义40图 1图 2图 3图 4图 5图 6图 7图 8图 9图 10图 11图 12图 13图 14再冷凝器系统振动根源分析流程图7再冷凝器控制工艺8再领凝器示意图11高压泵振动频谱图17高压泵平衡排气管线振动频谱图17压缩机频谱分

19、析图18653台 Nikkiso 泵运行 HYSYS 模拟图19台 Nikkiso 泵和 1 台 Ebara 泵混合运行 HYSYS 模拟图20台 Nikkiso 泵运行 HYSYS 模拟图21高压泵平衡管线图24技术改造工艺流程图28技术改造控制逻辑图29测试的工艺数据33测试工艺参数35表 1表 2表 3表 4表 5表 6表 7表 8表 9振动数据11振动测量数据13振动规律表15Ebara 泵数据表16管道特性及设计条件22其他 LNG 接收站的再冷凝器系统参数对比表25调试振动测试数据表27再冷凝器液位控制测试数据表32再冷凝器液位控制测试数据表371.0 项目背景液化天然气接收站的

20、LNG 在储罐内常压，温度-160C 左右，处于饱和或微过冷状态，正常情况下，接收站每天都会有一定量的蒸发气 BOG(Boil of Gas)产生，为了防止 BOG 排火炬，必须对 BOG 进行回收利用，而再冷凝器就是回收 BOG 的关键设备，它同时和 BOG 压缩机的出口总管，低压输送总管，高压泵总管，高压泵平衡排空总管，高压泵最小回流总管等相通，在冷凝 BOG的同时，也是高压泵的缓冲罐，并通过排气总管排放高压泵的 BOG 维持系统平衡，所以再冷凝器是接收站整个处理工艺流程的“心脏”。自 2006 年 6 月，接收站投产至今已经正式运营近 6 年，高压泵到再冷凝器的平衡排气管线存在间歇振动，

21、20092010对平衡排气管线支撑进行了加强，振动有所缓解，但是振动转移到再冷凝器附近，且强度增加，现场实际测得再冷凝器及平衡排气管线最大振幅达 824um， 大大超过允许值 346um。管支架部分也开始振动。一期解瓶颈项目投产后，平衡排气 管线两次从管架上滑落，并发生轻微塑性变形。振动没有规律可循，在不同的高压泵组合运行时，再冷凝器及与其相连的平衡排气管线振动情况不一，且当 G/H 高压泵停运时，不定时出现现象。振动的风险和危害之一就是造成设备和管道的疲劳破坏，甚至接收站关停，是接收站安全运营的隐患。为了尽快查找振动原因，解决再冷凝器系统振动问题，在 2012 年更新改造项目头，成立项目攻关

22、小组，开展工作。会上，公司指定由技术服务部牵2.0 项目研究的主要目的2.1研究的必要性在石油、化工和天然气等易燃易爆高危行业，管道和设备的振动是安全生产的隐患，如不及时解决，设想，严重时会造成天然气、起火、设备损坏和伤亡，甚至造成的环境和社会影响。现场实际测得再冷凝器最大振幅达 824um，严重346um，解决此振动问题已经是刻不容缓，势在必行。，大大超过允许值2.2目标在确保安全生产的前提下，找出振动规律，分析根本原因，从而制定解决系统振动的技术方案，消除振动，提高接收站运营的安全性和可靠性。2.3研究的方法鉴于振动问题已困扰公司多年，在此期间历经过，均通过管道应力和支架加固等方法减小振动

23、，但效果不佳。因此本项目拟从系统分析入手，结合前期经验，试图从根源上找到振动原因，从而对症下药，彻底解决振动问题。为此，本项目采用了根源分析法(Root Causeysis Method)。首先现场收集振动数据，进行频谱分析，查找振动规律、振动检测频谱分析、振动根源分析、工艺LNG 接收站，国外 LNG 接试等一系列工测试，组织国内外设计审核，国内收站，系统静态、动态模拟分析，现场振动模拟测试和优化运作的实施。3.0 研究的内容3.1工艺控制方式概述作用，所以其不但需保证对 BOG鉴于再冷凝器在接收站工艺系统里的充分冷凝，而且需有足够高的液位，以保正高压泵的正常运行。进入再冷凝器的BOG 来至

24、压缩机出口，而进入再冷凝器的 LNG 的量是通过和 BOG 的气液混合比计算得来的，具体控制方式如下：其中：R 是相对固定的比率，由操作员输入P 是再冷凝器底部压力（绝压，是 MPa）图 3再领凝器示意图3.2查找振动规律3.2.1振动数据收集和频谱分析针对再冷凝器振动大的情况，选取了 4 个不同的点进行监测，分别是再冷凝器顶部平衡排气管线上的阀门、LNG 进液阀 FCV11201、P-1105A 高压泵及 BOG压缩机，测得的振动数据如表 1 所示：表 1 振动数据测点测点位置测量方向最高的频率(Hz)振幅(mm/s)1再冷凝器顶部平衡排气管线上的阀门水平东西210.4水平南北5.53.52

25、再冷凝器二层LNG 进液调节阀门水平东西22.0水平南北20.53P-1105A 泵根部平衡排气管线水平东西501.0水平南北92.44BOG 压缩机出口管线水平东西350.6水平南北210.3根据以上振动数据，分析如下：1)振幅最高的是点 1，对应的最高频率在东西水平方向是 2Hz，南北水平方向 5.5Hz；点 2 最高振幅值对应的振动频率在水平的东西方向和南北方向都是2Hz，但振幅比点 1 小得多；点 3 最高振幅值对应的振动频率在水平东西方向是 50Hz （泵转速频率，正常运行的转动设备上都会有），水平南北方向：9Hz，振幅都较小；2)3)4)点 4 最高振幅值对应的振动频率在水平东西方

26、向是 35Hz，在水平南北方向是 21Hz；这些频率都是 BOG 压缩机的转动频率（7Hz）的倍频，是由压缩机的转动频率引起的（正常运行时都会有），振幅都很小；5)从上表中可以看出，幅值最高的频率中测点 1、2 与测点 3、4 的频率相差较大，说明再冷凝器的振动不是由高压泵和 BOG 压缩机的振动引起的；6)幅值最高的频率中点 1 和点 2 在水平东西方向都是 2Hz，说明再冷凝器的振动和高压泵平衡排气管线是有关联的。为进一步查找再冷凝器振动的规律及根本原因，又在不同的高压泵运行工况下进行了测试，测量点为再冷凝器顶部平衡排气管线的阀门，得出如下结果：当只有一台或两台高压泵运行时，振幅较小，现场

27、无明显振动；当三台 Nikkiso 泵同时运行时，振幅增大，振动明显；当四、五或六台高压泵同时运行时，如果只有 Nikkiso 泵运行时，振动较大，超出振幅允许值；一旦并入 Ebara 泵运行，振动骤减；当平衡排气管线由再冷凝器切换至储罐时，振动骤减。测试详细数据如下表：表 2振动测量数据按照管道的振动频率规定允许振幅的经验方法，管道振动的强弱与其振幅大小有关，通过对大量装置管道的振动测定和分析研究得出下列管道振动频率 f 与允许振幅 S 的关系式：式中： S 管道的允许振幅峰值-峰值(m)f 振动频率（Hz）振动频率为 2Hz 时，允许振幅 S=346m振动频率为 5.5Hz 时，允许振幅

28、S=209m振动频率为 9Hz 时，允许振幅 S=163m振动频率为 21Hz 时振动频率为 35Hz 时振动频率为 50Hz 时，允许振幅 S=107m，允许振幅 S=89m，允许振幅 S=69m高压泵运行工况时间测点位置测量方向振动值(um)GH 运行顶部平衡排气管线的阀门水平东西2.31水平南北2.49DG 运行顶部平衡排气管线的阀门水平东西5.15水平南北2.19CD 运行顶部平衡排气管线的阀门水平东西15.06水平南北10.87CDF 运行顶部平衡排气管线的阀门水平东西17.23水平南北12.36CDEF 运行2011/10/1811:43AM顶部平衡排气管线的阀门水平东西758水平

29、南北202ABDF 运行2011/10/182:06PM顶部平衡排气管线的阀门水平东西787水平南北73BCDEF 运行2011/11/291:42PM顶部平衡排气管线的阀门水平东西824水平南北467ABCDEF 运行2011/11/292:09PM顶部平衡排气管线的阀门水平东西721水平南北555ABCDEH 运行2011/11/292:40PM顶部平衡排气管线的阀门水平东西68水平南北52ABCDGH 运行2011/11/293:00PM顶部平衡排气管线的阀门水平东西82水平南北67根据计算和表 2 的监测数据得出：振动频率为 2Hz 时，管道允许振幅为S=346m。3.2.2振动规律针

30、对现场组合出现的振动情况，对再冷凝器系统振动参数（频率、振幅）进行了监测和频谱分析， 查找振动/的规律，逐个检查与再冷凝器有关联的管线、设备。自 2011 年 9 月 2 日开始， 经过多次对正常生产过程中不同高压泵运行组合的观察和测试，积累了大量的数据，振动/的规律总结如下：1)只有 Nikkiso 泵运行时，系统的振动和噪音随着泵运行台数的增加而增大；2)3)有 Ebara 泵同时运行，再冷凝器系统的振动基本；高压泵平衡排气管线由再冷凝器切换至储罐时，再冷凝器系统的振动消失；4)5)6)7)8)9)是否卸船，对再冷凝器系统的振动无直接影响；BOG 压缩机运行台数对振动无直接影响；Nikki

31、so 泵启停或外输负荷调整时，停运的 Ebara 泵偶尔会剧烈两台 Ebara 泵同时运行时，此两台泵平衡排气管立管处振动较大；Nikkiso P-1105A 泵液位比其他泵波动大；Nikkiso 泵壳内温度比 Ebara 泵壳内温度的高。；不同工况组合时系统振动情况如表 3；Ebara 高压泵情况如表 4。表 3振动规律表注：表中“1”代表对应的泵在运行中，空白格表示该泵没有运行。表 4Ebara 泵数据表3.3振动原因分析根据多次现场测试和分析，初步判断系统振动可能与工艺操作，工艺控制，和管道系统等有关。为找出根本原因并制定切实可行的解决方案，特邀请国内外有丰富 LNG 经验的工程公司和对

32、再冷凝器系统的工艺、控制和管道等方面进行了设计。3.3.1再冷凝器与相关设备的关联分析3.3.1.1 与高压泵的关联分析再冷凝器系统自身的振动频率是 2Hz，而高压泵自身的固有频率为 50Hz，它与再冷凝器连接有 3 条管，分别是 DN200 的平衡排气总管线，D250 的回流线总管和低压 LNG 总管。只有 DN200 的平衡排气管线有明显振动，且与再冷凝器振动频率相同，其他 2 条管线无明显振动。1）高压泵振动频谱图如下：图 4高压泵振动频谱图2）高压泵平衡排气管线振动频谱图如下：图 5高压泵平衡排气管线振动频谱图3.3.1.2 与 BOG 压缩机的关联分析往复式 BOG 压缩机的固有频率

33、为 7Hz，而再冷凝器的振动频谱中未发现 7Hz 的任何倍频。且与再冷凝器相连的 BOG 出口管线无明显振动。因此，再冷凝器系统的振动与高压泵平衡排气管线的振动关联较大。图 6压缩机频谱分析图3.3.2设计公司委托第工程公司对接收站再冷凝器系统进行了设计，主要从工艺、控制和管道两方面入手进行核查和原因分析，并提出切实可行的解决方案。3.3.2.1工艺设计结果如下：1)再冷凝器和平衡排气管线的振动频率一致，初步判断振动是由平衡排气管线引起的；2)平衡排气管线存在两相流；再冷凝器系统的振动（含高压泵的）是由平衡排气管线中气液两相引起的；3)再冷凝器液位偏高，淹没填料床层，通过停运的高压泵的排气管线

34、，使平衡排气管线水平管段有液体存在；4)再冷凝器的 LNG 与 BOG 气液混合比偏大，进入再冷凝器的 LNG 流量大于设计值，造成其液位偏高；5)Nikkiso 泵的管线设计偏小。管线尺寸为 DN200，按照设计指导应该扩大至 DN300。 DN200 管线中的流速为 4m/s，超过了项目的设计要求 1.8m/s；6)再冷凝器缓冲能力较小，当启停高压泵或调整负荷时，高压泵压力波动大，同时导致再冷凝器液位波动大；7)根据 HYSYS 模拟计算，结果与现场实际振动现象/规律比较一致，模拟模型及计算结果如下：a)当有 6 台 Nikkiso 泵运行，HYSYS 模拟表明，从泵到再冷凝器的竖直管处于

35、非常不稳定的流状态；而水平管线是稳定的两相流。因为气体和液体在平衡排气汇管中的流速很低，液体会在其中累积起来，导致了通往再冷凝器竖直管中存在非稳态两相流和液体流，这是引起振动的主要原因。8)工艺后续行动事项：在平衡排气管线增加温度探头和压力变送器。组织到同类型接收站技术交流。在安全运行的前提下继续优化运行，并测试。3.3.2.2管道系统设计本次管道系统设计的目的是检查再冷凝器的管道系统设计是否合理，支架位置和类型是否满足应力的要求，现有的设计是否能够承受这样的振动。通过设计确保管道系统符合规范要求，并安全可靠运行。设计主要针对高压泵最小流量线和振动最剧烈的高压泵平衡排气管线进行了详细的模拟和计

36、算，同时对环境如风和等也一并进行考虑。模拟计算输入条件见下表 5，模型图见图 10。表 5管道特性及设计条件管线号描述尺寸DN管道等级密度kg/m3保温(mm)压力kPag设计温度C高压泵平衡排气管线NG-112005平衡排气汇管2001SS8.21501890-135/60NG-119501平衡排气汇管 (new)2001SS8.21501890-135/60NG-114002P -1105A1501SS8.21401890-135/60NG-114102P -1105B1501SS8.21401890-135/60NG-114202P -1105C1501SS8.21401890-135/

37、60NG-114302P -1105D1501SS8.21401890-135/60NG-114402P -1105E1501SS8.21401890-135/60NG-114502P -1105F1501SS8.21401890-135/60NG-114602P -1105G1501SS8.21401890-135/60NG-114702P -1105H1501SS8.21401890-135/60高压泵最小回流线LNG-112001Mini flow 汇管2501SS4651701890-170/60LNG-112001Mini flow header2509SS46517013900-1

38、70/60LNG-119502Mini flow header (new)2009SS46516013900-170/60LNG-114005Mini flow From P-1105A1009SS46514013900-170/60LNG-114105Mini flow From P-1105B1009SS46514013900-170/60LNG-114205Mini flow From P-1105C1009SS46514013900-170/60LNG-114305Mini flow From P-1105D1009SS46514013900-170/60LNG-114405Mini

39、flow From P-1105E1009SS46514013900-170/60LNG-114505Mini flow From P-1105F1009SS46514013900-170/60LNG-114605Mini flow From P-1105G1009SS46514013900-170/60LNG-114705Mini flow From P-1105H1009SS46514013900-170/60Hazira 接收站进行了技术交流，收获颇丰。还通过会议与各接收站再冷凝器参数对比表如下：表 6其他 LNG 接收站的再冷凝器系统参数对比表通过上述对比分析，接收站再冷凝器有如下特点

40、：1)容积最小，使缓冲能力偏小，操作工况变化时，再冷凝器液位波动幅度较大；2)LNG 与 BOG 的质量混合比偏高，约为 12:1，而国内外其他接收站一般约为 8:1；再冷凝器底部 LNG 温度偏低（-150C 左右），而其他接收站的饱和蒸汽温度范围在-125C 到-133C 之间；液位在填料床层以上，完全淹没填料层；而其他接收站的填料层均未被3)4)LNGLNG江苏 LNG福建 LNG大连 LNGHazira LNG再冷凝器体积（m3）18142.646.250.3446.260再冷凝器顶部压力MPa0.80.810.740.450.550.710.78再冷凝器液体温度（C ）-154-12

41、5-128-131-133-128N/A再冷凝器 LNG进料量（T/h)80不确定，有冷循环量 65 m3 直接进入38.1256.64265BOG 量(T/h)6.75.964.857510气液混合比12不确定，随压力变化8.28手动 8.5计算 7.989.5再冷凝器液位(%)6185 填料完全淹没上部液位 25586130 左右基本在填料中间位置，液位高 3 米底部压力控制和Ratio 调节控制方式自动压力、液位直接控制设计与一样，目前手动控制压力、液位直接控制设计与一样，手动控制，未投自动自动高压泵回流线回再冷凝器回再冷凝器回储罐回再冷凝器回储罐回再冷凝器操作特点液位波动较大平稳流量小

42、，较难操作，BOG 负荷 75%时，好控制平稳目前流量较小平稳振动情况不定时振动无无无无无淹没；5)只有动现象。接收站发现再冷凝器系统有振动情况，其他接收站尚未发现振3.3.4验证原因现场测试为进一步确定高压泵平衡排气管线内两相流的流向，2012 年 2 月 14 日进行了现场测试， 并安装了表面温度计，和温度数据表明：1)当 5 台 Nikkiso 泵运行时，高压泵平衡排气管线内的液体分别从另外 3台停运高压泵的平衡排气管线处经汇管流向运行的高压泵平衡排气管线立管处；2)当关闭所有停运的三台高压泵的平衡排气管线阀门后，系统振动，再冷凝器液为下降到 61%。此时平衡排气管线内无液相进入，变为单

43、相流，这是因为原系统的水力学特性发生巨大变化，原有的系统平衡被打破；3)4)液位在 61%以下时，系统均无振动；温度数据显示，当再冷凝器液位较高时，高压泵平衡排气管线中存在两相流。详见下表：表 7调试振动测试数据表工况时间测点位置测量方向振动峰值(um)再冷凝器液位(%)5 台 Nikkiso 泵运行2012/2/1413:00pm再冷凝器顶部平衡排气管线的阀门齿轮箱水平东西69780水平南北261Ebara 泵平衡排气阀门关2012/02/1413:26pm再冷凝器顶部平衡排气管线的阀门齿轮箱水平东西2418589水平南北218Nikkiso 平衡排气阀关2012/02/1413:33pm再

44、冷凝器顶部平衡排气管线的阀门齿轮箱水平东西4861水平南北38恢复打开平衡排气阀门2012/02/1413:44pm再冷凝器顶部平衡排气管线的阀门齿轮箱水平东西6161水平南北31150m3/h2012/02/1413:54pm再冷凝器顶部平衡排气管线的阀门齿轮箱水平东西5061水平南北31140m3/h2012/02/1414:08pm再冷凝器顶部平衡排气管线的阀门齿轮箱水平东西4460水平南北38130m3/h2012/02/1414:26pm再冷凝器顶部平衡排气管线的阀门齿轮箱水平东西5459水平南北303.3.5确定振动原因通过一系列的现场测试、规律查找和研究分析，结合设计和技术交流，

45、最终确定了振动的根本原因，具体如下：1)2)振动是由平衡排气管线中存在气液两相流引起的；当再冷凝器液位偏高时，停运高压泵内的 LNG 充满排气管线，继而进入平衡排气管线水平段；3)4)再冷凝器液位过高的主要原因：进入再冷凝器的 LNG 流量偏大，再冷凝器的 LNG 与 BOG 气液混合比偏离设计值；5)6)启停高压泵以及其负荷变化时引起高压泵压力的波动；再冷凝器缓冲能力较小。3.4解决振动的方案3.4.1方案一技术改造通过现场和接口空间位置，结合实际情况，提出以下技术改造方案，即在再冷凝器出口增加 2 台增压泵，将高压泵压力升高了 200kPa，同时在平衡排气管线到再冷凝器出口增加 1 个流量

46、控制节流阀，节流后压力与再冷凝器原设计压力相同，此方案的是通过增压泵直接控制再冷凝器的液位，从而将平衡排气管线中的两相流变为液相流，以消除两相流带来的管线振动。概念设计见工艺流程图（一）和控制逻辑图（二）。此方案具有实施的可行性，能够解决振动问题。由于该方案改变了现有的工艺控制，对接收站运行影响较大，需要进一步详细设计，而且现场实施安全风险高，技术改造费用高（约 1400 万）。工况时间测点位置测量方向振动峰值(um)再冷凝器液位(%)120m3/h2012/02/1414:43pm再冷凝器顶部平衡排气管线的阀门齿轮箱水平东西6158水平南北50120m3/h2012/02/1415:03pm

47、再冷凝器顶部平衡排气管线的阀门齿轮箱水平东西4358水平南北35图 11技术改造工艺流程图图 12技术改造控制逻辑图3.4.2方案二优化操作根据振动的根本原因， 考虑到技术改造的风险和费用较高，本着先易后难的原则，首先从优化操作入手，具体如下：1)2)调整再冷凝器 LNG 进料量与设计一致，调试出最佳气液比控制范围；由于高压泵平衡管线水平段的设计高度低于再冷凝器的设计最高操作液位，需要控制再冷凝器液位在 60%以下，露出填料床层，恢复其冷凝功能，避免高压泵平衡排气管线内有液相存在；3)由于 Nikkiso 泵管流速（4m/s）超过设计规定（1.8m/s），导致高压泵管线的阻力降增大，要求的再冷

48、凝器最低液位高于设计值，为保证高压泵的正常运行液位，需要调试出允许的再冷凝器最低操作液位；4)操作工况变化时，尽量稳定再冷凝器的液位，减小液位波动，并调试出合理的液位控制范围和接收站外输负荷调整速率；5)调整再冷凝器的底部温度接近操作压力下的饱和温度，并调试出合理的温度控制范围。3.4.3优化操作及性能测试消除两相流，就可以消除振动。了解平衡排气管线液体的来源和规律后后， 于 2012 年 2 月进行一系列现场测试，测试目的首先是证实平衡排气管线液体的来源和流向， 使再冷凝器按照原设计调整 LNG 流量，更重要的是测试再冷凝器是否可以稳定运行在 60%液位一下，并可满足各种工况的变化，在消除振

49、动的同时也可以实现安全、可靠的稳定操作运行。3.4.3.1首次测试2012 年 2 月 19 日， 进行了再冷凝器系统回归设计，优化操作的首次现场测试。测试范围包括：1)调整再冷凝器 LNG 注入量（恢复标准工况转换公式，投用设计的9.210.2 气液混合比值）；改变补气阀门的控制范围和控制模式；2)3)改变压缩机的负荷；4)5)6)7)8)改变高压泵压力控制阀的控制范围和控制模式；改变高压泵的负荷，并摸索改变负荷时最优化操作模式；启动和停止高压泵，并摸索启停高压泵时最优化操作模式；摸索改变高压泵最小回流线从再冷凝器回储罐后的利弊；摸索再冷凝器稳定运行时的最优化液位和温度。具体的操作步骤如下：

50、1)测试前工况：管线压力 84 bars 86 bars，3 条生产线满负荷运行（2 台Nikkiso 泵运行，1 台 Ebara 泵），1 台 BOG 压缩机 100%负荷运行；2)员在再冷凝器，高压泵区域巡检并汇报现场情况；执行相关操作并对不同工况下的数据进行对比；3)4)5)相关连锁 MOS（LALL-11200，LALL-11401/11/21/31/41/51/61/71A）；缓慢关闭再冷凝器 LNG 注入阀门 FCV-11201，观察其液位和温度变化；如果液位下降不明显则打开补气阀门 LCV-11201 来降低液位；（注意在液位从 65%降低到 60%变化，因为此时会发生 2 个水

51、利系统的变化，液位有可能急剧下降，此时需要调整相应的 LNG 和补气量，甚至是关闭其出口阀门 XV-11203；如果液位下降到 60%，则保持 LNG 阀门 FCV-11201 大约 100 m/h 稳定运行 1 小时，观察其液位和温度变化，目标 55%，-128C （此时投用 FX11200 标况气体转化公式，将气液混合比 Ratio 值回归设计的 9.2，经过计算和此时工况下的 LNG 量基本吻合，所以恢复 FIC11201 的串级控制）；6)7)按正常程序调整高压泵负荷并启动一台高压泵，观察再冷凝器的液位、压力和温度变化情况；8)启动第二台压缩机 BOG 压缩机并调整负荷 25%，50%

52、，75%，100%，观察在新的串级控制设置下相应 LNG 量的变化，观察再冷凝器的液位温度变化；9)降低第二台 BOG 压缩机负荷 75%，50%，25%，0%，观察在新的串级控制设置下相应 LNG 量的变化，观察再冷凝器的液位温度变化；将高压泵泵最小回流线切换至储罐， 关闭 MV-119116 后打开MV-119135，MV-119118 和 119117，按正常程序调整高压泵负荷并启、10)停一台高压泵，观察再冷凝器的液位、压力和温度变化情况；11)将要启动的高压泵（假设 P-1105A）出口手动阀门 MV-114019 关闭，启动该泵，缓慢打开 MV-114019 并相应调整 ORV 的

53、外输量，观察再冷凝器的液位、压力和温度变化情况；12)关闭 MV112045，打开 XV11205，再缓慢打开 MV112045，在开的过程中观察 PCV11202A 关闭，继续打开 MV112045 直到 PCV11202B 关闭到 60%左右，然后按正常程序调整高压泵负荷，观察 PCV11202B 自动调整高压泵压力的情况，观察再冷凝器的液位、压力和温度变化情况；13)14)缓慢关闭 MV112045，回复 PCV11205A/B 的串级控制；将高压泵泵最小回流线切换回再冷凝器，关闭 MV-119135，MV-119118和 119117，打开 MV-119116，；将 PIC-11202

54、 控制器恢复串级控制模式，PCV-11202A 和 B 自动控制并设定到 750Kpa，并将 LP 总管压力调节至 1300Kpa，按正常程序调整高压泵负荷并启、停一台高压泵，观察再冷凝器的液位、压力和温度变化15)情况；16)保留 FCV-11201 为比率控制模式，测试结束，工艺恢复到正常流程。表 8再冷凝器液位控制测试数据表本次测试的工艺数据：图 13 测试的工艺数据本次测试的主要发现和突破如下：1)在接收站运营 6 年后，第一次修正了再冷凝器气液混合比的计算公式为标准工况，第一次将设计气液比值 9.2 投入到实际应用中；再冷凝器的液位第一次运行到 60%以下的液位 55%左右；并且各种

55、工况下其液位维持较稳定；2)3)第一次将 NG 补气阀门 LCV11201 的设定值从 85%降到 60%， 由于再冷凝器在液位 60%以下时，填料层方可露出，起到填料塔的换热作用，补气也可以有效的抑制液位升高；4)再冷凝器温度第一次由过冷温度升到了饱和温度-128C左右，并且运行稳定，能力增强；5)再冷凝器 LNG 进料量回归设计后，再冷凝器在启动第二台 BOG 压缩机和高压泵时，液位非常稳定，但为了进一步减少对再冷凝器的液位影响，仍然对操作提出每分钟不超过 6 吨的平稳加减负荷的要求；高压泵最小回流线切换回储罐可操作性试验论证，为优化、稳定再冷6)凝器操作开拓了另一种运行模式；7)高压泵出

56、口阀门手动操作的可行性和可靠性，为下一步高压泵出口 XV阀门改造为 HCV 阀门提供了实践基础；PIC1105 减低压力控制后，短期内看不到对改善再冷凝器工艺控制有很明显的作用；8)9)再冷凝器底部压力改由 PCV11205B 控制并不是太理想，总体还是调节缓慢，在目前高压泵出口流量无法单独调节的背景下，很难实现其压力的平稳控制，特别是启停高压泵期间。在接收站操作的有力配合下对再冷凝器系统进行了长达十小时的运试和优化调整。此次测试方案涵盖面广，步骤严谨，透彻，通过回归设计、设定再冷凝器合理的气液比、减少 LNG 进料量、降低并控制再冷凝器液位和温度，减缓外输负荷升降速度、启停高压泵和 BOG

57、压缩机等操作，终于摸索出适合接收站再冷凝器系统的消除振动的操作模式。3.4.3.2二次负荷测试在经过了 2 月 19 日的回归设计，优化操作测试之后，项目组根据测试的总结和经验对再冷凝器的控制提出了“优化操作指导意见”，并经过了长达 10 天（2月 19 日至 2 月 28 日）的现场工况实时测试阶段，实时工况测试的主要目的是为了确认新的优化控制措施是否可以满足现场各种各样的工艺条件变化，是否可以在新的工艺控制下安全稳定的运行，其工艺参数如下图所示：图 14 测试工艺参数在这 10 天稳定运试期间再冷凝器经历的各种工况包括：2 条线，3 条线，4 条和 5 条生产线每天的起停线工况调整；最低

58、300T/h，最高 950T/h 的外输负荷工况调整；卸载一艘澳气船和一艘卡气 Q-flex 船的工况调整；2 台压缩机 24 小时连续运行及回收卡气的高温 BOG 运行工况调整。经过这 10 天的实时工况条件测试可以看出，再冷凝器在新的 RATIO 量控制下，液位完全可以维持在 60%以下稳定运行，温度也可以很好的控制在-128C左右，实践证明新的工艺优化调整方案，不但很好的解决了再冷凝器振动问题，同时也为再冷凝器的安全稳定运行提供了很好的解决方案。在总结了前一阶段测试的基础上，为了进一步验证新的优化控制设置是否满足接收站高负荷运行的特殊工况，项目组又于 2 月 29 日在接收站精心设计和组

59、织进行了再冷凝器高负荷工况测试，测试工况包括：5 条线时启动和停止第二台压缩机；启动和停止第 6 台高压泵；6 台高压泵满负荷运行 30 分钟；6 台高压泵+2 台压缩机满负荷运行 30 分钟；启动 7 台高压泵+7 台 ORV 开架式汽化器+1 台 SCV 浸没式汽化器运行30 分钟。具体的操作步骤如下：1)测试前工况：管线压力 80-82 bars，4 条生产线满负荷运行，1 台 BOG压缩机 100%负荷运行，3 台 ORV 处于冷备状态，再冷凝器串级控制运行，比率设定在 10.3 稳定运行至少一小时以上；2)员在再冷凝器，高压泵区域巡检并汇报现场情况，执行相关操作并对不同工况下的数据进

60、行对比；3)4)相关连锁 MOS(LALL-11200，LALL-11401/11/21/31/41/51/61/71A)；按正常程序调整高压泵负荷并启动第 5 台高压泵，观察再冷凝器的液位、压力和温度变化情况；5)按正常程序调整高压泵负荷并启动第 6 台高压泵，观察再冷凝器的液位、压力和温度变化情况；6)按 6T/min 的速率将高压泵的负荷加至满负荷，并保持 30 分钟，观察再冷凝器的液位、压力和温度变化情况；7)启动第 2 台 BOG 压缩机，并顺序调整其负荷至 25%，50%，75%，100%，分别运行 30 分钟，观察再冷凝器的液位、压力和温度变化情况；运行第 2 台 BOG 压缩机