1.引言

         青山綠水呼喚清潔能源，隨著各地環(huán)保壓力日趨加大，天然氣作為我國未來清潔能源的主體地位日益凸顯。液化天然氣（LNG）是一個(gè)非常重要、非常適時(shí)的燃?xì)赓Y源。目前各行各業(yè)對(duì)天然氣的需求量越來越大，液化天然氣不但可以對(duì)管道供應(yīng)起到積極的補(bǔ)充作用，而且在交通、新能源、替代燃料等方面也有廣闊的前景。全球已累計(jì)建設(shè)300多座液化天然氣工廠。近十多年來，我國在液化天然氣（LNG）工廠發(fā)展方面也積累了很多經(jīng)驗(yàn)。液化天然氣工廠的建設(shè)和運(yùn)營備受關(guān)注。目前國內(nèi)的天然氣液化工廠普遍采用混合冷劑制冷工藝（MRC）和MDEA溶液脫除酸性氣體的工藝。本文就以此類液化工廠為例淺析一下儀表設(shè)計(jì)、選型方面的一些問題和注意事項(xiàng)，也為采用其它工藝類型的液化工廠提供一些有益的參考。

 

2.通常情況下儀表類型

         目前，國內(nèi)的液化工廠的建設(shè)以民營企業(yè)為主，還有部分央企和地方國企。投資規(guī)模相對(duì)煤化工項(xiàng)目要小很多，主要采用EPC方式。工藝包和核心設(shè)備大多由國外廠商提供。也有部分國內(nèi)廠商在消化吸收國外工藝包的基礎(chǔ)上推出了自己的工藝包，但核心設(shè)備還是依賴進(jìn)口。設(shè)計(jì)院通常只是套用工藝包廠商的工藝流程圖，僅對(duì)主工藝流程圖以外的公用工程部分做設(shè)計(jì)，至于設(shè)備選型等則是完全套用工藝包和設(shè)備廠商的設(shè)計(jì)，核心設(shè)備及附屬電氣儀表設(shè)備都由廠家成套提供。工藝包和設(shè)備廠商在儀表選型方面存在一些局限，對(duì)核心設(shè)備乃至整個(gè)工廠的長周期安全、穩(wěn)定運(yùn)行都產(chǎn)生了不小的影響。

 

3.儀表選型的一些建議

         以某公司日處理50Nm 3 天然氣的液廠為例，筆者曾經(jīng)在該公司的幾個(gè)液廠負(fù)責(zé)電儀設(shè)備的運(yùn)行工作。該公司的幾個(gè)液廠都是由國內(nèi)的工藝包供應(yīng)商負(fù)責(zé)提供工藝包、全套設(shè)備以及設(shè)備安裝、調(diào)試工作。冷劑壓縮機(jī)采用某國際知名品牌的離心壓縮機(jī)組。設(shè)計(jì)工作由國內(nèi)的燃?xì)庠O(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)。建設(shè)方因成本控制原因，前期沒用聘用有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)技術(shù)人員，項(xiàng)目建設(shè)中的技術(shù)問題基本依靠總包方和設(shè)計(jì)院來把關(guān)。在項(xiàng)目建成并進(jìn)入投產(chǎn)運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)了一系列儀表設(shè)備設(shè)計(jì)、選型方面的問題，大致歸納為以下幾個(gè)方面：

 

(1) 儀表類型選擇不合理

         采用蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組。表冷器液位由某國際知名儀表廠家配套。同一測點(diǎn)設(shè)有兩臺(tái)浮筒液位計(jì)，價(jià)格不菲。一臺(tái)用來控制冷凝液泵的啟停，另一臺(tái)用來控制液位調(diào)節(jié)閥。在試車時(shí)發(fā)現(xiàn)有一臺(tái)損壞嚴(yán)重，被迫返廠修理。期間只能在ITCC系統(tǒng)中將其中一臺(tái)液位計(jì)的信號(hào)分別引到冷凝泵和液位調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。此舉雖然可以保證系統(tǒng)運(yùn)行，但降低了系統(tǒng)的安全系數(shù)。半年后返回，還是無法使用?？赡苁强紤]到熱井內(nèi)部是負(fù)壓，該液位計(jì)耐壓等級(jí)較高，體積和重量都很大，拆裝十分不便。為了保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，筆者用一臺(tái)雙法蘭差壓變送器替代原來的浮筒液位計(jì)，經(jīng)實(shí)際使用效果不錯(cuò)，完全能夠滿足生產(chǎn)需要。此前，幾乎所有的汽輪機(jī)熱井標(biāo)配都是浮筒液位計(jì)，究其原因，還是廠家配套習(xí)慣的問題。其實(shí)熱井液位計(jì)的選型并沒有嚴(yán)格的限制，只要保證儀表在負(fù)壓下的測量精度，除浮筒以外的其它測量形式的液位計(jì)也可以考慮，一來拆裝方便，二來價(jià)格合理、維修快捷。冷劑壓縮機(jī)入口、級(jí)間和末級(jí)分離都是雙液位計(jì)。一臺(tái)是磁翻柱液位計(jì)，用于就地顯示；另一臺(tái)是雙法蘭差壓液位計(jì)用于遠(yuǎn)傳顯示。眾所周知，在MRCA混合制冷工藝中，制冷負(fù)荷與冷劑的配比密切相關(guān)，當(dāng)冷劑配比變化了，液態(tài)冷劑的密度就會(huì)變化，導(dǎo)致差壓液位計(jì)測量數(shù)據(jù)與磁翻柱液位計(jì)數(shù)據(jù)不一致。其實(shí)可以將差壓液位計(jì)改為磁致伸縮液位計(jì)，該液位計(jì)與磁翻柱液位計(jì)一樣，都是采用浮力原理，液體密度變化對(duì)測量數(shù)據(jù)影響較小。

 

         目前，很多天然氣凈化單元都采用MDEA溶液脫除酸性氣體的工藝。MDEA是一種水溶液，該公司幾個(gè)工廠所處的地方冬季極端氣都在零下十幾度，設(shè)計(jì)院在凈化單元的儀表選型沒有考慮防凍的問題，部分與MDEA接觸的儀表和可能產(chǎn)生凝結(jié)水的儀表都沒有伴熱。后來給部分儀表導(dǎo)壓管和變送器本體敷設(shè)了電伴熱并包裹了保溫，基本達(dá)到了儀表防凍保溫的要求，從而保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。如果現(xiàn)場不具備伴熱條件，或者想省去保溫、伴熱環(huán)節(jié)，儀表就應(yīng)該選擇法蘭式變送器，或者盡量縮短導(dǎo)壓管，貼近工藝管道和設(shè)備安裝，利用工藝管道和設(shè)自身的熱量達(dá)到保溫伴熱的目的。

 

         該廠天然氣凈化單元的工藝熱源由一臺(tái)有機(jī)熱載體鍋爐（俗稱導(dǎo)熱油爐）提供。廠家配備了簡易的離子火焰探測器，該探測器結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，每隔3～6個(gè)月就得檢查或更換一次。每次檢查必將整個(gè)燃燒機(jī)拆開，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。工廠投產(chǎn)運(yùn)行的zui初一年多時(shí)間，因?yàn)榛鹧嫣綔y器問題導(dǎo)致了數(shù)次非正常停車。后來改為“紫外火焰探測器”。雖然價(jià)格較高，但是可靠性、使用壽命和檢維修周期大大提高，因非計(jì)劃停車給工廠帶來損失大大減少。

 

         該廠凈化單元好和液化單元用到很多氣動(dòng)閥。其中MDEA溶液系統(tǒng)的一臺(tái)DN125的切斷閥因閥芯與閥桿鏈接部位的卡圈材質(zhì)不佳，導(dǎo)致該閥的閥桿與閥芯脫離。該閥閥體結(jié)構(gòu)為“高進(jìn)低出”，正常運(yùn)行中閥芯在流體作用下，始終與閥座分離，MDEA溶液可以正常通過。當(dāng)系統(tǒng)停車，該閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)再次啟動(dòng)時(shí)，因閥桿與閥芯脫離，該閥無法打開，MDEA溶液無法進(jìn)入吸收塔。經(jīng)拆解檢查發(fā)現(xiàn)該閥的卡圈為黃銅材質(zhì)，因?yàn)辄S銅在MDEA溶液中很容易被腐蝕，再加上閥門動(dòng)作時(shí)受力較大，卡圈已經(jīng)碎成好幾截。

 

脫水單元的分子篩程控切換閥因經(jīng)常動(dòng)作，閥桿的密封填料處經(jīng)常有天然氣泄漏。還有液化單元的一些低溫閥門的閥桿密封方式選用的是填料密封，因填料和閥桿的膨脹系數(shù)不一樣，在低溫下閥桿的密封填料處經(jīng)常有制冷劑泄漏。筆者建議這些地方的氣動(dòng)閥門的閥桿密封應(yīng)采用波紋管密封方式。

 

(2) 儀表參數(shù)設(shè)計(jì)不合理

         表冷器真空度是汽輪機(jī)運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，但是該壓縮機(jī)廠家居然沒有將該參數(shù)納入壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)中。有一次，因表冷器真空度急劇下降，大氣安全動(dòng)作遲滯，操作人員經(jīng)驗(yàn)不足，沒有及時(shí)將汽輪機(jī)停車，直接導(dǎo)致表冷器膨脹節(jié)超壓損壞。后期在筆者的建議下廠家將該參數(shù)納入壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)中。事實(shí)上國內(nèi)、外的很多壓縮機(jī)廠商都把表冷器真空度這一重要參數(shù)納入到了壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)中。但大多只采用一臺(tái)絕對(duì)壓力變送器來測量表冷器的真空度。筆者認(rèn)為，該參數(shù)應(yīng)該像系統(tǒng)油壓聯(lián)鎖一樣，采用三臺(tái)絕對(duì)壓力變送器來測量，在ITTC采用“三取二”方式用作聯(lián)鎖觸發(fā)信號(hào)，確保系統(tǒng)安全。

 

         該廠在循環(huán)水系統(tǒng)總管的進(jìn)出口都設(shè)置了流量計(jì)、溫度計(jì)和壓力表，并且將循環(huán)水入口壓力引入了全廠的緊急停車系統(tǒng)，也就是說當(dāng)進(jìn)入口壓力低于一定數(shù)值時(shí)，即判定為循環(huán)水量不足，就會(huì)觸發(fā)全廠停車。一次，因?yàn)檠h(huán)水泵入口電動(dòng)閥門意外短暫關(guān)閉，冷劑壓縮機(jī)組循環(huán)水流量不足，導(dǎo)致汽輪機(jī)真空急劇下降，險(xiǎn)些釀成重大設(shè)備事故。事后分析原因總結(jié)教訓(xùn)，其實(shí)循環(huán)水總管流量才是衡量循環(huán)水量是否充足的重要依據(jù)，當(dāng)循環(huán)水泵入口關(guān)閉時(shí)，循環(huán)水總管壓力不降反升，并不能反應(yīng)循環(huán)水量是否充足，只有通過流量和壓力兩個(gè)參數(shù)綜合分析才能充分判斷循環(huán)水系統(tǒng)是否正常。液化單元設(shè)計(jì)了冷劑組分分析測點(diǎn)，并將該測點(diǎn)引入在線色譜分析儀，操作人員通過在線色譜分析數(shù)據(jù)來調(diào)整冷劑配比，從而達(dá)到調(diào)整制冷負(fù)荷的目的。成套設(shè)備供應(yīng)商出于節(jié)約成本的目的，將該測點(diǎn)與其它幾個(gè)測點(diǎn)引入同一臺(tái)在線色譜分析儀，這樣一來，設(shè)備成本降低了，但是分析周期加長了，數(shù)據(jù)更新不及時(shí)，冷劑配比調(diào)整嚴(yán)重滯后于制冷負(fù)荷的變化。為了改變這種被動(dòng)情況，筆者建議冷劑組分分析應(yīng)采用一臺(tái)專門的在線色譜來完成。

 

(3) 儀表安裝方式不合理

         在壓縮機(jī)調(diào)試之初，筆者發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)伺服馬達(dá)（電液轉(zhuǎn)換器）接線盒和信號(hào)線距離汽輪機(jī)的高溫缸體表面不足10厘米。后將接線盒和信號(hào)線改變安裝位置，避開高溫表面，徹底杜絕了因高溫烘烤可能導(dǎo)致電纜起火引發(fā)的事故。壓縮機(jī)組的軸系儀表，用來檢測壓縮機(jī)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。其測量參數(shù)也納入聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的。汽輪機(jī)軸系儀表監(jiān)測系統(tǒng)的前置器箱體距離汽輪機(jī)高壓蒸汽管太近，長期處于高溫烘烤下，導(dǎo)致前置器溫度過高，傳遞失真信號(hào)，引發(fā)壓縮機(jī)機(jī)組跳車。后來將前置器箱體安裝在遠(yuǎn)離熱源的地方，盡量將探頭到前置器箱的電纜避開熱源，徹底杜絕了上述問題。

 

(4) 儀表設(shè)計(jì)漏項(xiàng)

         可能廠家是出于節(jié)約成本考慮，未設(shè)置汽輪高壓蒸汽緊急放空閥，給現(xiàn)場運(yùn)行帶來了很大的工作量，并且存在安全隱患。壓縮機(jī)機(jī)組每次開車，汽輪機(jī)都得“暖管”，操作人員需要多次爬到汽輪機(jī)頂部開關(guān)并調(diào)整高壓蒸汽放空閥。當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)后，操作人必須再次爬到汽輪機(jī)頂部快速打開高壓蒸汽放空，以確保輸送高壓蒸汽的管道不會(huì)超壓。勞動(dòng)強(qiáng)度很大，稍有不慎就會(huì)發(fā)生燙傷和跌落事故。后來在汽輪機(jī)頂部增設(shè)了氣動(dòng)高壓蒸汽放空閥，從中控室即可遙控該閥，一方面可以確保壓縮機(jī)組安全運(yùn)行，另一方面還可減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，一舉兩得。

 

         可能是出于成本考慮，抑或是設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)不足，該公司另一個(gè)液化工廠的很多自控閥門都沒有設(shè)計(jì)閥位反饋，在實(shí)際操作中帶來了很多不便。其實(shí)目前多閥門定位器都集成了閥位反饋功能，只需增加很少配件，甚至無需增加任何配件，就可實(shí)現(xiàn)閥位反饋功能，所需增加的僅僅是電纜和DCS系統(tǒng)中AI通道。

 

4.結(jié)論

         關(guān)于天然氣液化工廠的儀表設(shè)計(jì)、選型應(yīng)當(dāng)從實(shí)際出發(fā)，從使用者的角度出發(fā)，多結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況。在確保人員和設(shè)備安全的前提下，打破慣例，以經(jīng)濟(jì)適用為主，認(rèn)真選擇儀表類型，合理選配儀表數(shù)量，綜合考慮儀表安裝位置，確保液化工廠的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。