LNG液化裝置中的儀表選型及應(yīng)用

丁劉濤

摘?要：本文針對LNG液化裝置，通過對裝置中部分工況的分析，闡述LNG液化裝置中遇到的特殊儀表、閥門以及這些儀表、閥門該如何去選型、安裝。確保裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行和安全生產(chǎn)。對于裝置中遇到的深冷儀表的選型和安裝，分溫度、壓力、流量、液位、閥門進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：LNG液化;儀表選型;深冷儀表

儀表、閥門的選型在工程設(shè)計(jì)中是一個(gè)重點(diǎn)，對于不同的條件不同的工況，選用適合的儀表和閥門，才能保證長期穩(wěn)定的檢測，精準(zhǔn)的控制和安全的生產(chǎn)。而選出合適的儀表、閥門，首先需要對儀表的種類及檢測原理有深入了解，其次需要熟悉應(yīng)用的工況及流程，最后還需要多方面的工程知識和經(jīng)驗(yàn)。

本文針對單循環(huán)混合冷劑制冷技術(shù)的LNG液化裝置，相應(yīng)的儀表選型及應(yīng)用做簡單的介紹，此工藝流程由脫酸性氣單元、干燥和脫汞單元、天然氣液化及脫重?zé)N單元、混合冷劑壓縮單元、LNG儲存與裝車單元等組成。

以下是LNG液化裝置中，部分工況的分析及適用儀表的說明：

脫酸性氣單元，主要設(shè)備是吸收塔和再生塔，在吸收塔中胺液將天然氣中的酸性氣體吸收，而吸收了酸性氣體的富胺液去往再生塔里進(jìn)行再生。當(dāng)胺液中含有較多雜質(zhì)時(shí)，容易發(fā)泡而引起精餾塔的泛塔，導(dǎo)致大量胺液竄入到后續(xù)干燥單元，影響整個(gè)裝置運(yùn)行。在儀表的選型中，為了防止泛塔帶來的嚴(yán)重后果，液位開關(guān)的高高聯(lián)鎖起到了至關(guān)重要的作用。而比較常用的音叉液位開關(guān)及浮球液位開關(guān)，通常在液位到達(dá)一定高度時(shí)才報(bào)警聯(lián)鎖，此時(shí)可能已有大量泡沫產(chǎn)生，不能快速有效的遏制泛塔的發(fā)生，所以此工況選擇能夠檢測出泡沫的電容式液位開關(guān)顯得更合適些。

分子篩干燥再生單元主要是由兩臺干燥塔交替切換對天然氣的干燥，當(dāng)一臺干燥塔干燥天然氣時(shí)，另一臺進(jìn)行再生。干燥時(shí)設(shè)備及閥門出處于高壓和低溫下，再生時(shí)設(shè)備及閥門處于低壓和高溫下。按照某工藝設(shè)計(jì)，每八個(gè)小時(shí)就需要切換一次，這樣一個(gè)頻繁的切換使得分子篩的開關(guān)閥不僅要經(jīng)常的開關(guān)，還要承受不同壓力溫度的變化。另外，分子篩的粉末也對閥門的要求更加苛刻。所以這些因素導(dǎo)致分子篩中的程控閥選型格外的困難。不僅要求閥門耐高溫、耐磨蝕，還需要在頻繁變化的高低溫、高低壓下保持閥門的良好密封性和泄露等級。從目前應(yīng)用上看，效果最好的是歐比特閥門，其強(qiáng)制密封的設(shè)計(jì)能夠長壽命的工作而不產(chǎn)生泄漏。

LNG儲存單元中，LNG在儲罐中隨著蒸發(fā)的不斷進(jìn)行，密度會不斷變化，從而使儲罐上層的液位密度比下層的密度大，而且上層的熱量隨著蒸發(fā)被帶走，下層的熱量則聚集在罐底，最終會導(dǎo)致液體的翻滾，液位的翻滾不僅影響液位監(jiān)測，而且會產(chǎn)生大量閃蒸氣，嚴(yán)重的會影響安全生產(chǎn)。所以如何防止LNG液位的翻滾是一個(gè)難題。目前能夠有效的監(jiān)測LNG防翻滾需要多點(diǎn)溫度計(jì)、平均溫度計(jì)、伺服液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)還有高精度密度計(jì)等多種儀表的檢測與配合。這方面已經(jīng)有專業(yè)的廠家做出了防液位翻滾的控制系統(tǒng)及監(jiān)控軟件，但其價(jià)格也是比較昂貴的。

天然氣液化單元和混合冷劑循環(huán)單元中，混合冷劑與天然氣在冷箱中進(jìn)行熱交換，將天然氣深冷至-163℃的液相。它的原理是焦耳-湯姆遜節(jié)流效應(yīng)?；旌侠鋭┩ㄟ^壓縮機(jī)壓縮，在冷箱中進(jìn)行節(jié)流，節(jié)流后的溫度會極度降低。下面則主要針對深冷儀表及閥門的選型、安裝做分別介紹：

溫度儀表：對于深冷的工況，溫度變送器應(yīng)盡可能采用分體式安裝，以免低溫傳導(dǎo)至變送器對其正常測量與變送產(chǎn)生影響。而冷箱中的超低溫工況，溫度檢測元件應(yīng)選用T型的熱電偶或精度高的Pt100熱電阻。

壓力及差壓儀表：深冷工況的壓力及差壓儀表需要加裝多圈的冷凝圈，以防止冷介質(zhì)直接接觸儀表而使其損壞。

流量儀表：液化的天然氣如果不應(yīng)用于計(jì)量方面，選用渦街流量計(jì)是比較合適的，同樣需要注意的是，深冷的工況下，變送器和檢測元件需要分體式安裝。

液位儀表：就地的磁翻板液位計(jì)和遠(yuǎn)傳導(dǎo)播雷達(dá)液位計(jì)依然是深冷液位計(jì)相對較好的選擇。為了保冷和防止人員凍傷，均需要選擇防霜型，磁翻板需要做雙層抽真空。LNG及重?zé)N的介電常數(shù)較低，導(dǎo)播雷達(dá)的反射波相對較弱，而干擾信號有時(shí)顯得很強(qiáng)，為了抑制干擾，選擇同軸式導(dǎo)波雷達(dá)或帶有導(dǎo)播管的導(dǎo)波雷達(dá)是十分有必要的。在測量原理方面，必要時(shí)可應(yīng)用底部回波的方式測量液位高度。

調(diào)節(jié)閥與開關(guān)閥：對于深冷工況的閥門，首先其材質(zhì)至少為不銹鋼，且材料原料在閥門廠商生產(chǎn)前進(jìn)行預(yù)冷處理后再進(jìn)行加工的;開關(guān)閥的閥座選用以耐低溫的非金屬材料居多，通常為PCTFE、PEEK等材料;在閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要考慮防火、防靜電等方面;閥門的閥蓋形式，應(yīng)選用長頸型，防止填料和執(zhí)行機(jī)構(gòu)接觸冷介質(zhì);而帶有滴盤的閥蓋，可以有效的防止空氣中遇冷產(chǎn)生的冷凝水流入保冷層;對于球閥，還需要要求閥門關(guān)閉時(shí)，留在球腔中的LNG氣化后能夠?qū)⑶蚯恢械膲毫π谷氲介y前或者閥后，確保中腔的安全;對于大尺寸的深冷閥門，則需要在出廠前進(jìn)行深冷試驗(yàn)。

合理的儀表、閥門選型決定著裝置長期穩(wěn)定的運(yùn)行及安全的生產(chǎn)。深冷行業(yè)做為化工行業(yè)中較為特殊一部分，也對儀表、閥門的選型提出了特殊的要求。設(shè)計(jì)人員需要儲備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，選型前充分的了解工藝條件及應(yīng)用工況，做出最適合的選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]頤安忠，魯雪生，汪榮順，等.液化天然氣技術(shù)[M].北京：機(jī)城工業(yè)出版社，2004.

[2]孔祥濤.液化工廠LNG儲罐的儀表選型與控制方案設(shè)計(jì)[J].化工自動化及儀表，2017（03）：312.

[3]陸德民.石油化工自動控制設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000（3版）.