陳功劍1,3,魯 亮2,張遠(yuǎn)杰3,段秋曉3,趙順喜3
(1.中海石油氣電集團(tuán)天津浮式LNG接收終端籌備組,天津 300452;2.中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心,北京 100027;3.中海福建天然氣有限責(zé)任公司,福建莆田 351100)
國內(nèi)LNG事業(yè)發(fā)展迅速,已建成LNG接收站的有廣東大鵬LNG、福建LNG、上海LNG等項目[1-3]。為滿足福建省能源發(fā)展的需求,福建LNG項目新增3#、4#儲罐,并于2010年5月8日預(yù)冷調(diào)試工作圓滿完成,目前新增儲罐已具備接卸LNG的條件,即將轉(zhuǎn)入試運(yùn)行。新增儲罐投用后,福建LNG接收站的存儲能力將增加到64萬m3。儲罐是LNG接收站的核心單元,占整個接收站的投資比例較高[4-5],為了減少儲罐調(diào)試過程中對正常生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的影響,在儲罐BOG置換、預(yù)冷過程中,從調(diào)試的組織管理、預(yù)冷技術(shù)、應(yīng)急預(yù)案、安全措施實施等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了設(shè)計,保證了接收站正常生產(chǎn)和儲罐調(diào)試過程中的零事故。
合理的儲罐調(diào)試人員組成和分工是調(diào)試成功的關(guān)鍵。福建LNG儲罐調(diào)試組織結(jié)構(gòu)見圖1,為保證調(diào)試過程統(tǒng)一指揮、分工合作、安全作業(yè),福建天然氣有限責(zé)任公司領(lǐng)導(dǎo)總負(fù)責(zé),運(yùn)行部副經(jīng)理分別擔(dān)任總指揮和副總指揮,各單位各專業(yè)工程師提供技術(shù)支持,調(diào)試負(fù)責(zé)人制訂調(diào)試計劃,協(xié)調(diào)和跟蹤各專業(yè)調(diào)試作業(yè)的進(jìn)度。
圖1 儲罐調(diào)試組織結(jié)構(gòu)
儲罐調(diào)試是福建LNG重點(diǎn)項目工程,調(diào)試過程除考慮調(diào)試工作自身安全外,還要考慮調(diào)試工作對整個接收站運(yùn)行系統(tǒng) (包括接收站工藝系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、公用工程系統(tǒng)等)的影響,即從整體角度考慮調(diào)試工作,保證調(diào)試工作安全,并使儲罐調(diào)試對生產(chǎn)系統(tǒng)的影響最小化。
整個儲罐調(diào)試工作受控于調(diào)試計劃,所有調(diào)試活動必須遵循福建LNG接收站運(yùn)行工作制度,各個調(diào)試工作必須嚴(yán)格按照規(guī)程執(zhí)行。
根據(jù)系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)[6],在查找危險性時應(yīng)將系統(tǒng)進(jìn)行分解,按照系統(tǒng)、子系統(tǒng)、系統(tǒng)元一步一步進(jìn)行,這樣可以避免過早地陷入細(xì)節(jié)問題而忽視重點(diǎn)問題的危險。調(diào)試開始前的準(zhǔn)備工作是調(diào)試的關(guān)鍵,保障新增儲罐具備調(diào)試條件后方可進(jìn)行調(diào)試。將系統(tǒng)分解后,再細(xì)分,有效保障不遺漏檢查項目。具體分解如下:
(1)消防系統(tǒng),包括消防水栓炮、雨淋系統(tǒng)、火焰探頭、干粉滅火器、高倍泡沫等。
(2)公用工程系統(tǒng),包括氮?dú)?、儀表空氣、工廠風(fēng)等。
(3)新增儲罐機(jī)械完工、儀表、電氣等。
(4)生產(chǎn)系統(tǒng)狀況及新儲罐PID流程。
(5)安全措施及應(yīng)急預(yù)案。
(6) 人員。
表1為按照系統(tǒng)分解方法分析歸納出的新增儲罐調(diào)試前檢查項目。
表1 儲罐調(diào)試前檢查項
在LNG接收站,LNG儲罐預(yù)冷有兩種方式。一種是接收站接收第一船LNG時,對接收站儲罐進(jìn)行冷卻,使LNG儲罐達(dá)到使用條件后進(jìn)行其他調(diào)試。第二種是接收站已經(jīng)投產(chǎn),后續(xù)建成的LNG儲罐冷卻時可采用接收站其他儲罐的LNG,而且不影響接收站的正常外輸和卸船工作。利用已經(jīng)投入使用的1#和2#儲罐的LNG對3#和4#儲罐進(jìn)行預(yù)冷調(diào)試。3#和4#儲罐預(yù)冷調(diào)試的關(guān)鍵步驟分別為儲罐的BOG置換和儲罐預(yù)冷。本文以3#儲罐為例進(jìn)行說明。
3#儲罐BOG置換過程中的BOG來自接收站1#和2#儲罐的BOG匯管,此時需要用臨時金屬軟管將1#和2#儲罐BOG匯管與新增3#儲罐D(zhuǎn)N950 mm卸料管道連接,連接方式見圖2中 (虛線方框,標(biāo)號為1)。BOG置換過程中,通過閥V-1控制BOG流量,通過儲罐穹頂部和氮?dú)夤艿郎系拈y門以及儲罐環(huán)形空間閥門控制置換速度,即圖2中的 V-020150、 V-020136、 V-020129、 V-020130四個閥門。在BOG置換過程中,若儲罐壓力仍遠(yuǎn)低于25 kPa,使得氮?dú)庵脫Q無法在一個較高的壓力及流量下進(jìn)行,甚至壓力還在逐步下降,則打開3#儲罐底BOG匯管上DN600 mm的截斷閥至一定開度,增大BOG流量。當(dāng)所有放空口檢測到甲烷含量達(dá)70%時,氮?dú)庵脫Q完畢,關(guān)閉BOG置換閥門,拆除連接管道并回裝永久盲法蘭。
BOG置換完成后,進(jìn)行儲罐預(yù)冷。儲罐預(yù)冷方案有兩種,一種是利用1#或2#儲罐的LNG排盡管道的LNG預(yù)冷儲罐,一種是利用儲罐試車管道的LNG預(yù)冷儲罐。
方案一中管道的連接方式見圖2中虛線框 (標(biāo)號為2),采用臨時金屬軟管將2#罐D(zhuǎn)N50 mm的排盡管道和3#罐地面處的DN950 mm卸料管道連接。進(jìn)行儲罐預(yù)冷時,先完成DN950 mm卸料管道的預(yù)冷,DN950mm卸料管道預(yù)冷過程的溫度監(jiān)控點(diǎn)分別為 02TI0333A/B、 02TI0334A/B、 02TI0335A/B、02TI0336A/B、02TI0337A/B、02TI0338A/B及豎管段溫度監(jiān)控點(diǎn)02TIT3021、02TIT3022、02TIT3023,見圖2。通過控制閥V-2調(diào)節(jié)預(yù)冷速率,保證溫度監(jiān)控點(diǎn)上下溫差在50℃以下,預(yù)冷速率不超過15℃/h。儲罐預(yù)冷過程中,應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)冷速率在-3~-5℃/h。
方案二是在DN950 mm管道預(yù)冷過程中出現(xiàn)法蘭連接處泄漏并影響整個預(yù)冷過程安全的情況下采取的臨時措施。管道連接方式見圖2虛線框 (標(biāo)號為3),采用臨時金屬軟管將DN76 mm試車管道和3#罐頂部DN950 mm的卸料管道的噴淋管相連。預(yù)冷過程中,通過02HV3001嚴(yán)格控制預(yù)冷速率在-3~-5℃/h。
(1)低溫管道在冷卻過程中會發(fā)生收縮,從冷卻開始到結(jié)束應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視管道的位移情況,尤其是要注意那些非正常的移動及影響管道正常收縮的障礙。
(2)當(dāng)管道或管段的位移數(shù)據(jù)等不正常時,須及時停止該部分管道或管段的預(yù)冷,直到問題解決,才能繼續(xù)預(yù)冷。
(3)管道的預(yù)冷中,法蘭連接處極易發(fā)生泄漏,在儲罐預(yù)冷過程中應(yīng)定時檢查相關(guān)閥門和法蘭處有無泄漏,一旦泄漏要及時處理。
(4)BOG置換和儲罐預(yù)冷過程中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)控儲罐壓力、LNG流量、儲罐內(nèi)壁溫度和儲罐底部溫度。
(1)在3#儲罐BOG置換完成后,進(jìn)行DN950 mm管道預(yù)冷過程中,3#罐D(zhuǎn)N950 mm管道和1#、2#罐預(yù)留頭碰口法蘭處出現(xiàn)泄漏。對連接處進(jìn)行緊固后問題仍未完滿解決,采取了第二套方案,即先預(yù)冷儲罐后,再預(yù)冷DN950 mm的管道,碰口處法蘭連接部位的泄漏問題得到解決。
(2)4#罐預(yù)冷過程中,DN950 mm管道位移過大,導(dǎo)致管廊上法蘭連接處泄漏。通過加固固定支撐,切割鋼結(jié)構(gòu)使管道有足夠位移空間,泄漏問題得到解決。
(3)由于預(yù)冷控制閥的開度控制不當(dāng),導(dǎo)致噴嘴處壓力較低,噴嘴的液體掉入罐底中心位置,使得中心位置溫度比其他點(diǎn)的溫度都低得多,臨近溫度相差高達(dá)51℃,使得中心最大溫降達(dá)22.6℃/h。在保證儲罐預(yù)冷速度的前提下,預(yù)冷控制閥盡量保持大開度,以使罐底的溫度盡可能均勻下降。
依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和儲罐調(diào)試作業(yè)過程的特點(diǎn),組織技術(shù)人員編寫了 《新增儲罐調(diào)試前安全檢查表》,要求公司安全評價部按照事故原因、設(shè)備、操作、安全消防設(shè)施、周圍環(huán)境等方面進(jìn)行危險源評價分析;要求公司針對不同部門、單位、作業(yè)隊伍、周圍環(huán)境及應(yīng)急管理等進(jìn)行可靠性評價,完善儲罐調(diào)試過程的安全措施。
突出現(xiàn)場的封閉式管理,儲罐調(diào)試過程中嚴(yán)禁未取得培訓(xùn)合格證及與作業(yè)無關(guān)人員進(jìn)入儲罐調(diào)試作業(yè)區(qū)。認(rèn)真做好接收站周邊群眾的告知工作。細(xì)化泄漏防護(hù)措施,嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做好泄漏防護(hù)、氣體含量分析、報警設(shè)置、安全連鎖等工作。
按照中海福建天然氣有限責(zé)任公司的施工單位管理辦法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)對儲罐調(diào)試施工隊伍、人員、實施設(shè)備、安全設(shè)備等的檢查,確保施工隊伍具備高標(biāo)準(zhǔn)的素質(zhì)和高標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)設(shè)備。
中海福建天然氣有限責(zé)任公司組織專門力量編寫了HSE管理體系,其中包括 《施工項目的HSE管理規(guī)定》、 《運(yùn)行與維護(hù)》、 《變更管理》、 《環(huán)境保護(hù)》、 《事故管理》、 《應(yīng)急預(yù)案》等詳細(xì)規(guī)則及操作管理制度。規(guī)范了現(xiàn)場操作,提高了調(diào)試作業(yè)質(zhì)量,確保調(diào)試安全快速開展。
按照調(diào)試作業(yè)前確定的管理框架體系,人員分工安排,開展開工前的驗收檢查工作,對接收站現(xiàn)場作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、動力設(shè)備、管道、消防設(shè)備、報警設(shè)備及其他安全措施進(jìn)行專項驗收,確保調(diào)試過程安全措施的逐步落實。
BOG置換過程應(yīng)有專人在儲罐排放口進(jìn)行氣體含量測量并控制排放口的排放速度;中控人員應(yīng)建立儲罐壓力、溫度等檢測參數(shù)的趨勢曲線,控制儲罐壓力、溫度在合理范圍內(nèi)波動,并按照規(guī)程向上級匯報情況?,F(xiàn)場人員應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場巡檢,無工作證人員禁止進(jìn)入調(diào)試作業(yè)區(qū)。
儲罐預(yù)冷過程中,中控室應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控儲罐和管道溫度、壓力變化,協(xié)調(diào)現(xiàn)場人員調(diào)整控制點(diǎn)閥門的開度。按照規(guī)程向上級匯報預(yù)冷過程情況。
儲罐充填LNG過程應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控LNG進(jìn)液速度、儲罐液位變化、儲罐壓力變化、儲罐環(huán)形空間溫度、儲罐內(nèi)的溫度變化。按照規(guī)程向上級匯報填充過程情況。
儲罐預(yù)冷是LNG儲罐調(diào)試工作非常重要的一環(huán),作業(yè)過程中風(fēng)險較高。儲罐預(yù)冷過程中可能會有天然氣或LNG泄漏,處理不當(dāng)極有可能發(fā)生安全事故;同時,冷卻過程中儲罐內(nèi)罐會發(fā)生收縮,如果預(yù)冷過程控制不好,極有可能破壞儲罐,損失巨大。因此,儲罐調(diào)試過程中應(yīng)特別注意:
(1)編寫、審核調(diào)試規(guī)程,制訂具有針對性的應(yīng)急預(yù)案,調(diào)試及工作人員應(yīng)熟練了解LNG、NG、N2的性質(zhì),熟練掌握P&ID圖管路和儀表流程圖,管道、設(shè)備、閥門等設(shè)置情況與圖紙的位置應(yīng)充分對照,做到宏觀上科學(xué)把握。
(2)大管徑的管道預(yù)冷最好開始時用BOG進(jìn)行冷卻,使大管徑管道預(yù)冷均勻,并使溫度降低到最低溫度點(diǎn),從而減小管道的位移,防止泄漏情況的出現(xiàn)。
(3)儲罐冷卻過程中應(yīng)仔細(xì)監(jiān)控儲罐壓力、儲罐LNG流量、儲罐罐壁和罐底的溫度參數(shù),嚴(yán)格將預(yù)冷速度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
[1]何春蕾,周國棟,姜子昂,等.全球環(huán)境下的中國天然氣供應(yīng)安全[J].天然氣工業(yè),2010,30(1):123-126.
[2]邢云.中海油LNG產(chǎn)業(yè)鏈的形成及發(fā)展[J].天然氣工業(yè),2011,30(7):103-106.
[3]孫國華,徐孝軒.LNG接收站項目規(guī)劃研究淺議[J].油氣田地面工程,2010,29(10):47-49.
[4]孫青峰,趙德貴.LNG接收站儲罐配置[J].油氣儲運(yùn),2009,28(3):17-18,48.
[5]袁中立,閆倫江.LNG低溫儲罐的設(shè)計及建造技術(shù)[J].石油工程建設(shè),2007,33(5):19-22.
[6]汪元輝.安全系統(tǒng)工程[M].天津:天津大學(xué)出版社,1999.