大型LNG汽化器的選材和結(jié)構(gòu)研究

劉華明 劉卓林 黃昌龍

引言：本文主要目的是探究大型LNG汽化器的選材和結(jié)構(gòu)。主要使用的方法是通過(guò)空氣和液體兩種加熱型汽化器的對(duì)比，找出大型LNG汽化器的熱量源頭。通過(guò)上述的方法對(duì)海水加熱型這種LNG汽化器的材料進(jìn)行探究，最后對(duì)大型LNG汽化器的選材和結(jié)構(gòu)的可行性進(jìn)行分析，提供可以采用的方案。

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，天然氣在人們的生活中占據(jù)著越來(lái)越重要的位置。但是天然氣在世界各地的分布很不均勻，在我國(guó)主要是中西部地區(qū)天然氣儲(chǔ)蓄量高，而東部沿海地區(qū)的儲(chǔ)蓄量相對(duì)來(lái)說(shuō)就較少。而且目前人們對(duì)天然氣的需求量也是逐年增高，正是在這種狀況下，我國(guó)的天然氣接近一半左右需要從東南亞、中東等地區(qū)進(jìn)口。而在天然氣應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)中，起著重要作用的是LNG接收站。因此在天然氣不斷被應(yīng)用的情況下，需要對(duì)大型LNG汽化器的選材和結(jié)構(gòu)進(jìn)行探究，以為其提供更好地方案。

一、LNG汽化器的熱源選擇

本文主要對(duì)液體和汽化兩種加熱型汽化器進(jìn)行比較，兩種汽化器的熱源不同，液體加熱型的汽化器的熱源是海水、水和其他的熱源。而空氣加熱汽化器的熱源為空氣。但是就熱源的選用問(wèn)題，必須因地制宜根據(jù)LNG接收站周圍的情況進(jìn)行選擇。根據(jù)接收站平時(shí)的溫度、水源等多方因素綜合考慮，最終要在海水或者大氣中選擇一種熱源，以更好地滿足熱源的供應(yīng)。本就就假設(shè)熱源選用海水，對(duì)LNG汽化器的材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

二、LNG汽化器選材研究

（一）銅合金或者是銅

用銅的材料制作的汽化器，可以具有在海水中耐腐蝕的特點(diǎn)。同時(shí)銅合金還具有抗污損的能力?，F(xiàn)代科學(xué)研究中的一種觀點(diǎn)認(rèn)為：在海水的溶解下，銅會(huì)溶出一種有毒的銅離子，這種銅離子導(dǎo)致銅具有抗污損的能力。而與此不同的另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為，在銅浸泡海水的過(guò)程中，銅合金表面將會(huì)形成一種氧化膜，這種氧化膜使得銅具有抗污損的性能。但是本次研究對(duì)兩種材料進(jìn)行了海水浸泡試驗(yàn)，最終結(jié)果表明兩種材料都有一定程度的污損狀況出現(xiàn)。但事實(shí)上確實(shí)是銅合金表面的氧化膜和銅溶解后產(chǎn)生的銅離子以及材料表面產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物的自身性質(zhì)以及粘附的程度都會(huì)影響材料抗污損的能力。除此之外，隨著材料暴露時(shí)間的不斷增加，材料表面的腐蝕產(chǎn)物也將會(huì)增加，這就會(huì)導(dǎo)致材料抗污損的能力下降。因此在使用海水作為熱源的同時(shí)，需要對(duì)海水進(jìn)行處理，以減少腐蝕情況的出現(xiàn)。

（二）鈦

現(xiàn)代科學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，鈦具有較為優(yōu)良的耐腐蝕能力。鈦這種材料當(dāng)處于海水中與其他材料相比，可以接受更高的水流速度，當(dāng)處于靜止海水中是，鈦的抗腐蝕點(diǎn)也比不銹鋼等材料更為合適，且抗縫隙腐蝕的能力也更好。從文獻(xiàn)[1]中看出，鈦是作為大型LNG汽化器中海水作為熱源的最佳材料選擇。

（三）防銹的鋁材料

鋁材料可以在海水中作為一種傳熱的材料，因?yàn)殇X及鋁合金通常在海水中會(huì)出現(xiàn)局部腐蝕，而鋁及其合金的點(diǎn)蝕狀況通常是出現(xiàn)在材料不均勻的地方，這些不均勻的地方常常會(huì)先受到損壞。但是鋁錳合金的抗腐蝕性就較好，當(dāng)鋁鎂合金在4a時(shí)基本上不會(huì)出現(xiàn)局部腐蝕的情況。

（四）雙相的不銹鋼

LNG汽化器的結(jié)構(gòu)中，難免會(huì)出現(xiàn)曲率的變化，而在這種變化處難免會(huì)出現(xiàn)殘余應(yīng)力及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力，且在一些結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的焊接點(diǎn)出也有殘余應(yīng)力及缺陷。就是這些殘余應(yīng)力及缺陷會(huì)使得處在海水中的設(shè)備會(huì)出現(xiàn)腐蝕。而雙相不銹鋼這種材料具有抗點(diǎn)蝕的特性，同時(shí)在查閱相關(guān)資料時(shí)得出，雙相鋼在天然的海水中會(huì)出現(xiàn)一定的縫隙腐蝕，而在流動(dòng)及合成海水中出現(xiàn)的腐蝕程度較輕。而在天然海水中腐蝕情況的具體嚴(yán)重度與海里生物對(duì)雙相鋼的附著有一定的關(guān)系[2]。

三、汽化器的結(jié)構(gòu)研究

（一）管殼式汽化器

這種汽化器其實(shí)上就是一種管殼式的換熱器，這種汽化器在加熱情況下LNG是通過(guò)管程，而介質(zhì)是通過(guò)殼程。且這種換熱器的殼程是通過(guò)調(diào)節(jié)管間距和流板間距實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流速的，而汽化器的這種能力確實(shí)依靠汽化器殼程的流量和水溫來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

（二）帶有中間傳熱介質(zhì)的汽化器

這種汽化器通過(guò)使用中間傳熱的介質(zhì)，可以改變環(huán)境中結(jié)冰為汽化器帶來(lái)的影響，而傳熱流體通常的情況下則是采用氟利昂、異丁烷、丙烷等介質(zhì)。這種汽化器是通過(guò)兩級(jí)進(jìn)行傳熱，首先使用中間的傳熱流體和LNG進(jìn)行傳遞，其次使用熱源流體和中間傳熱流體進(jìn)行傳遞。這種汽化器的特點(diǎn)是適合綜合利用能量。

四、所選材料及結(jié)構(gòu)可行性比較

（一）材料推薦選用

通過(guò)分析比較，為了汽化器的經(jīng)濟(jì)及適用性，其殼體和管板部分采用超級(jí)奧氏體的不銹鋼制造，而管箱材料要求比殼體部分低，因此可以選用普通奧氏體不銹鋼。HSn70—1A、B30、AL一等材料可以作為換熱管的選材。

（二）結(jié)構(gòu)選擇

則是選用管殼式汽化器，，海水通過(guò)殼程，天然氣則是走管程。這種是考慮到整個(gè)兒經(jīng)濟(jì)型來(lái)選擇的，這種只需要考慮材料的耐腐蝕性，否則將要考慮低溫及耐腐蝕兩項(xiàng)問(wèn)題，使得選材困難的問(wèn)題不能解決。

五、結(jié)論

隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，相信也可以將技術(shù)更加的完善，本次分析中得出，對(duì)于熱源為海水的汽化器，應(yīng)該采用纏繞管式汽化器，其主要材料則是選用超級(jí)奧氏體的不銹鋼，這種方案，整體性的經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，且符合我國(guó)現(xiàn)狀，適合東部沿海地區(qū)。應(yīng)該在今后的工作中多加采用。

參考文獻(xiàn)

[1]夏蘭廷，等.金屬材料的海洋腐蝕與防護(hù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003.213—215.

[2]吳玖，等.雙相不銹鋼[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.145—146.

（作者單位：蘇州杜爾氣體化工裝備有限公司）