天津LNG接收站裝車撬國產(chǎn)化問題研究

王曉剛

中海油天津液化天然氣有限責(zé)任公司，天津 300452

LNG裝車撬是LNG接收站中關(guān)鍵設(shè)備之一，承擔(dān)著為LNG罐車充裝的任務(wù)。目前我國已投產(chǎn)的LNG接收站有十幾座，但使用的裝車撬大部分為國外進(jìn)口產(chǎn)品，國外廠家存在售后不及時(shí)、收費(fèi)高等問題，國內(nèi)企業(yè)針對(duì)這一問題在2010年前后開展了國產(chǎn)化研究，并且取得了一定進(jìn)展，在LNG接收站中也得到了實(shí)際應(yīng)用。天津LNG接收站一期建設(shè)項(xiàng)目的20臺(tái)裝車撬采用法國FMC公司產(chǎn)品，二期擴(kuò)建項(xiàng)目的11臺(tái)裝車撬準(zhǔn)備實(shí)行國產(chǎn)化，因此對(duì)國產(chǎn)化中相關(guān)問題進(jìn)行了調(diào)查和分析研究。

1 裝車撬主要構(gòu)成

裝車撬通常由裝車臂、撬本體和控制系統(tǒng)組成。裝車撬通過裝車臂直接與槽車連接，通過控制系統(tǒng)控制操作，實(shí)現(xiàn)LNG充裝作業(yè)。

1.1 裝車臂

裝車臂上的核心部件包括旋轉(zhuǎn)接頭和拉斷閥。旋轉(zhuǎn)接頭采用無潤滑結(jié)構(gòu)，并且應(yīng)用氮?dú)獯祾邼L道保持管內(nèi)干燥。旋轉(zhuǎn)接頭的可靠性直接決定了整個(gè)低溫裝車臂的使用性能和壽命。

拉斷閥采用碟板結(jié)構(gòu)形式，能確保在拉斷前，蝶板是關(guān)閉狀態(tài)，被自動(dòng)拉斷后分為兩個(gè)封閉的閥體，保證裝車臂兩端管內(nèi)液體或氣體不會(huì)泄漏，從而防止發(fā)生意外，避免對(duì)人員和設(shè)備造成危害。

1.2 撬本體

撬本體包括LNG液相管道、氣相管道、放空管道、氮?dú)獯祾吖艿馈x表風(fēng)管道、排凈管道以及管道上的附屬管件、閥門、儀表等。

（1）液相管道。液相管道用于將LNG從現(xiàn)場儲(chǔ)罐裝載至槽車。管道上依次配置有流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥、安全閥、氣動(dòng)關(guān)斷閥、壓力變送器和溫度變送器。

（2）氣相管道。氣相管道用于回收槽罐車罐內(nèi)BOG氣體，維持氣液平衡。管道依次配置有溫度變送器、壓力變送器、安全閥和氣動(dòng)關(guān)斷閥。緊急情況時(shí)，氣動(dòng)切斷閥自動(dòng)關(guān)斷，保證安全。

（3）放空管道。放空管道用于釋放系統(tǒng)內(nèi)壓力（如安全閥排出氣體）和匯集管道吹掃介質(zhì)。

（4）氮?dú)獯祾吖艿?。氮?dú)夤艿烙袃蓚€(gè)作用，一是吹掃裝車橇和裝車臂管道；二是吹掃旋轉(zhuǎn)接頭，把旋轉(zhuǎn)接頭滾道內(nèi)水蒸氣及時(shí)帶到旋轉(zhuǎn)接頭的外面，使低溫條件下裝車不至于由于水蒸氣在滾道內(nèi)結(jié)冰而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)接頭卡死現(xiàn)象。管道上配置了多處調(diào)壓閥，按各管道需要壓力吹掃各管道。

（5）儀表風(fēng)管道。儀表風(fēng)管道為氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供工業(yè)用壓縮空氣。

（6）排凈管道。排凈管道用于收集裝車結(jié)束后管道中殘余液體，且第一次裝車前可通過其預(yù)冷管道。

2 國產(chǎn)化應(yīng)用情況

目前具有LNG接收站裝車撬生產(chǎn)及應(yīng)用業(yè)績的國內(nèi)廠家只有兩家。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，裝車撬廠家具備成撬資質(zhì)及能力，裝車臂、控制系統(tǒng)能夠自行生產(chǎn)，但撬本體上的低溫閥門仍然以進(jìn)口為主。國內(nèi)的控制系統(tǒng)一般都由廠家自行生產(chǎn)，配合其自身裝車撬使用，但將自身控制系統(tǒng)與其他廠家的裝車撬配套使用則較為困難，控制系統(tǒng)與原有控制系統(tǒng)的兼容是實(shí)施過程中的關(guān)鍵所在。

2.1 低溫閥門

低溫閥門質(zhì)量的好壞直接決定著裝車撬的使用壽命，使用方在采購時(shí)一般要求低溫閥門采用延長閥蓋設(shè)計(jì)，閥體、閥芯等主體材料采用CF3M/CF3/CF8M/CF8等奧氏體不銹鋼。低溫球閥采用PCTFE嵌入的彈性軟密封結(jié)構(gòu)，填料應(yīng)使用唇式密封+石墨+PTFE結(jié)構(gòu)，并且手動(dòng)隔離閥、切斷閥防火性能應(yīng)滿足ISO 10497、API607、API6FA或同類規(guī)范的要求，同時(shí)適合于低溫環(huán)境。液相臂和氣相臂上的隔離閥應(yīng)為防火閥，并提供認(rèn)證證書。而裝車撬供貨商一般不自行生產(chǎn)低溫閥門，大都通過外購，國內(nèi)能夠生產(chǎn)LNG低溫閥門的企業(yè)僅紐威一家，且只能夠生產(chǎn)小尺寸低溫閥，裝車撬上最大口徑閥門為3in（1in=25.4 mm），紐威具備生產(chǎn)能力，但裝車撬廠家常因貨期和價(jià)格問題選擇進(jìn)口閥門。

2.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是裝車撬核心設(shè)備之一，國內(nèi)各公司采用的控制系統(tǒng)情況見表1。

3 天津L NG接收站裝車撬控制系統(tǒng)選擇

3.1 控制系統(tǒng)選擇

天津LNG接收站一期建設(shè)20臺(tái)裝車撬，采用法國FMC公司產(chǎn)品，二期擴(kuò)建11臺(tái)裝車撬，準(zhǔn)備實(shí)行國產(chǎn)化，新增裝車撬的控制系統(tǒng)有3種選擇：一是將新系統(tǒng)與老系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行；二是將新系統(tǒng)并入老系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制；三是將老系統(tǒng)并入新系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制。獨(dú)立系統(tǒng)與融合系統(tǒng)具體差別見表2。

表1 國內(nèi)各公司采用的控制系統(tǒng)

表2 系統(tǒng)融合與獨(dú)立對(duì)比分析

從表2可以看出，獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，操作人員需操作兩類系統(tǒng)，操作量增加；另外老系統(tǒng)一般為國外廠家，且在一期工程的時(shí)候未提供管理員權(quán)限，如果要接入其系統(tǒng)，需要支付高額的服務(wù)費(fèi)用。經(jīng)過分析決定，天津LNG接收站采取第三種方案，但將國外廠家裝車控制系統(tǒng)融合于自身控制系統(tǒng)存在困難。根據(jù)調(diào)研情況，目前只有中石油大連LNG和江蘇如東LNG進(jìn)行了原廠家控制系統(tǒng)改造，由國內(nèi)廠家將原有控制系統(tǒng)并入自身控制系統(tǒng)[2-3]。

3.2 系統(tǒng)融合方案選擇

系統(tǒng)融合方案有3種：一是新設(shè)置的控制系統(tǒng)上位機(jī)為唯一操作平臺(tái)，在其上實(shí)現(xiàn)融合操作，原有批控器不拆除，無縫對(duì)接原廠家批控器的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)融合要求；二是委托第三方提供上位機(jī)，在第三方系統(tǒng)上面實(shí)現(xiàn)融合；三是通過更換原廠家批控器，接入新增的裝車控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)融合。

3.2.1 方案對(duì)比

方案一：國內(nèi)廠家需能夠獲取原系統(tǒng)通訊協(xié)議及地址點(diǎn)表、數(shù)據(jù)庫讀取權(quán)限，可以通過與原廠家合作和自行研究獲得，但自行獲取數(shù)據(jù)是否合法合規(guī)、是否會(huì)給使用方帶來任何相關(guān)法律糾紛需進(jìn)一步探討。

方案二：融合設(shè)備接入點(diǎn)為兩套系統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)，且需原廠家以及新廠家開放數(shù)據(jù)支持，包括但不限于裝車單號(hào)、撬號(hào)、起始時(shí)間、設(shè)定量、實(shí)裝量等相關(guān)裝車數(shù)據(jù)，同樣存在取得原廠家授權(quán)的問題。

方案三：需在裝車區(qū)拆除原有批控器，更換為新廠家批控器，重新接線，實(shí)施后易于實(shí)現(xiàn)融合控制。但存在以下問題：其一，更換批控器的撬需要斷電、防爆箱內(nèi)部改線，然后再重新調(diào)試，改造過程影響日常運(yùn)營。其二，批控器逐批更換，意味著在較長一段時(shí)間內(nèi)，新、老兩套系統(tǒng)要并行才不會(huì)影響日常運(yùn)營，因此國內(nèi)廠家要完整提供一套裝車控制系統(tǒng)，但在更換完批控器后，配電、通信機(jī)柜等在融合后無法利用，浪費(fèi)用戶投資。其三，調(diào)試改造后的裝車撬和系統(tǒng)運(yùn)行期間，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性沒有保障，尤其是對(duì)用戶一期無冗余服務(wù)器的情況下，如果調(diào)試出現(xiàn)問題，必然會(huì)影響裝車撬的正常運(yùn)行。

經(jīng)對(duì)比，天津LNG接收站決定采用方案一。

3.2.2 方案特點(diǎn)

本方案擬實(shí)現(xiàn)的上位機(jī)系統(tǒng)無縫對(duì)接FMC公司的廠家通信協(xié)議，原有裝車撬無需改造，新的上位機(jī)系統(tǒng)可統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)所有31臺(tái)裝車撬的業(yè)務(wù)和監(jiān)控管理。

由于業(yè)務(wù)室目前有3套不同的系統(tǒng)，司磅員在進(jìn)行開單、結(jié)算時(shí)要操作3臺(tái)計(jì)算機(jī)，效率很低。本方案擬通過整合地磅客戶端和業(yè)務(wù)客戶端的功能，來降低司磅員的工作量，提高業(yè)務(wù)辦理效率、避免人為錯(cuò)誤。

由于FMC裝車撬采用HID讀卡器，因此新增裝車撬及上位機(jī)系統(tǒng)也采用HID卡，確保與現(xiàn)在使用的卡兼容，即任意一張卡都可在所有裝車撬進(jìn)行操作。

FMC公司提供的服務(wù)器采用了Linux操作系統(tǒng)，并且未開放管理員權(quán)限，導(dǎo)致服務(wù)器的維護(hù)和升級(jí)必須依靠FMC公司。本方案擬更換服務(wù)器系統(tǒng)環(huán)境為Windows系統(tǒng)，使業(yè)主方可自主進(jìn)行日常維護(hù)工作。

在沒有服務(wù)器管理員權(quán)限的條件下，要進(jìn)入服務(wù)器的Linux系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)格式文件的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以便導(dǎo)入新的上位機(jī)系統(tǒng)，避免丟失歷史數(shù)據(jù)。

3.2.3 控制系統(tǒng)融合后實(shí)際效果

經(jīng)實(shí)際分析現(xiàn)場情況，采用的方案拓?fù)鋱D見圖1，在現(xiàn)場很小的改動(dòng)下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)融合，達(dá)到一套上位機(jī)系統(tǒng)控制所有裝車撬的目的。裝車后業(yè)務(wù)流程見圖2。系統(tǒng)融合后，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行，有以下優(yōu)勢：

（1）大大減少了操作人員的工作量，同時(shí)也節(jié)省了槽車司機(jī)前期信息錄入及在原FMC批控器按鍵操作時(shí)間，使裝車操作時(shí)間與原來相比節(jié)省5～10min，增大了天津LNG單日外輸量。

（2）擺脫了對(duì)外國廠商技術(shù)依賴，節(jié)省了今后運(yùn)維費(fèi)用，也提高了裝車撬故障后應(yīng)急修復(fù)能力，同時(shí)增加了槽車信息管理、司機(jī)信息安全管理及司機(jī)排隊(duì)智能化管理系統(tǒng)，減小了等候區(qū)等待時(shí)間，避免司機(jī)排隊(duì)沖突問題。

圖1 融合系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖2 裝車操作流程圖

4 結(jié)論

目前國產(chǎn)裝車橇已在天津LNG接收站成功應(yīng)用，有效降低了采購及運(yùn)營成本，節(jié)約了采購時(shí)間。但對(duì)于不同國外廠家裝車撬控制系統(tǒng)的兼容問題，需要國內(nèi)廠家深入研究。此外，裝車撬上低溫閥門的國產(chǎn)化問題需進(jìn)一步研究。