lng槽车区安全运行的安全问题

lng槽车区安全运行的安全问题

0槽车装卸区流量调节lng接收站的主要功能是接收、存储和重新发送lng，并通过电网向电厂和城市用户提供天然气，或通过网络向用户直接提供lng。在一些LNG接收站投产初期,由于外输管网不完备,槽车向外直接供应LNG,对保证整个LNG接收站的平稳生产具有显著的经济意义。在福建LNG接收站槽车装车区,通过流量调节阀调节送入槽车罐内流量。在实际应用中通常发现在LNG装车过程中,流量调节阀会发生一定程度的振动和噪音,在合理范围内不会对槽车装车系统造成影响,但是调节阀长期的振动会对阀体密封性产生影响,严重时会形成明显安全隐患。分析调节阀振动的原因,探索降低阀门振动的办法,对保证装车撬平稳装车具有实际意义。1lng工装过程在前期准备工作(如设备外观有无缺陷,安全装置和附件是否齐全、灵敏;车罐内温度和压力是否正常等)均已经完成的情况下才可进行气相臂、液相臂的连接。先进行气相臂的连接,并进行氮气吹扫。然后再液连接相臂,并进行氮气吹扫。液相臂、气相臂和槽车连接好之后,装车现场的控制面板上的液相臂和气相臂的指示灯会显示成绿色,此时可打开槽车的进液阀和液相臂的进液阀进行LNG装车。槽车装车过程中发现,调节阀出现不规律的振动和噪音。在槽车刚装车时,调节阀出现不规则的喘声,时断时续,间隔约为2~7s,同时阀体出现了轻微的抖动。在装车约进行到一半时,阀门出现了长时间的蜂鸣声,时间持续约30s。严重时阀体出现严重振动,并伴随持续时间较长的短促蜂鸣声。严重的阀门振动对阀门密封性、阀门寿命均有较大影响,由于LNG是低温易燃易爆流体,低温调节阀的更换工作与常规管道调节阀更换工作相比更复杂、要求安全性更高、成本也更高。通常低温管道阀门振动会产生如下问题:1)阀门关闭不严,阀门开度和实际开度产生差异,出现内漏。2)阀门出现外漏,导致设备停车。3)阀门振动与装车撬产生共振,导致危险事故发生。2槽车lng的预冷和氮气运移特性槽车装车区,整个系统采用自动化控制系统。自动控制的基本原理见图2。在槽车区,控制对象为LNG充装的质量流速,执行机构为流量调节阀,其结构见图3,测量元件是科里奥利质量流量计。阀门振动的基本原因是,流过阀体的LNG流体流速不断变化,使阀门来回动作,LNG流体形成时刻变化的湍流漩涡并对阀体及管体产生非周期性冲击。同时LNG流体流速不断变化,造成流体内摩擦加剧,则是形成噪音的原因之一。在槽车LNG充装过程中,为防止槽车罐体温度过高,蒸发形成大量的蒸发气(BOG),一般装车初期先按小流量预冷槽车的罐体,预冷过程充装的LNG量以槽车预设装载总量的10%为基准,再以正常流速给槽车充装LNG,最后减速装车,直到达到槽车预设的装载量。控制器设定的装车速度随时间变化,如图4,从图4中可看到装车过程中实际流速值与设定流速值产生了很大差别,尤其是预冷过程和结束过程中,有时甚至在恢复到正常操作速度过程中实际流速与设定的流速值之间仍会产生较大差异。实际流量和设定流量值的差异,增加了LNG充装过程中的流量的不稳定性和阀门动作的次数。本文中不考虑LNG槽装车首次使用氮气置换后的预冷情况,仅考虑LNG槽车正常卸下LNG后再次充装LNG的情况。液化天然气(LNG)为不可压缩流体,根据流体力学的基本原理,结合自动控制的基本原理,实际流速与设定流速值差异形成的原因可从干扰因素和控制器控制方式两个方面进行分析。2.1槽车流速受流速影响槽车装车系统中所谓干扰因素是指会造成装车过程的实际流量偏离设定值的因素。根据流体力学的基本原理,取接收站低压外输出口的断面和进入槽车储罐的断面建立伯努利方程如下:其中:式中,Z1为装车撬液相出口位压头,m;Z2为槽车总管位压头,m;P1为装车撬液相出口流体压力,Pa;P2为槽车总管流体压力(压强),Pa;u1为装车撬液相出口流体流速,m/s;u2为槽车总管流体流速,m/s;ρ为密度,kg/m3;g为自由落体加速度,m/s2;hf为能量损失(单位质量流体的机械能损失),J/kg。接收站低压外输出口的总压头,一般保持不变,即公式(1)左边的量为常数,摩擦阻力损失仅受流速的影响,Z2为常数,因此影响流速的因素主要是进入车罐的压力,和阻力损失。天然气槽车在充装LNG前,里面都会残留上次卸LNG的过程BOG气体,并且罐内温度也会比LNG温度高,这会造成槽车内压力的不稳定,从而使充装LNG的速度不稳定。充装LNG过程中,槽车罐内发生着预冷过程,随着槽车内罐温度降低到和LNG温度一致,会出现再冷凝过程,即过冷的LNG使温度较高的BOG气体再冷凝,也就是降温和降压的过程同时进行。不管在预冷阶段还是BOG再冷凝过程,槽车的压力都会不稳定,只有在槽车罐内温度和压力都都稳定情况下,装车过程的实际流速才会与设定流速才一致。因此,影响槽车罐内压力和温度因素都可视为干扰因素,通过归纳分析可以发现干扰因素可分为两个方面,工艺因素和操作因素。2.1.1槽车罐内流体流失,易造成吸压波动,不利于稳定性装车过程中气相臂上的2寸手动阀(V-041066)关闭,装车过程就会使槽车罐形成一个封闭的单向流体流入的过程,即只有液相臂的LNG液相流体流入,没有BOG气相流体流出,从而不利于保持稳定,这样入槽车罐的流速就会时刻波动,从而经过质量流量计的流量就会时刻波动。2.1.2下进液阀门开启关闭装车开始时工作人员会通知司机开启槽车上的上进液阀V-2,工作人员开启液相臂上的3寸手动阀(V-041063)。预冷过程结束后,工作人员会通知司机开启槽车的下进液阀V-1。下进液阀门开启关闭最直接影响的就是公式(1)中的阻力损失,尤其是当预冷结束后,司机快速开启下进液阀,导致阻力损失瞬间下降,流速快速增加。因此在操作阀门过程中动作应慢以防止快速开关阀门,快速开启或关闭阀门会造成压力的突变,形成剧烈的压力波,加剧阀门振动。2.2质量流速稳定流量控制的基本原理可见图2,从图可以看出一旦产生干扰因素,控制器将根据偏差x-y,指挥流量调节阀动作,直到实际质量流速和设定质量流速相等,从收到第一个偏差信号到实际质量流速和设定质量流速相差在余差范围,即使质量流速稳定了,也可能与设定值有一定差值,如图4中,质量流速稳定也会略低于设定质量流速。在控制过程中,如果干扰因素不消除,或者控制器控制参数选择不当,都会导致流量波动,阀门频繁动作,给安全生产造成隐患。同时,控制过程的控制参数也是决定控制质量的关键因素之一,调整控制器参数的重要方法有经验凑试法,大量的统计控制曲线的过渡过程,不断凑试,直到获得满意控制效果为止。3d撬槽车工装阶段表1是我公司槽车区老撬停车后,关闭流量调节阀,打开调节阀旁路后A、B、C、D撬的阀门开度情况。正常情况下,A、B、C、D撬的阀门开度应在±0.25%~2.00%变化。根据表1的数据可以发现,A撬的开度正常,C撬的开度稍微偏大,B撬的开度已经高出正常值的2倍,D撬的开度已经严重偏离正常范围。零流量时阀门开度严重偏大一般是由于有阀门定位器偏移,阀门内漏等原因引起的。为此记录了一次D撬槽车装车过程中流量随时间变化的关系,见图5。该槽车装车前的压力为3.5bar,槽车内的液位是0ml。从图中可以明显发现流量曲线发生明显波动,尤其在a点以前,此阶段是阀门振动最为严重的阶段,在a~b阶段流量在380~420kg/miu之间振荡,而槽车设定的流量为400kg/miu,振动过程的最大值已经超过了槽车的设定值;在b~c阶段,流量曲线相对比较平缓,c~d阶段为槽车装车结束前,流量开始下降的阶段的。结合前文的理论部分可以发现,0~a阶段为槽车的预冷阶段,a~b阶段为槽车的全速充装阶段,但槽车罐内压力并不稳定;b~c阶段为槽车全速充装车阶段同时该阶段槽车内压力已经相对稳定;c~d为槽车减速装车阶段。从图5可以发现此次D撬所装的槽车,流量调节阀在0~a阶段和c~d阶段振动幅度要远大于a~b阶段和b~c阶段。图5中并没有出现如图4中的一个流量的最大值,是因为笔者在装车过程中让槽车司机在开启槽车下进液阀门时,先让槽车司机预冷了槽车下进液阀,待下进液阀门结霜后,方缓慢开启了下进液阀,从而避免了最大值流量的出现。4消防减振主要机理结合机械振动学、化工工艺、仪表控制的基本的原理,对阀门振动原因进行分析后,发现可采用机械法降振法、调整生产工艺法、调整控制器参数法进行减振。4.1老槽车撬流量控制阀的改造机械降振法主要采用振动隔离的方法即隔振,是通过在振动物体与其相连物体之间使用隔振装置,从而吸收振源产生的能量,减少能量的传递。即在老槽车撬流量调节阀执行机构上加装一个减振杆,具体流量调节阀执行机构可见图3a),改装后的撬车结构见图6b),图6b)中的红色线条即表示减振杆。该方法具有实施容易,成本低的特点,但该方法只能在振动轻微的条件下使用,减振效果并不十分明显。4.2槽车罐降压减振阀门振动是由于流过阀门的流量不稳定产生的大量漩涡,引发激烈碰撞产生的,而流量不稳定的原因是槽车装车过程中车罐内压力不稳定,及罐内温度和LNG温度有差异引起,因此槽车装车过程应先将槽车罐进行降压,然后进行罐内降温,使罐内的装车条件保持稳定,这样才能保证装车过程的流量波动小,从而使有效消除剧烈振动的工艺因素,也即消除自动控制过程中干扰因素,该方法为重要的减振方法之一,减振效果明显。4.3阻尼调整系统阀门振动的原因是因为流量波动大,控制阀开关频繁造成的系统不稳定,可以在控制系统中加入阻尼时间来克服,调整控制参数过程必须要求工艺人员和仪表人员均到场。通常厂家设定的参数均是经过大量实践、现场调试获得的参数,通过调整PID参数,达到实际使用的目的。5槽车的抗压强度1)建议将零流量时流量调节阀的阀门开度数值纳入日常巡检范围,有效监控调节阀的工作情况;定期抽检槽车装车过程中的实际装车过程的流量曲线,分析流量波动情况。2)槽车装车过程中开