LNG氣化站遠(yuǎn)程監(jiān)控改造方案

譚麗娜， 李新強(qiáng)

(1.佛山市華禪能燃?xì)庠O(shè)計(jì)有限公司， 廣東 佛山 528000； 2.佛山市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司，廣東 佛山 528000)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求量日益增大。隨著政府部門(mén)對(duì)環(huán)保要求的提高，煤改氣項(xiàng)目也在全國(guó)各地逐步推進(jìn)，已經(jīng)延伸至農(nóng)村。由于管道燃?xì)庠谀承┢h(yuǎn)地區(qū)短時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此LNG氣化站點(diǎn)供項(xiàng)目逐漸增多。相比管道燃?xì)猓琇NG氣化站憑借建設(shè)期短以及迅速滿足市場(chǎng)需求的優(yōu)勢(shì)，已成為管道燃?xì)獾竭_(dá)前的過(guò)渡供氣設(shè)施。LNG氣化站點(diǎn)供項(xiàng)目的發(fā)展往往受到經(jīng)營(yíng)成本的制約，其經(jīng)營(yíng)成本主要由氣源采購(gòu)費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用及管理費(fèi)用4部分組成。相比管理費(fèi)用，前3項(xiàng)均相對(duì)穩(wěn)定，因此降低管理費(fèi)用成為降低經(jīng)營(yíng)成本的關(guān)鍵。由于LNG氣化站點(diǎn)供項(xiàng)目往往建設(shè)在偏遠(yuǎn)地區(qū)，運(yùn)行期間需要足夠數(shù)量的操作工在此長(zhǎng)期值守，因此降低人工成本成為降低經(jīng)營(yíng)成本的突破口。本文以某化工廠內(nèi)的LNG氣化站點(diǎn)供項(xiàng)目為例，對(duì)如何進(jìn)行優(yōu)化管理進(jìn)行探討。本文中所有壓力均指相對(duì)壓力。

1 LNG氣化站點(diǎn)供項(xiàng)目現(xiàn)狀

1.1 基本概況

某化工廠內(nèi)的LNG氣化站于2017年2月投產(chǎn)使用，主要為天然氣鍋爐提供生產(chǎn)用氣。站內(nèi)設(shè)置LNG儲(chǔ)罐及工藝區(qū)、配電室、儀表間等。站內(nèi)現(xiàn)狀設(shè)備包括：1臺(tái)5 m3LNG儲(chǔ)罐(自帶1臺(tái)200 m3/h增壓器)、1臺(tái)300 m3/h空溫式氣化器、1套500 m3/h調(diào)壓裝置、1套氮?dú)馄拷M等。LNG儲(chǔ)罐的液位及壓力、調(diào)壓裝置出口壓力、調(diào)壓裝置進(jìn)出口總管溫度、氮?dú)饪偣軌毫Φ葦?shù)據(jù)均可遠(yuǎn)傳至位于燃?xì)夤巨k公樓的控制中心，天然氣泄漏濃度檢測(cè)信號(hào)可反饋至LNG氣化站的值班室。

1.2 用氣情況及管理現(xiàn)狀

以該化工廠內(nèi)LNG氣化站2017年7月14日至8月13日的數(shù)據(jù)為參考，每日LNG槽車進(jìn)站卸車兩次，根據(jù)用氣需求，卸車時(shí)間可控制在8:00—17:00。現(xiàn)狀值守及用氣情況見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)狀值守及用氣情況

2 改造目的

由于目前站內(nèi)的值守時(shí)間為5:00—23:00，單日內(nèi)持續(xù)工作時(shí)間達(dá)到18 h，因此需要安排至少3名操作工進(jìn)行輪班，人工成本較高。通過(guò)對(duì)站內(nèi)工藝設(shè)備的改造，可提高廠站供氣的穩(wěn)定性、安全性，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。改造后，可將目前的值守時(shí)間調(diào)整為8:30—17：00，在滿足企業(yè)運(yùn)行規(guī)章制度的前提下，只需1名操作工即可，從而達(dá)到降低人工成本的目的。

3 改造方案

3.1 氣化器改造

① 工作流程

空溫式氣化器接收儲(chǔ)罐供給的LNG，利用空氣自然對(duì)流加熱換熱管中的LNG，使其完全蒸發(fā)成氣體供給用戶。

② 改造原因及方案

根據(jù)2017年7月14日至8月13日之間的取樣數(shù)據(jù)，高峰小時(shí)用氣量為310 m3/h。而目前站內(nèi)只有1臺(tái)300 m3/h的空溫式氣化器，實(shí)際用氣量一旦超過(guò)該空溫式氣化器的最大氣化能力，則必須借助儲(chǔ)罐自帶增壓器方可滿足。頻繁啟動(dòng)儲(chǔ)罐自帶增壓器，存在一定的供氣風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)上述分析，提出兩種改造方案：方案一，增加1臺(tái)300 m3/h空溫式氣化器；方案二，將現(xiàn)狀這臺(tái)300 m3/h空溫式氣化器改為500 m3/h空溫式氣化器。

3.2 調(diào)壓系統(tǒng)改造

① 工作流程

調(diào)壓系統(tǒng)接收氣化器供給的天然氣，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、調(diào)壓、加臭等裝置，直供站外的中壓工業(yè)用戶。

② 改造原因及方案

目前站內(nèi)調(diào)壓系統(tǒng)只有單路調(diào)壓設(shè)施，若調(diào)壓器出現(xiàn)內(nèi)漏或超壓情況，很有可能會(huì)造成下游管路及用氣設(shè)備損壞，情況嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致安全事故。因此提出一種改造方案：在現(xiàn)狀調(diào)壓器前加裝1臺(tái)型號(hào)相同的調(diào)壓器與之串聯(lián)，并設(shè)置壓力變送器對(duì)現(xiàn)狀調(diào)壓器的出口壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。新增調(diào)壓器進(jìn)口壓力為0.3～0.65 MPa，出口壓力為0.25 MPa；現(xiàn)狀調(diào)壓器進(jìn)口壓力為0.3～0.65 MPa，出口壓力為0.2 MPa。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，新增調(diào)壓器為敞開(kāi)狀態(tài)帶監(jiān)控功能。若現(xiàn)狀調(diào)壓器出現(xiàn)內(nèi)漏或超壓情況，下游管路壓力升高，信號(hào)管反饋至新增調(diào)壓器，新增調(diào)壓器開(kāi)始工作。該系統(tǒng)的改造不僅保證下游用氣不間斷，而且起到安全保護(hù)的作用。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)改造

① 液位監(jiān)控改造

對(duì)于LNG儲(chǔ)罐的液位監(jiān)控，本站LNG儲(chǔ)罐自帶壓差變送器并實(shí)施遠(yuǎn)傳控制。壓差變送器工作原理為來(lái)自儲(chǔ)罐雙側(cè)導(dǎo)壓管的壓差直接作用于傳感器雙側(cè)隔離膜片上，通過(guò)膜片內(nèi)的密封液傳導(dǎo)至測(cè)量元件，測(cè)量元件將測(cè)得的壓差信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的電信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換器放大等處理變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出[1]。本站目前單純依靠壓差變送器實(shí)施監(jiān)控，如果出現(xiàn)設(shè)備損壞或失效，無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)控液位，必將產(chǎn)生較大安全隱患。除此之外，還需對(duì)壓差變送器注意防腐、防積塵，溫度波動(dòng)不能太大，避免受到液體沖擊，接線電纜注意防雨、防潮等。

基于以上分析，為提高液位監(jiān)控的可靠性，需增加LNG儲(chǔ)罐液位監(jiān)測(cè)計(jì)(防霜型磁翻柱液位計(jì))與視頻監(jiān)控，實(shí)施雙保險(xiǎn)。防霜型磁翻柱液位計(jì)(見(jiàn)圖1)主要由測(cè)量筒體、雙色翻柱顯示器、標(biāo)尺、法蘭、磁性浮子等組成。主要根據(jù)浮力原理，利用測(cè)量筒體內(nèi)磁性浮子隨被測(cè)液面升高或降低，通過(guò)磁場(chǎng)的作用，使測(cè)量筒體外部的雙色翻柱顯示器隨之變化，顯示被測(cè)液面的位置。測(cè)量筒體外安裝了絕熱夾套層，能有效地隔離冷、熱傳導(dǎo)，使液位計(jì)不結(jié)冰、不結(jié)霜，保證液位計(jì)的正常測(cè)量[2]。該設(shè)備主要技術(shù)特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)堅(jiān)固可靠、壽命長(zhǎng)，能長(zhǎng)期在戶外使用，耐壓范圍寬，宜安裝在罐體的側(cè)面，能夠測(cè)量的介質(zhì)溫度范圍為-190～450 ℃。

圖1 防霜型磁翻柱液位計(jì)

② 報(bào)警系統(tǒng)及遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)改造

LNG氣化站報(bào)警系統(tǒng)及遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)流程見(jiàn)圖2。LNG氣化站現(xiàn)狀報(bào)警系統(tǒng)為1號(hào)區(qū)域，現(xiàn)狀可燃?xì)怏w探測(cè)器通過(guò)控制電纜與報(bào)警控制器聯(lián)動(dòng)，可以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，但不能遠(yuǎn)傳監(jiān)控。若實(shí)施廠站改造，則報(bào)警系統(tǒng)必須進(jìn)行完善，否則會(huì)存在重大安全隱患。改造方案是在現(xiàn)狀設(shè)備基礎(chǔ)上增設(shè)硬件、軟件。硬件包括：緊急自動(dòng)切斷閥、物聯(lián)網(wǎng)通信終端、通信及數(shù)據(jù)處理云服務(wù)器；軟件是管理系統(tǒng)。緊急自動(dòng)切斷閥設(shè)置在調(diào)壓系統(tǒng)前，與報(bào)警控制器聯(lián)動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)通信終端設(shè)置在廠站的機(jī)房?jī)?nèi)，保持實(shí)時(shí)在線，通過(guò)RS485總線采集報(bào)警控制器及可燃?xì)怏w探測(cè)器的檢測(cè)數(shù)據(jù)。通信及數(shù)據(jù)處理云服務(wù)器可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(比如阿里云或百度云)租用，利用NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng)) 接收物聯(lián)網(wǎng)通信終端上報(bào)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理與儲(chǔ)存，并利用Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸至管理系統(tǒng)及管理人員的手機(jī)。該通信及數(shù)據(jù)處理云服務(wù)器的優(yōu)勢(shì)在于存儲(chǔ)容量大、安全性能高、響應(yīng)速度快、比傳統(tǒng)服務(wù)器性價(jià)比更高。管理系統(tǒng)安裝在燃?xì)夤镜目刂浦行?，通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)，管理人員可以通過(guò)管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備檔案維護(hù)、查詢探測(cè)器濃度、接收?qǐng)?bào)警信息、發(fā)送公告等操作，遇緊急情況也可以通過(guò)控制中心的管理平臺(tái)遠(yuǎn)程操作物聯(lián)網(wǎng)通信終端，從而控制報(bào)警控制器的狀態(tài)。

圖2 LNG氣化站報(bào)警系統(tǒng)及遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)流程

LNG氣化站現(xiàn)狀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為2號(hào)區(qū)域，利用SCADA系統(tǒng)可以遠(yuǎn)傳監(jiān)控廠站內(nèi)設(shè)備的溫度、壓力等參數(shù)，若實(shí)施廠站改造，則遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)必須進(jìn)行完善。改造方案是在現(xiàn)狀設(shè)備基礎(chǔ)上增設(shè)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)[3]。視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括：服務(wù)器、監(jiān)視終端、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)3部分，利用Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供的各種管理工具可以有效地管理各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的圖像信息。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)安裝在廠站內(nèi)，監(jiān)視終端及服務(wù)器設(shè)置在控制中心。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的具體安裝位置為：網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)增設(shè)在防霜型磁翻柱液位計(jì)正對(duì)面，用于監(jiān)控儲(chǔ)罐液位；廠站出入口處增設(shè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，用于監(jiān)控人員出入。

具體實(shí)施流程：a. 報(bào)警系統(tǒng)部分:燃?xì)庑孤┻_(dá)到可燃?xì)怏w探測(cè)器濃度檢測(cè)設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，緊急自動(dòng)切斷閥關(guān)閉，切斷氣源，物聯(lián)網(wǎng)通信終端接收信號(hào)，通過(guò)通信及數(shù)據(jù)處理云服務(wù)器發(fā)送至管理系統(tǒng)和管理人員手機(jī)(手機(jī)內(nèi)安裝應(yīng)用軟件)，同時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。控制中心的管理人員可通過(guò)管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制物聯(lián)網(wǎng)通信終端設(shè)備，控制現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警控制器狀態(tài)并通過(guò)調(diào)度中心安排緊急搶險(xiǎn)。b. 遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)部分:網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)監(jiān)控防霜型磁翻柱液位計(jì)及廠站出入口，并將信息傳輸至監(jiān)視終端?？刂浦行牡墓芾砣藛T通過(guò)監(jiān)視終端實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)情況，一旦發(fā)生異常，及時(shí)安排人員處理。