陳雙武(中海福建天然氣有限責(zé)任公司，福建 莆田 351100)

0 引言

LNG接收站運(yùn)行中，儀表空氣主要作為現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)閥門的驅(qū)動(dòng)氣源。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，儀表空壓機(jī)出現(xiàn)多次故障停車，當(dāng)儀表空氣壓力持續(xù)降低，達(dá)到連鎖設(shè)定值時(shí)，會(huì)造成全場(chǎng)緊急停車，將會(huì)給接收站帶來巨大的損失。同時(shí)由于接收站擴(kuò)容氣動(dòng)閥門隨著增加，在進(jìn)行氣動(dòng)閥門測(cè)試和操作時(shí)，儀表空氣用量增大明顯，造成儀表空氣壓力較低或者空壓機(jī)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行異常跳車風(fēng)險(xiǎn)增大。為了增加儀表空壓機(jī)故障時(shí)應(yīng)急時(shí)間和閥門測(cè)試工作的正常進(jìn)行，保證接收站平穩(wěn)運(yùn)行，通過氮?dú)庋a(bǔ)充儀表空氣或?qū)ΜF(xiàn)有儀表空氣系統(tǒng)流程進(jìn)行改造，可提升儀表空氣系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1 接收站儀表空氣流程概述

1.1 儀表風(fēng)(空氣)簡(jiǎn)介

在LNG接收站公用工程區(qū)，空氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓后，得到壓力在0.8～0.9 MPa的壓縮空氣并儲(chǔ)存在濕氣罐中，壓縮空氣有兩個(gè)用途，一個(gè)是經(jīng)過干燥塔處理后使其露點(diǎn)低于-60 ℃，通過干氣罐緩沖，進(jìn)入儀表空氣管網(wǎng)，供現(xiàn)場(chǎng)所有氣動(dòng)閥門驅(qū)動(dòng)使用，稱為儀表風(fēng)。一個(gè)不經(jīng)過干燥直接輸入空氣管網(wǎng)，用于現(xiàn)場(chǎng)管道設(shè)備空氣吹掃，稱為工廠風(fēng)。在緊急停車保護(hù)系統(tǒng)中設(shè)置有儀表風(fēng)壓力低低連鎖，當(dāng)觸發(fā)該連鎖時(shí)，全廠設(shè)備將執(zhí)行緊急停車保護(hù)，相應(yīng)事故關(guān)閥門將關(guān)閉，若監(jiān)控不到位，可能造成管道憋壓。

1.2 氮?dú)庀到y(tǒng)簡(jiǎn)介

LNG接收站氮?dú)庀到y(tǒng)有兩個(gè)氣源：一個(gè)是外購液氮，儲(chǔ)存至液氮儲(chǔ)罐，氣化后進(jìn)入氮?dú)夤芫W(wǎng)；另一個(gè)是膜制氮設(shè)備，空氣通過高分子膜分離出氮?dú)?，?jīng)過干燥塔處理后露點(diǎn)下降至-70 ℃以下，輸送到氮?dú)夤芫W(wǎng)。氮?dú)鉄o色、無味、無毒，屬于惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，只有在高溫、高壓或催化劑作用下能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在接收站中，氮?dú)庥糜贐OG壓縮機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)和氮封、火炬供氮防止回火、卸料臂和氣相返回臂的回轉(zhuǎn)接頭氮封、檢維修時(shí)管線或設(shè)備的吹掃、高、低壓泵儀表電纜穿線管和電源電纜穿線管氮封等。另外，在流程及工況具備時(shí)，氮?dú)饪裳a(bǔ)充到儀表空氣管網(wǎng)中以實(shí)現(xiàn)后者的功能[1]。

1.3 儀表風(fēng)風(fēng)量

根據(jù)儀表空壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)得知，儀表空壓機(jī)設(shè)計(jì)量為456 m3/h。為了維持接收站的正常生產(chǎn)運(yùn)行，儀表空壓機(jī)正常操作壓力為850 kPa，最低輸出壓力為600 kPa，維持時(shí)間30 min。

依據(jù)《石油化工儀表供氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中的公式為：

式中：V為貯氣罐容積(m3)；Qd為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣源裝置設(shè)計(jì)容積(m3/h)；T為維持時(shí)間(min)；P1為正常操作壓力(kPa)，約為最高操作壓力；P2為最低輸出壓力(kPa)；P0為大氣壓強(qiáng)，通常為P0=101.33 kPa。

通過計(jì)算，儀表緩沖罐的理論容積為82.5 m3，而目前福建LNG接收站儀表緩沖罐有兩個(gè)，實(shí)際容積為11.5 m3+52.2 m3=63.7 m3，在滿足設(shè)計(jì)的要求下，緊急情況下仍不能滿足下游用量。

2 工藝流程改造

2.1 氮?dú)夤芫W(wǎng)與儀表空氣冗余跨接

在用量滿足的情況下，氮?dú)庠诰o急情況下可代替儀表空氣，在工藝上需進(jìn)行變更?，F(xiàn)從氮?dú)庀到y(tǒng)后引一路氣源接至給儀表空氣管路上，作為儀表空氣的緊急備用氣源供氣，設(shè)置供氣調(diào)節(jié)閥14PV0005，并增加一個(gè)止逆閥，防止儀表空氣倒輸進(jìn)入氮?dú)夤芫W(wǎng)。公用工程區(qū)儀表空氣壓縮機(jī)故障導(dǎo)致儀表空氣壓力過低時(shí)，自動(dòng)切換為氮?dú)庀到y(tǒng)緊急供氣，保證裝置安全、穩(wěn)定的連續(xù)生產(chǎn)。改造后的工作原理如圖 1所示。

圖1 改造后的儀表空氣流程圖

氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力為0.85 MPa，比正常儀表空氣0.80 MPa高，滿足控制閥對(duì)氣源壓力的要求，為防止儀表空氣和氮?dú)饣ハ啻畾?，在氮?dú)夂蠼o儀表緩沖罐供氣管路上加有一止逆閥，在14PV0005 調(diào)節(jié)閥前、后增加的手切閥，便于日常檢查，故障檢修及其他意外情況。當(dāng)儀表緩沖罐入口壓力＜0.7 MPa 時(shí)，14PV0005 調(diào)節(jié)閥正常開啟，空分氣源通過儀表供氣管道給儀表緩沖罐補(bǔ)充氣源，保證其他裝置儀表空氣的正常供給；當(dāng)儀表空氣壓縮機(jī)恢復(fù)正常供氣，氣源壓力＞0.8 MPa 時(shí)，14PV0005 切斷閥自動(dòng)關(guān)閉，恢復(fù)至正常供氣狀態(tài)。

2.2 氮?dú)獾娘L(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防措施

空氣中氮?dú)夂窟^高，使吸入氣氧分壓下降，引起缺氧窒息。吸入氮?dú)鉂舛炔惶邥r(shí)，患者最初感胸悶、氣短、疲軟無力；繼而有煩躁不安、極度興奮、亂跑、叫喊、神情恍惚、步態(tài)不穩(wěn)，稱之為“氮酩酊”，可進(jìn)入昏睡或昏迷狀態(tài)。吸入高濃度，患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。為避免窒息的發(fā)生，操作人員必須站在上風(fēng)向進(jìn)行操作。根據(jù)工藝流程及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)氮?dú)夤?yīng)儀表空氣系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，并針對(duì)性地制定管控措施，具體如表1所示[2]。

表1 氮?dú)夤?yīng)儀表空氣系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及管控措施

2.3 儀表緩沖罐并聯(lián)

接收站儀表空氣系統(tǒng)目前有兩個(gè)干氣緩沖罐，由圖可以看出兩個(gè)緩沖罐串聯(lián)在一起，且干氣罐A(11.5 m3)明顯小于干氣罐B(52.5 m3)，當(dāng)下游儀表空氣用量過大時(shí)，將大大減少緩沖罐B的利用率。若如圖2 A線所示，增加干氣罐B直接外輸，關(guān)閉V1閥，使儀表緩沖罐并聯(lián)，提高緊急情況下儀表空氣維持時(shí)間。

圖2 儀表空壓機(jī)作為膜制氮空氣源流程圖

2.4 增加儀表空氣緩沖罐

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)某區(qū)域需要大量用到儀表風(fēng)或氮?dú)鈺r(shí)，為保持氣源的穩(wěn)定性，增加緩沖罐是一個(gè)有效可行的選擇，例如實(shí)際運(yùn)用中的新增槽車站儀表風(fēng)及氮?dú)饩彌_罐。通過前面計(jì)算可知，公用工程區(qū)儀表空氣緩沖罐實(shí)際容積比理論容積偏少，且接收站來船前需要進(jìn)行碼頭ESD測(cè)試和儲(chǔ)罐HV閥測(cè)試，測(cè)試過程中開關(guān)閥門需要大量的儀表空氣，會(huì)造成儀表空氣管網(wǎng)壓力不斷降低。建議在碼頭與儲(chǔ)罐間加裝一個(gè)儀表空氣緩沖罐(約20 m3)，不僅能夠滿足碼頭和儲(chǔ)罐的相關(guān)作業(yè)，而且在應(yīng)急情況下盡快地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)異常關(guān)閉的閥門進(jìn)行復(fù)位打開。

3 儀表空壓機(jī)作為膜制氮空氣源

根據(jù)設(shè)備使用年限及設(shè)備使用臺(tái)賬記錄，福建LNG接收站膜制氮壓縮機(jī)老化較為嚴(yán)重，故障率較高，另一方面經(jīng)過二期擴(kuò)容，儀表空壓機(jī)備用率較高，建議在儀表空氣壓縮機(jī)出口增加與膜制氮壓縮機(jī)出口跨接管線，當(dāng)膜制氮壓縮機(jī)故障時(shí)，可通過流程設(shè)置儀表空壓機(jī)替代膜制氮壓縮機(jī)，作為膜組空氣源產(chǎn)生進(jìn)而氮?dú)?，達(dá)到提高氮?dú)庀到y(tǒng)作為儀表空氣系統(tǒng)補(bǔ)充氣源可靠性的目的：

方式一：關(guān)閉儀表空壓機(jī)C出口到濕氣罐手閥V2，打開導(dǎo)淋閥V1，通過儀表空壓機(jī)C為膜制氮提供空氣源。優(yōu)點(diǎn)是膜制氮系統(tǒng)和儀表空氣系統(tǒng)互不影響，且使用膜制氮可降低液氮用量，節(jié)約成本。缺點(diǎn)是儀表空壓機(jī)備用率降低，目前儀表空壓機(jī)A仍存在故障；

方式二：打開儀表空壓機(jī)C出口到濕氣罐手閥V2和導(dǎo)淋閥V1，通過儀表空壓機(jī)A/C或B/C同時(shí)給儀表系統(tǒng)和膜制氮系統(tǒng)提供空氣源。優(yōu)點(diǎn)是通過三個(gè)緩沖罐可減少儀表空壓機(jī)啟停，增加空壓機(jī)使用壽命。缺點(diǎn)是膜制氮系統(tǒng)和儀表空氣系統(tǒng)相互影響，降低儀表空氣可靠性。

4 儀表空氣系統(tǒng)優(yōu)化后預(yù)計(jì)運(yùn)行效果

儀表空氣系統(tǒng)是接收站安全運(yùn)行最重要的系統(tǒng)之一。文章通過對(duì)儀表空氣系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行梳理、現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)以及儀表風(fēng)風(fēng)量進(jìn)行設(shè)計(jì)核算，得出儀表空壓機(jī)異常跳車、儀表風(fēng)臨時(shí)用量陡增、緩沖罐能力不足是影響儀表風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定的主要因素。通過采取緩沖罐并聯(lián)、氮?dú)庀到y(tǒng)跨接、優(yōu)化膜制氮運(yùn)行流程的措施，在發(fā)生儀表空氣壓縮機(jī)故障事故時(shí)，氮?dú)庀到y(tǒng)氣源能及時(shí)自動(dòng)投入運(yùn)行，且儀表空氣緩沖罐并聯(lián)可增加維持時(shí)間，極大降低了儀表空氣壓縮機(jī)故障跳車或現(xiàn)場(chǎng)大量需要儀表空氣的作業(yè)導(dǎo)致儀表空氣壓力下降的風(fēng)險(xiǎn)，提升了接收站儀表空氣系統(tǒng)安全可靠性能[3]。