摘要：与美欧日相比，我国LNG接收站建设起步较晚，自主技术和国产装备尚未经历长周期运行考验，给装置的长周期安稳运行带来一定的不确定性。文章从我国LNG接收站自主技术发展历程和主要装备的设计定型方案入手，介绍了卸船臂、压缩机、低温泵、气化器和低温阀门等主要装备的技术特点和国产化进程，对比了国产装备与进口装备的实际运行情况，得出了大部分国产装备的主要参数指标均已达到同类型进口产品标准的结论，对比研究结果表明，引进、研制、试用、推广和改进的技术攻关路径可以持续提升国产装备的可靠性和稳定性，国产装备已具备较强的质量竞争力，具备了保障装置长周期安稳运行的能力。
关键词：国产化 BOG压缩机 卸船臂 低温泵 气化器 低温阀门
随着新一轮科技革命和产业革命深入发展，质量正在成为国际竞争新的战略支点。深入推进质量强国建设，强化质量提升行动，提高质量标准，加强全面质量管理，才能为建设现代化强国厚植坚实的质量基础。我国LNG接收站建设起步较晚，自主技术和国产装备尚未经历长周期运行考验，为了能够实现在超低温（-162℃）、高压（8MPa以上）、易燃易爆、易蒸发扩散和海洋气候下长周期稳定运行，避免引发因LNG泄漏、顶板结霜和罐顶故障、甚至蒸汽云爆炸等安全事故，不仅需要各建设单位掌握自主核心技术引领装备的质量升级，更要持续密切关注装备投运后的运行状况，与制造企业协同开展质量提升行动，及时将经验和教训转化为技术标准和管理规程，并嵌入设备采购、制造、安装和运行维护流程中，构建设计奠定可靠性、制造保证可靠性、使用保持可靠性的系统性质量保障体系，从而为装置的长周期运行提供本质安全的保障。
１ 我国接收站自主技术开发情况
1957年，英国在坎威尔岛上建起世界上第一个液化天然气接收基地；1959年，美国建造了世界上第一艘液化天然气运输船——“甲烷先锋”号；1969年，日本首个LNG接收站——根岸接收站建成投用。与之对比，我国直到2006年才建成第一座接收站——深圳大鹏LNG。该项目采用欧洲专利商技术，从1995年启动技术经济研究算起，到2006年建成，历时10年以上。2011年，国家能源局成立国家能源天然气液化技术研发中心，着力构建重大技术研究、重大技术装备、重大示范工程和研发实验平台“四位一体”的科技创新平台。在中海油、中石油、中石化等建设单位与国内制造企业紧密协作下，通过联合攻关、消化吸收和技术再创新，逐渐掌握LNG全产业链工艺流程，创建了GB51156—2015《液化天然气接收站工程设计规范》、SY/T6935—2019《液化天然气接收站工程初步设计内容规范》等多项国家标准和行业标准，期间还实现了低温材料及关键设备制造的国产化，打破了国外技术壁垒。2015年，我国首套具有完全自主知识产权和成套包工艺技术的天津LNG接收站一期建成投运，按采购金额计算的装备国产化率达到82％。截至2021年底，全国共建成投产22座LNG接收站，接收能力合计10010万t/a，配套储罐罐容1175万m³。2006年~2021年中国已建LNG接收站接收能力见图１。
“十四五”期间若已规划的LNG接收站项目全部按时投产，预计2025年国内LNG接收站设计接收能力可达到19000万t/a，装备国产化率将超过90％。
2 接收站的主要装备配置情况
典型的LNG接收站已实现工艺流程和主要装备的标准化定型方案包括４个工艺单元，即卸船单元、储存单元、气化单元和外输单元，工艺流程和主要装备见图２，主要装备的标准化定型方案见表１。卸船单元主要装备为卸船臂等，储存单元主要装备为LNG储罐(含罐内低压泵、罐顶起重机)以及BOG压缩机、再冷凝器等，气化单元主要装备为各种气化器，外输单元主要装备为外输高压泵、计量撬、装车撬等。主要装备的标准化定型为装备的生产定型创造了条件，即厂家通过进行生产，改进完善制造工艺和工装模具，提高制造流程的成熟性，实现批量化制造，从而保证产品的质量稳定性。
3 主要装备的国产化应用情况
3.1 卸船臂
卸船臂设计、制造和检验的难点主要在于材料深冷处理、旋转接头设计及低温动态试验、紧急脱离装置设计及可靠性、快速连接接头可靠性等。在我国2020年以前建设的LNG接收站中，LNG卸船臂全部采用国际品牌，供应商来自欧洲和东亚。2021年12月，由国内厂家自主设计制造的1台卸船臂在国内某LNG接收站实现首次接船，截至2022年7月底，国产卸船臂共接卸LNG船舶12船，单臂累计接卸LNG约28.5万t，设备运行状态总体良好。目前，1台国产卸船臂和4台进口卸船臂独立运行，各阶段的对比情况见表2。
3.2 BOG压缩机
BOG(蒸发气)压缩机属于低温运行机组，主要由主机和压力润滑系统组成，其制造技术难度较大。在我国早期建设的LNG接收站中，30余台BOG压缩机全部采用国际品牌，供应商来自东亚、欧洲和北美。随着我国LNG接收站建设步伐的加快以及机械制造行业的发展，卧式对称平衡型往复式压缩机因具有易于维护、重心低、惯性力和力矩平衡性等方面的优势，成为国产技术攻关的重点机型。
2017年，由国内厂家自主设计制造的1台BOG压缩机在国内某LNG接收站投入运行，其处理能力大于先期投用的2台进口BOG压缩机。截至2022年7月底，该国产压缩机的运行总时长达到31587h。在相同入口温度和入口压力条件下，国产压缩机和进口压缩机的能耗对比情况见表3。在3种负荷下，国产压缩机的实际运行处理能力约为进口压缩机的1.5~1.8倍，而且国产压缩机处理单位气体所需能耗更低，若处理相同量的BOG，国产BOG压缩机每天可节省约电量≥3000kW·h。
国产压缩机在投运初期，出现过活塞杆下沉报警不准、支撑环寿命不足等问题，经过不断地优化调整，目前设备运行状况良好。与进口压缩机每8000h大修1次相比，国产压缩机需要每4000h中修1次，以便检查活塞环和刮油环的磨损情况，到8000h再进行大修。目前，国产压缩机的最长大修时间已达到11000h。而且，BOG压缩机的国产化程度较高，国产填料、低温密封圈、支撑环、活塞环和润滑油过滤器的质量均已达标。
3.3 低压输送泵
低压输送泵为潜液式电动泵，即电机与泵体制作成整体浸没在LNG中的形式，LNG在泵出口附近通过平衡机构间隙及轴承间隙进入电机内部，而后从上部返回至泵入口，定子与转子间充盈流态LNG，既保证了安全性，又对电机降温起了决定作用。2016年之前，国内LNG接收站全部采用国际品牌的低压输送泵，供应商来自东亚和北美等国家。
国内某LNG接收站一期项目采购的12台低压输送泵均为进口产品，存在批次质量缺陷，导致泵性能下降，后经国内厂家对全部低压输送泵的扩散器进行维修更换，运行状态良好。该批泵的大修周期为14000h，检修中曾发现轴承磨损以及电机下轴承衬套磨损现象。在二期项目中，采购5台国产低压输送泵，其中2台已投入运行。第一台国产低压输送泵的投用时间为2021年10月，截至2022年7月底，累计运行时间为3861h，运行期间出现振动值偏高、电气保护定值设置偏差较大、电缆绝缘套管绝缘阻值低造成电气过流保护动作跳闸停机等问题，通过返厂维修得以解决；第二台国产低压输送泵的投用时间为2022年5月，截至2022年7月底，累计运行时间为1454h，运行情况总体较为平稳。
目前国产低压输送泵已实现标准化，在设计制造上已经完全可以达到进口泵厂家的设计参数指标，可以匹配进口底阀，实现泵的互换。
3.4 高压输送泵
进口的高压输送泵自身带1个吸入筒体，泵头安装在顶板上，顶板与吸入筒体连接，电动机直接浸没在LNG介质中，利用LNG进行冷却，且不需要防爆，增加了运行的安全性。2018年以前，此类泵全部依赖进口。国内某LNG接收站一期项目采购的6台高压输送泵均为国际品牌产品，已于2014年11月投运。2019年为保证冬季生产，新增1台国产泵，截至2022年7月底，该泵已运行22208h。进口泵和国产泵的运行检修情况见表4。
3.5 气化器
气化器的设计压力一般为10~17MPa，属于高压容器。在我国早期建设的LNG接收站中，全部采用进口，其中IFV(中间流体式气化器)的供货商来自东亚，供货数量为11台；ORV的供货商也来自东亚，供货数量为43台；SCV的供货商来自欧洲和东亚，供货数量为30台。
3.5.1 SCV
国内某LNG接收站一期项目采购5台处理能力相同的SCV，其中4台进口、1台国产，并于2018年投入运行，总体情况良好，其运行测试情况对比见表5。早期国产SCV全部使用进口燃烧器。目前，国内厂家已开发出低NOx的燃烧技术，可以将烟气中的NOx含量(标准状态)控制在50mg/m3以下，且质量稳定性较好，可有效减少大气污染。
3.5.2 IFV
国内某LNG接收站一期和二期项目共采购9台IFV，均为国产设备，分别于2018年和2019年投入运行。当海水温度≥4℃时，IFV即可满负荷运行，且能耗消耗不足SCV的1/10，极大降低了接收站的运行成本。在运行初期，有2台设备先后出现管板连接处微渗漏现象，初步判断为换热管材的微缺陷经长期高压运行扩展成为贯穿性微缺陷所致。经维修后消除了微缺陷。投产至今设备运行稳定，运行效果良好。运行过程中，还应关注丙烷腔液位计的液位测量准确性，若经常出现测量不准的现象，需检查液位计引压管的气化情况。若属于受外界温度影响引起的气化不彻底，可采用更大管径的引压管，并在引压管外增加电伴热保温，以保证气化的充分性。
3.6 大口径低温阀门
LNG低温阀门一个最重要的结构特点，是具备1个加长阀盖，能够在阀盖中形成1个绝热气腔，以保证阀门填料函、阀门执行器处于常温环境，不受低温介质影响。阀门承受低温的金属部件，如阀体、阀盖、阀杆、阀球、阀座密封环，必须进行深冷处理。而且，阀门应按照ISO15848-1开展-196℃下的微泄漏认证鉴定试验，并按照ISO15848-2进行出厂微泄漏试验测试。
自2013年起，国内LNG接收站建设单位从小口径、低磅级开始启动低温阀门的技术攻关。国内某LNG接收站于2014年投用的一期项目中，无1台国产低温阀门，而在该接收站的三期项目中，国产低温阀门的数量占比已达到91％，其中，低温安全阀已全部国产，非关键位置和非经常频繁开关操作的控制阀门和手动球阀也实现国产，供货范围分别见表6和表7。
国内某LNG接收站在2022年选择6台位于高压泵入口管线上的低温阀门开展了泄漏测试，测试结果见表8。可以看到，进口阀门与国产阀门均有不同程度内漏现象。需要引起注意的是，阀门的内漏量与管道中残留杂质导致的磨损也有一定关系。
４ 结论
本文从LNG接收站自主技术和主要装备的发展情况入手，对LNG接收站主要装备的质量特点以及在安装、调试、运行期间的质量稳定性进行了的分析。分析结果显示，建立在自主技术基础上的国内LNG接收站主要装备的质量可以满足装置安全稳定运行的需要。可以预见，随着国内LNG接收站数量的增加，装备国产化的比率和质量会持续提升，国产装备的标准化、系列化也会更上一层楼。而且，通过全面采用国产装备，不仅可以缩短建设周期、节约采购成本、提高建设质量，还可以为国家现代能源体系的建设提供有力的供应链安全保障。
免责声明：所载内容来源于关键《石油化工设备技术》第44卷第3期。仅供参考、交流。转载的稿件版权归原作者和机构所有，如有侵权，请联系我们删除。
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