LNG接收站擴建設(shè)備的調(diào)試技術(shù)和組織管理

摘 要

摘要：為滿足廣東珠三角地區(qū)日益增加的天然氣需求、提高LNG接收站設(shè)備的備用能力，2009年廣東大鵬LNG接收站在原來6套氣化生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，擴建了3套氣化生產(chǎn)線。為了減少擴建設(shè)備
摘要：為滿足廣東珠三角地區(qū)日益增加的天然氣需求、提高LNG接收站設(shè)備的備用能力，2009年廣東大鵬LNG接收站在原來6套氣化生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，擴建了3套氣化生產(chǎn)線。為了減少擴建設(shè)備調(diào)試活動對正常生產(chǎn)運行系統(tǒng)的影響，進行了一系列試驗研究。結(jié)果指出：調(diào)試成功的關(guān)鍵是組建合理的組織機構(gòu)、制訂詳盡的調(diào)試計劃和規(guī)范使用氣化生產(chǎn)線單體設(shè)備的調(diào)試開車技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上提出了在運行LNG接收站擴建設(shè)備調(diào)試的9條安全技術(shù)保障措施。由此保證了原有生產(chǎn)裝置的正常運行和調(diào)試工作的零事故。
關(guān)鍵詞：LNG接收站；擴建設(shè)備調(diào)試；調(diào)試策略和方法；調(diào)試組織結(jié)構(gòu)
    液化天然氣(LNG)接收站主要用于LNG的卸載、儲存、再氣化和天然氣到用戶的輸送[1]。LNG再氣化設(shè)施包括LNG增壓泵、氣化器和海水泵。中海石油廣東大鵬LNG接收站一期再氣化生產(chǎn)線的單臺增壓泵、氣化器和海水泵的容量互相匹配，考慮槽車站的用量，低壓泵有2臺的冗余[2]。為了滿足廣東珠三角地區(qū)日益增加的天然氣需求，2009年廣東大鵬LNG接收站在原來6套氣化生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，擴建了3套氣化生產(chǎn)線。擴建設(shè)施包括2臺高壓泵、3臺氣化器(其中2臺開架式氣化器ORV和1臺浸沒燃燒式氣化器SCV)和2臺海水泵，擴建優(yōu)化了氣化生產(chǎn)線的配置，提高了LNG接收站的氣化能力和設(shè)備的備用能力。擴建設(shè)備調(diào)試由廣東大鵬液化天然氣有限公司內(nèi)部運行人員執(zhí)行。設(shè)備的調(diào)試是保證成功開車關(guān)鍵的一環(huán)，由于LNG設(shè)備介質(zhì)的特殊性，同時為了減少調(diào)試活動對正常生產(chǎn)運行系統(tǒng)的影響，在運LNG接收站擴建設(shè)施的調(diào)試與LNG接收站一期開車調(diào)試不同，采取了不同的調(diào)試策略，以保證正常生產(chǎn)和調(diào)試的零事故[3～8]。
1 調(diào)試的組織管理
1.1 調(diào)試組織結(jié)構(gòu)
    合理的設(shè)備調(diào)試人員組成和分工是成功調(diào)試的關(guān)鍵因數(shù)之一，調(diào)試組織人員包括工藝人員、電氣儀表控制人員、機械人員和安全人員，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)試工作的進度。
1.2 調(diào)試策略和方法
    氣化設(shè)施包含的高壓泵和氣化器是LNG接收站的核心設(shè)備，調(diào)試時，除了要考慮調(diào)試工作本身的安全之外，還要考慮調(diào)試工作對運行系統(tǒng)的影響以確保正常生產(chǎn)。
    整個調(diào)試工作受控于同步調(diào)試運行計劃(SIM0PS)，所有調(diào)試活動必須遵守LNG接收站運行工作票制度，各個預(yù)調(diào)試和調(diào)試階段必須嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程。
    調(diào)試工作分為設(shè)備預(yù)調(diào)試和設(shè)備調(diào)試兩個階段。設(shè)備預(yù)調(diào)試工作主要包括水壓試驗、吹掃、氣密試驗、惰化干燥，設(shè)備調(diào)試工作包括冷卻、試開車和設(shè)備性能測試。設(shè)備預(yù)調(diào)試T作同時包含了電氣一、二回路的連接和測試、電氣保護定值校定、儀表控制回路測試、控制模塊組態(tài)和功能測試等。調(diào)試的主要策略和方法如下：
    1) 水壓試驗壓力為1.5倍設(shè)計壓力至少10min的強度試驗，至少30min的嚴(yán)密性試驗，在持續(xù)時間內(nèi)無明顯壓降。
    2) 低壓系統(tǒng)的氣密壓力為運行壓力，持續(xù)時間內(nèi)無明顯壓降，用根據(jù)美國機械工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)(ASME)編制的氦泄漏檢驗標(biāo)準(zhǔn)進行高壓系統(tǒng)氣密試驗[9]，壓力不超過設(shè)備管線設(shè)計壓力的25%，氦氣濃度(體積分?jǐn)?shù))為10%，壓力至少保持30min，合格標(biāo)準(zhǔn)為小于10-6Pa·m3/s。
    3) LNG和NG管線、設(shè)備系統(tǒng)惰化干燥標(biāo)準(zhǔn)為含氧量(體積分?jǐn)?shù))不大于1%，露點不高于-40℃。
    4) 安裝機械完工后，對碳?xì)涔に嚱橘|(zhì)設(shè)備系統(tǒng)組織開車前安全檢查，系統(tǒng)引入碳?xì)浣橘|(zhì)前，安全檢查遺留A項必須全部關(guān)閉。
    5) 冷卻介質(zhì)源的選擇要充分考慮對運行系統(tǒng)的影響，液體冷卻速率控制在3℃/h以內(nèi)，管線上下管壁溫差小于30℃，氣體冷卻速率不大于10℃/h，冷卻時密切觀察管線位移情況。冷卻階段要求對閥門進行微動試驗，防止因冷脹、收縮、變形等引起的卡澀。
    6) 儀表控制回路測試、控制模塊功能測試應(yīng)在控制工程師站完成，以屏蔽中控室的報警信號，減少對DCS操作員正常生產(chǎn)的干擾。
    7) 對于雙母管的海水系統(tǒng)，海水泵的調(diào)試要求切換出單獨的母管配合調(diào)試，而對于單母管系統(tǒng)的高壓泵和氣化器等，啟動時保持氣化生產(chǎn)線上下游的流量平衡，并在低負(fù)荷運行2～4h以考核控制系統(tǒng)的可靠性和設(shè)備運行的穩(wěn)定性，再高負(fù)荷并入運行系統(tǒng)運行。
    8) 公用工程系統(tǒng)必須在設(shè)備調(diào)試前投入運行，消防設(shè)施通過消防部門驗收并取得合格證。
    9) 單體設(shè)備調(diào)試進行二級風(fēng)險分析，找出調(diào)試工作過程中的所有風(fēng)險和相應(yīng)風(fēng)險控制措施，保證調(diào)試工作和正常生產(chǎn)的安全。
1.3 系統(tǒng)分解[10]
    1) 公用工程系統(tǒng)，包括淡水、氮氣、儀表風(fēng)、工廠風(fēng)的公用工程站。
    2) 消防系統(tǒng)，包括消防水栓炮、氣體探頭、火焰探頭、低溫探頭等。
    3) 電氣開關(guān)一、二次系統(tǒng)。
    4) 高壓泵和管線系統(tǒng)。
    5) ORV和管線系統(tǒng)。
    6) SCV和管線系統(tǒng)，反滲透水處理單元。
    7) 海水泵系統(tǒng)。
2 再氣化單體設(shè)備的調(diào)試技術(shù)
2.1 0RV調(diào)試
    ORV的調(diào)試包括海水分布調(diào)整、管線冷卻升壓、低負(fù)荷運行考核和性能測試。
    1) 海水槽內(nèi)海水的調(diào)整。先將海水流量調(diào)整到額定值，通過調(diào)整進口分配蝶閥調(diào)整各海水槽水深偏差為±10mm，海水槽水量調(diào)整后，通過如下方法觀察海水流量變化時海水在換熱翅片上水膜的變化情況(ORV在備用狀態(tài)時必須保證換熱翅片有水膜)：①調(diào)整海水到低流量報警設(shè)定值觀察水膜；②調(diào)整海水到低流量跳車設(shè)定值觀察水膜；③以100～50t/h的速率繼續(xù)降低流量直到換熱翅片的水膜消失，記錄此流量值；④緩慢增加流量直到水膜在換熱翅片重新形成，記錄此流量值。
    2) 海水建立后，才能開始管線和ORV的冷卻，第一次冷卻和升壓一般需要2h，操作中控制冷卻速率小于3℃/h，升壓速率小于4000Pa/h，注意管線位移振動情況。
    3) 低負(fù)荷考核運行可靠性，即使設(shè)備跳車，但由于流量只有80t/h左右，也不會致使LNG接收站因物料平衡被打破而造成輸出中斷事故。
    4) 性能測試包括額定流量的0、25%、50%、75%、100%、110%和125%各點時0RV的運行性能是否滿足接收要求并計算效率。ORV性能接收標(biāo)準(zhǔn)為：10℃時海水溫差小于5℃；LNG和NG壓差為0.196MPa；噪音為85dB；NG出口最低溫度大于2℃。
2.2 SCV調(diào)試
    相對于ORV系統(tǒng)，SCV系統(tǒng)較為復(fù)雜，主要的輔助系統(tǒng)包括燃料供應(yīng)系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、反滲透水處理系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和加藥系統(tǒng)等。所有輔助系統(tǒng)必須調(diào)試開車成功，才能進行氣化系統(tǒng)的調(diào)試。SCV系統(tǒng)的調(diào)試順序如下：
    1) 儀表回路和儀表校驗、閥門開關(guān)和行程試驗。
    2) 反滲透水處理單元制水。
    3) 水浴建立液位，靜態(tài)24h后要求氯含量在15.5mg/m3以下，pH值為6～8。
    4) 冷卻水泵工作，燃燒筒水套出水正常。
    5) 燃燒風(fēng)機最大負(fù)荷4h試驗結(jié)束后，軸承和電機溫度正常，風(fēng)機在燃燒器最低和最大風(fēng)量區(qū)間運行時水浴渦流正常。
    6) 燃料氣供應(yīng)正常。
    7) 一級點火調(diào)試完成，火焰顏色、長度正常，燃燒室內(nèi)所有積水吹干，無阻塞燃燒空氣噴嘴現(xiàn)象。
    8) 二級點火和燃燒風(fēng)氣比調(diào)試。
    9) 工藝管線冷卻和管線升壓。
    10) SCV低負(fù)荷考核，SCV在60t負(fù)荷點運行2～4h，考核運行的穩(wěn)定性。
    11) 性能測試包括額定流量的0、25%、50%、75%、100%、110%和125%各點煙氣、水浴水溫、氣化效率、燃料氣消耗量等指標(biāo)。煙氣各氣體含量標(biāo)準(zhǔn)為：氧含量大于3.6%(體積分?jǐn)?shù))，一氧化碳含量小于50mg/m3，氮氧化物含量小于75mg/m3。
2.3 高壓泵調(diào)試
    高壓泵調(diào)試分為冷卻、試啟動、低負(fù)荷運行考核及性能測試。
    1) 高壓泵的冷卻可直接用LNG緩慢冷卻，由于出口管線的應(yīng)力設(shè)計問題，首先用蒸發(fā)器BOG冷卻到-130℃(冷卻速率不大于10℃/h)，再切換為LNG冷卻，第一次液體冷卻控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，總耗時約8h，保證泵各部分完全冷卻。
 

    2) 冷卻后試啟動高壓泵，可根據(jù)出口壓力判斷轉(zhuǎn)向的正確性，如果轉(zhuǎn)向，出口壓力通常只能達到額定壓力的50%左右。高壓泵1h內(nèi)最多可啟動4次，并分別間隔5min、15min、30min。由于高壓泵輸出采用單一母管，LNG通過回流閥返回LNG儲罐，借此考核泵低負(fù)荷運行情況，減少對運行系統(tǒng)的干擾。
    3) 高壓泵性能測試考核額定流量的43%(泵運行最小流量)、55%、70%、80%、100%、110%和125%各點的揚程、振動、電流功率和效率等指標(biāo)是否滿足設(shè)計要求。
3 結(jié)論
    1) 設(shè)備調(diào)試是各專業(yè)調(diào)試的組合，制訂詳盡的調(diào)試計劃、統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)試進度、廠家和工程師的專業(yè)支持是調(diào)試成功的保障。
    2) 編寫正確的調(diào)試規(guī)程并嚴(yán)格執(zhí)行，充分考慮整個調(diào)試過程的風(fēng)險并采取相應(yīng)的控制措施，是安全成功調(diào)試的決定因素。海水泵、ORV相繼在2009年8月完成調(diào)試，SCV在2009年12月投產(chǎn)，高壓泵在2010年2月開車成功，整個調(diào)試過程沒有發(fā)生事故。
    3) 擴建的高壓泵選擇了不同廠家的設(shè)備，對比新老泵運行性能測試結(jié)果，在相同流量時泵的揚程存在差異，如在450m3/h左右流量時，老泵P1105B比新泵P1105H的揚程高出40m，換算成壓力超過300kPa，由于系統(tǒng)采用母管式工藝流程，并列運行時勢必存在流量的不均勻分布，新老泵并列運行的操作需要在實際工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗。
    4) 開車前組織各專業(yè)安全檢查并對遺留項分類，確保所有A項不消除不對系統(tǒng)引入危險介質(zhì)，對安全開車有非常重要的作用。
參考文獻
[1] 顧安忠.液化天然氣技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.
[2] 趙德廷.廣東大鵬LNG接收站終端總體設(shè)計及主要工藝優(yōu)化[J].中國海上油氣，2007，19(3)：208-213.
[3] 徐博.世界LNG發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].石油管理干部學(xué)院學(xué)報，2004，11(2)：4-6.
[4] 王良軍，劉楊，羅仔源，等.大型LNG地上全容儲罐的冷卻技術(shù)研究[J].天然氣工業(yè)，2010，30(1)：93-95.
[5] 陳永東，陳學(xué)東.LNG成套裝置換熱器關(guān)鍵技術(shù)分析[J]天然氣工業(yè)，2010，30(1)：96-100.
[6] 戴成陽，黑劍平，馬路，等.新疆廣匯LNG裝置試車運行技術(shù)分析及改進[J].石油與天然氣化工，2009，38(3)：191-195.
[7] 李明，王暉，溫冬云，等.部分液化型LNG生產(chǎn)裝置的設(shè)計[J].石油與天然氣化工，2008，37(4)：312-316.
[8] 謝剛，王天明，邵擁軍，等.LNG管路保冷厚度的計算[J].石油與天然氣化工，2007，36(5)：373-376.
[9] 中國國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T15823-1995氦泄漏檢驗[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.1996.
[10] 初燕群，陳文煜，牛軍鋒，等.液化天然氣接收站應(yīng)用技術(shù)(Ⅰ)[J].天然氣工業(yè)，2007，27(1)：120-123.
 
(本文作者：柳山 魏光華 王良軍 羅仔源 中海石油廣東大鵬液化天然氣有限公司)