1.引言

         青山绿水呼唤清洁能源，随着各地环保压力日趋加大，天然气作为我国未来清洁能源的主体地位日益凸显。液化天然气（LNG）是一个非常重要、非常适时的燃气资源。目前各行各业对天然气的需求量越来越大，液化天然气不但可以对管道供应起到积极的补充作用，而且在交通、新能源、替代燃料等方面也有广阔的前景。全球已累计建设300多座液化天然气工厂。近十多年来，我国在液化天然气（LNG）工厂发展方面也积累了很多经验。液化天然气工厂的建设和运营备受关注。目前国内的天然气液化工厂普遍采用混合冷剂制冷工艺（MRC）和MDEA溶液脱除酸性气体的工艺。本文就以此类液化工厂为例浅析一下仪表设计、选型方面的一些问题和注意事项，也为采用其它工艺类型的液化工厂提供一些有益的参考。

 

2.通常情况下仪表类型

         目前，国内的液化工厂的建设以民营企业为主，还有部分央企和地方国企。投资规模相对煤化工项目要小很多，主要采用EPC方式。工艺包和核心设备大多由国外厂商提供。也有部分国内厂商在消化吸收国外工艺包的基础上推出了自己的工艺包，但核心设备还是依赖进口。设计院通常只是套用工艺包厂商的工艺流程图，仅对主工艺流程图以外的公用工程部分做设计，至于设备选型等则是完全套用工艺包和设备厂商的设计，核心设备及附属电气仪表设备都由厂家成套提供。工艺包和设备厂商在仪表选型方面存在一些局限，对核心设备乃至整个工厂的长周期安全、稳定运行都产生了不小的影响。

 

3.仪表选型的一些建议

         以某公司日处理50Nm 3 天然气的液厂为例，笔者曾经在该公司的几个液厂负责电仪设备的运行工作。该公司的几个液厂都是由国内的工艺包供应商负责提供工艺包、全套设备以及设备安装、调试工作。冷剂压缩机采用某国际知名品牌的离心压缩机组。设计工作由国内的燃气设计院负责。建设方因成本控制原因，前期没用聘用有经验的专业技术人员，项目建设中的技术问题基本依靠总包方和设计院来把关。在项目建成并进入投产运行后发现了一系列仪表设备设计、选型方面的问题，大致归纳为以下几个方面：

 

(1) 仪表类型选择不合理

         采用蒸汽轮机驱动压缩机组。表冷器液位由某国际知名仪表厂家配套。同一测点设有两台浮筒液位计，价格不菲。一台用来控制冷凝液泵的启停，另一台用来控制液位调节阀。在试车时发现有一台损坏严重，被迫返厂修理。期间只能在ITCC系统中将其中一台液位计的信号分别引到冷凝泵和液位调节控制系统。此举虽然可以保证系统运行，但降低了系统的安全系数。半年后返回，还是无法使用。可能是考虑到热井内部是负压，该液位计耐压等级较高，体积和重量都很大，拆装十分不便。为了保证系统安全稳定运行，笔者用一台双法兰差压变送器替代原来的浮筒液位计，经实际使用效果不错，完全能够满足生产需要。此前，几乎所有的汽轮机热井标配都是浮筒液位计，究其原因，还是厂家配套习惯的问题。其实热井液位计的选型并没有严格的限制，只要保证仪表在负压下的测量精度，除浮筒以外的其它测量形式的液位计也可以考虑，一来拆装方便，二来价格合理、维修快捷。冷剂压缩机入口、级间和末级分离都是双液位计。一台是磁翻柱液位计，用于就地显示；另一台是双法兰差压液位计用于远传显示。众所周知，在MRCA混合制冷工艺中，制冷负荷与冷剂的配比密切相关，当冷剂配比变化了，液态冷剂的密度就会变化，导致差压液位计测量数据与磁翻柱液位计数据不一致。其实可以将差压液位计改为磁致伸缩液位计，该液位计与磁翻柱液位计一样，都是采用浮力原理，液体密度变化对测量数据影响较小。

 

         目前，很多天然气净化单元都采用MDEA溶液脱除酸性气体的工艺。MDEA是一种水溶液，该公司几个工厂所处的地方冬季极端气都在零下十几度，设计院在净化单元的仪表选型没有考虑防冻的问题，部分与MDEA接触的仪表和可能产生凝结水的仪表都没有伴热。后来给部分仪表导压管和变送器本体敷设了电伴热并包裹了保温，基本达到了仪表防冻保温的要求，从而保证了生产的顺利进行。如果现场不具备伴热条件，或者想省去保温、伴热环节，仪表就应该选择法兰式变送器，或者尽量缩短导压管，贴近工艺管道和设备安装，利用工艺管道和设自身的热量达到保温伴热的目的。

 

         该厂天然气净化单元的工艺热源由一台有机热载体锅炉（俗称导热油炉）提供。厂家配备了简易的离子火焰探测器，该探测器结构简单，造价低廉，每隔3～6个月就得检查或更换一次。每次检查必将整个燃烧机拆开，费工费时。工厂投产运行的zui初一年多时间，因为火焰探测器问题导致了数次非正常停车。后来改为“紫外火焰探测器”。虽然价格较高，但是可靠性、使用寿命和检维修周期大大提高，因非计划停车给工厂带来损失大大减少。

 

         该厂净化单元好和液化单元用到很多气动阀。其中MDEA溶液系统的一台DN125的切断阀因阀芯与阀杆链接部位的卡圈材质不佳，导致该阀的阀杆与阀芯脱离。该阀阀体结构为“高进低出”，正常运行中阀芯在流体作用下，始终与阀座分离，MDEA溶液可以正常通过。当系统停车，该阀会自动关闭，当再次启动时，因阀杆与阀芯脱离，该阀无法打开，MDEA溶液无法进入吸收塔。经拆解检查发现该阀的卡圈为黄铜材质，因为黄铜在MDEA溶液中很容易被腐蚀，再加上阀门动作时受力较大，卡圈已经碎成好几截。

 

脱水单元的分子筛程控切换阀因经常动作，阀杆的密封填料处经常有天然气泄漏。还有液化单元的一些低温阀门的阀杆密封方式选用的是填料密封，因填料和阀杆的膨胀系数不一样，在低温下阀杆的密封填料处经常有制冷剂泄漏。笔者建议这些地方的气动阀门的阀杆密封应采用波纹管密封方式。

 

(2) 仪表参数设计不合理

         表冷器真空度是汽轮机运行的一个关键参数，但是该压缩机厂家居然没有将该参数纳入压缩机联锁保护中。有一次，因表冷器真空度急剧下降，大气安全动作迟滞，操作人员经验不足，没有及时将汽轮机停车，直接导致表冷器膨胀节超压损坏。后期在笔者的建议下厂家将该参数纳入压缩机联锁保护中。事实上国内、外的很多压缩机厂商都把表冷器真空度这一重要参数纳入到了压缩机联锁保护中。但大多只采用一台绝对压力变送器来测量表冷器的真空度。笔者认为，该参数应该像系统油压联锁一样，采用三台绝对压力变送器来测量，在ITTC采用“三取二”方式用作联锁触发信号，确保系统安全。

 

         该厂在循环水系统总管的进出口都设置了流量计、温度计和压力表，并且将循环水入口压力引入了全厂的紧急停车系统，也就是说当进入口压力低于一定数值时，即判定为循环水量不足，就会触发全厂停车。一次，因为循环水泵入口电动阀门意外短暂关闭，冷剂压缩机组循环水流量不足，导致汽轮机真空急剧下降，险些酿成重大设备事故。事后分析原因总结教训，其实循环水总管流量才是衡量循环水量是否充足的重要依据，当循环水泵入口关闭时，循环水总管压力不降反升，并不能反应循环水量是否充足，只有通过流量和压力两个参数综合分析才能充分判断循环水系统是否正常。液化单元设计了冷剂组分分析测点，并将该测点引入在线色谱分析仪，操作人员通过在线色谱分析数据来调整冷剂配比，从而达到调整制冷负荷的目的。成套设备供应商出于节约成本的目的，将该测点与其它几个测点引入同一台在线色谱分析仪，这样一来，设备成本降低了，但是分析周期加长了，数据更新不及时，冷剂配比调整严重滞后于制冷负荷的变化。为了改变这种被动情况，笔者建议冷剂组分分析应采用一台专门的在线色谱来完成。

 

(3) 仪表安装方式不合理

         在压缩机调试之初，笔者发现汽轮机伺服马达（电液转换器）接线盒和信号线距离汽轮机的高温缸体表面不足10厘米。后将接线盒和信号线改变安装位置，避开高温表面，彻底杜绝了因高温烘烤可能导致电缆起火引发的事故。压缩机组的轴系仪表，用来检测压缩机机组的运行状态。其测量参数也纳入联锁保护系统的。汽轮机轴系仪表监测系统的前置器箱体距离汽轮机高压蒸汽管太近，长期处于高温烘烤下，导致前置器温度过高，传递失真信号，引发压缩机机组跳车。后来将前置器箱体安装在远离热源的地方，尽量将探头到前置器箱的电缆避开热源，彻底杜绝了上述问题。

 

(4) 仪表设计漏项

         可能厂家是出于节约成本考虑，未设置汽轮高压蒸汽紧急放空阀，给现场运行带来了很大的工作量，并且存在安全隐患。压缩机机组每次开车，汽轮机都得“暖管”，操作人员需要多次爬到汽轮机顶部开关并调整高压蒸汽放空阀。当压缩机停机后，操作人必须再次爬到汽轮机顶部快速打开高压蒸汽放空，以确保输送高压蒸汽的管道不会超压。劳动强度很大，稍有不慎就会发生烫伤和跌落事故。后来在汽轮机顶部增设了气动高压蒸汽放空阀，从中控室即可遥控该阀，一方面可以确保压缩机组安全运行，另一方面还可减轻员工的劳动强度，一举两得。

 

         可能是出于成本考虑，抑或是设计人员的经验不足，该公司另一个液化工厂的很多自控阀门都没有设计阀位反馈，在实际操作中带来了很多不便。其实目前多阀门定位器都集成了阀位反馈功能，只需增加很少配件，甚至无需增加任何配件，就可实现阀位反馈功能，所需增加的仅仅是电缆和DCS系统中AI通道。

 

4.结论

         关于天然气液化工厂的仪表设计、选型应当从实际出发，从使用者的角度出发，多结合现场实际情况。在确保人员和设备安全的前提下，打破惯例，以经济适用为主，认真选择仪表类型，合理选配仪表数量，综合考虑仪表安装位置，确保液化工厂的安全、稳定运行。