1.引言

         青山綠水呼喚清潔能源，隨著各地環保壓力日趨加大，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）是一個非常重要、非常適時的燃氣資源。目前各行各業對天然氣的需求量越來越大，液化天然氣不但可以對管道供應起到積極的補充作用，而且在交通、新能源、替代燃料等方面也有廣闊的前景。全球已累計建設300多座液化天然氣工廠。近十多年來，我國在液化天然氣（LNG）工廠發展方面也積累了很多經驗。液化天然氣工廠的建設和運營備受關注。目前國內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計、選型方面的一些問題和注意事項，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，國內的液化工廠的建設以民營企業為主，還有部分央企和地方國企。投資規模相對煤化工項目要小很多，主要采用EPC方式。工藝包和核心設備大多由國外廠商提供。也有部分國內廠商在消化吸收國外工藝包的基礎上推出了自己的工藝包，但核心設備還是依賴進口。設計院通常只是套用工藝包廠商的工藝流程圖，僅對主工藝流程圖以外的公用工程部分做設計，至于設備選型等則是完全套用工藝包和設備廠商的設計，核心設備及附屬電氣儀表設備都由廠家成套提供。工藝包和設備廠商在儀表選型方面存在一些局限，對核心設備乃至整個工廠的長周期安全、穩定運行都產生了不小的影響。

 

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，筆者曾經在該公司的幾個液廠負責電儀設備的運行工作。該公司的幾個液廠都是由國內的工藝包供應商負責提供工藝包、全套設備以及設備安裝、調試工作。冷劑壓縮機采用某國際知名品牌的離心壓縮機組。設計工作由國內的燃氣設計院負責。建設方因成本控制原因，前期沒用聘用有經驗的專業技術人員，項目建設中的技術問題基本依靠總包方和設計院來把關。在項目建成并進入投產運行后發現了一系列儀表設備設計、選型方面的問題，大致歸納為以下幾個方面：

 

(1) 儀表類型選擇不合理

         采用蒸汽輪機驅動壓縮機組。表冷器液位由某國際知名儀表廠家配套。同一測點設有兩臺浮筒液位計，價格不菲。一臺用來控制冷凝液泵的啟停，另一臺用來控制液位調節閥。在試車時發現有一臺損壞嚴重，被迫返廠修理。期間只能在ITCC系統中將其中一臺液位計的信號分別引到冷凝泵和液位調節控制系統。此舉雖然可以保證系統運行，但降低了系統的安全系數。半年后返回，還是無法使用。可能是考慮到熱井內部是負壓，該液位計耐壓等級較高，體積和重量都很大，拆裝十分不便。為了保證系統安全穩定運行，筆者用一臺雙法蘭差壓變送器替代原來的浮筒液位計，經實際使用效果不錯，完全能夠滿足生產需要。此前，幾乎所有的汽輪機熱井標配都是浮筒液位計，究其原因，還是廠家配套習慣的問題。其實熱井液位計的選型并沒有嚴格的限制，只要保證儀表在負壓下的測量精度，除浮筒以外的其它測量形式的液位計也可以考慮，一來拆裝方便，二來價格合理、維修快捷。冷劑壓縮機入口、級間和末級分離都是雙液位計。一臺是磁翻柱液位計，用于就地顯示；另一臺是雙法蘭差壓液位計用于遠傳顯示。眾所周知，在MRCA混合制冷工藝中，制冷負荷與冷劑的配比密切相關，當冷劑配比變化了，液態冷劑的密度就會變化，導致差壓液位計測量數據與磁翻柱液位計數據不一致。其實可以將差壓液位計改為磁致伸縮液位計，該液位計與磁翻柱液位計一樣，都是采用浮力原理，液體密度變化對測量數據影響較小。

 

         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，該公司幾個工廠所處的地方冬季極端氣都在零下十幾度，設計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生凝結水的儀表都沒有伴熱。后來給部分儀表導壓管和變送器本體敷設了電伴熱并包裹了保溫，基本達到了儀表防凍保溫的要求，從而保證了生產的順利進行。如果現場不具備伴熱條件，或者想省去保溫、伴熱環節，儀表就應該選擇法蘭式變送器，或者盡量縮短導壓管，貼近工藝管道和設備安裝，利用工藝管道和設自身的熱量達到保溫伴熱的目的。

 

         該廠天然氣凈化單元的工藝熱源由一臺有機熱載體鍋爐（俗稱導熱油爐）提供。廠家配備了簡易的離子火焰探測器，該探測器結構簡單，造價低廉，每隔3～6個月就得檢查或更換一次。每次檢查必將整個燃燒機拆開，費工費時。工廠投產運行的zui初一年多時間，因為火焰探測器問題導致了數次非正常停車。后來改為“紫外火焰探測器”。雖然價格較高，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閥。其中MDEA溶液系統的一臺DN125的切斷閥因閥芯與閥桿鏈接部位的卡圈材質不佳，導致該閥的閥桿與閥芯脫離。該閥閥體結構為“高進低出”，正常運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。當系統停車，該閥會自動關閉，當再次啟動時，因閥桿與閥芯脫離，該閥無法打開，MDEA溶液無法進入吸收塔。經拆解檢查發現該閥的卡圈為黃銅材質，因為黃銅在MDEA溶液中很容易被腐蝕，再加上閥門動作時受力較大，卡圈已經碎成好幾截。

 

脫水單元的分子篩程控切換閥因經常動作，閥桿的密封填料處經常有天然氣泄漏。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不一樣，在低溫下閥桿的密封填料處經常有制冷劑泄漏。筆者建議這些地方的氣動閥門的閥桿密封應采用波紋管密封方式。

 

(2) 儀表參數設計不合理

         表冷器真空度是汽輪機運行的一個關鍵參數，但是該壓縮機廠家居然沒有將該參數納入壓縮機聯鎖保護中。有一次，因表冷器真空度急劇下降，大氣安全動作遲滯，操作人員經驗不足，沒有及時將汽輪機停車，直接導致表冷器膨脹節超壓損壞。后期在筆者的建議下廠家將該參數納入壓縮機聯鎖保護中。事實上國內、外的很多壓縮機廠商都把表冷器真空度這一重要參數納入到了壓縮機聯鎖保護中。但大多只采用一臺絕對壓力變送器來測量表冷器的真空度。筆者認為，該參數應該像系統油壓聯鎖一樣，采用三臺絕對壓力變送器來測量，在ITTC采用“三取二”方式用作聯鎖觸發信號，確保系統安全。

 

         該廠在循環水系統總管的進出口都設置了流量計、溫度計和壓力表，并且將循環水入口壓力引入了全廠的緊急停車系統，也就是說當進入口壓力低于一定數值時，即判定為循環水量不足，就會觸發全廠停車。一次，因為循環水泵入口電動閥門意外短暫關閉，冷劑壓縮機組循環水流量不足，導致汽輪機真空急劇下降，險些釀成重大設備事故。事后分析原因總結教訓，其實循環水總管流量才是衡量循環水量是否充足的重要依據，當循環水泵入口關閉時，循環水總管壓力不降反升，并不能反應循環水量是否充足，只有通過流量和壓力兩個參數綜合分析才能充分判斷循環水系統是否正常。液化單元設計了冷劑組分分析測點，并將該測點引入在線色譜分析儀，操作人員通過在線色譜分析數據來調整冷劑配比，從而達到調整制冷負荷的目的。成套設備供應商出于節約成本的目的，將該測點與其它幾個測點引入同一臺在線色譜分析儀，這樣一來，設備成本降低了，但是分析周期加長了，數據更新不及時，冷劑配比調整嚴重滯后于制冷負荷的變化。為了改變這種被動情況，筆者建議冷劑組分分析應采用一臺專門的在線色譜來完成。

 

(3) 儀表安裝方式不合理

         在壓縮機調試之初，筆者發現汽輪機伺服馬達（電液轉換器）接線盒和信號線距離汽輪機的高溫缸體表面不足10厘米。后將接線盒和信號線改變安裝位置，避開高溫表面，徹底杜絕了因高溫烘烤可能導致電纜起火引發的事故。壓縮機組的軸系儀表，用來檢測壓縮機機組的運行狀態。其測量參數也納入聯鎖保護系統的。汽輪機軸系儀表監測系統的前置器箱體距離汽輪機高壓蒸汽管太近，長期處于高溫烘烤下，導致前置器溫度過高，傳遞失真信號，引發壓縮機機組跳車。后來將前置器箱體安裝在遠離熱源的地方，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) 儀表設計漏項

         可能廠家是出于節約成本考慮，未設置汽輪高壓蒸汽緊急放空閥，給現場運行帶來了很大的工作量，并且存在安全隱患。壓縮機機組每次開車，汽輪機都得“暖管”，操作人員需要多次爬到汽輪機頂部開關并調整高壓蒸汽放空閥。當壓縮機停機后，操作人必須再次爬到汽輪機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超壓。勞動強度很大，稍有不慎就會發生燙傷和跌落事故。后來在汽輪機頂部增設了氣動高壓蒸汽放空閥，從中控室即可遙控該閥，一方面可以確保壓縮機組安全運行，另一方面還可減輕員工的勞動強度，一舉兩得。

 

         可能是出于成本考慮，抑或是設計人員的經驗不足，該公司另一個液化工廠的很多自控閥門都沒有設計閥位反饋，在實際操作中帶來了很多不便。其實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，就可實現閥位反饋功能，所需增加的僅僅是電纜和DCS系統中AI通道。

 

4.結論

         關于天然氣液化工廠的儀表設計、選型應當從實際出發，從使用者的角度出發，多結合現場實際情況。在確保人員和設備安全的前提下，打破慣例，以經濟適用為主，認真選擇儀表類型，合理選配儀表數量，綜合考慮儀表安裝位置，確保液化工廠的安全、穩定運行。