天然气液化工艺部分技术方案MRC

天然气液化工艺局部技术方案〔MRC〕易爆等特征，在生产中具有极高的危险性，既有比拟高的温度(280℃)和压力(50Bar),也有低温(-170℃),这些单元之间严密相连，中间缓冲地带比拟小，对参数的变化要求严格,这对LNG液化装置连续生产自动化提出了很高的要求。LNG装置的制冷剂配比与产量和收率直接相关，因此LNG生产过程中控制品质占有非常突出的位置。整个生产过程需要不少自动化硬件和配套的软件来实现。以保证生产装置的平安、稳定、高效运行，不仅是提高效益的关键,而且对生产人员、生产设备,以及整个厂区安全都十分重要。二、工艺过程简述LNG工艺流程图参见P&ID图1、原料气压缩单元来自界区外的天然气经过过滤器除去局部碳氢化合物、水和其它的液体及颗粒。35MPa(G)的原料气进入脱3、脱水脱酸气单元原料气进入2台切换的枯燥器,在这里原料气所含有被脱除,枯燥器出口原料气中水的露点在操作压力下低于-100℃。经过份子筛枯燥单元，在这里原料气再经过两个过滤器中的一个进展脱粉尘过4、液化单元进入冷箱的天然气在中被冷却至-35℃,在这个温度点冷箱别离罐中，脱除大局部重烃；天然气继续冷却至-70℃,在这个温度点，天然气在冷箱别离器中,脱除全甲烷气继续冷却至-155℃,节流后进入冷箱别离罐中别离,液体局部即为液化天然气被送至液化天然气储罐中储存,气相局部返回冷箱复温后用作份子筛枯燥单元的再生气。来自液化单元的液化天然气进入液化天然气储罐中储存,产量为420m3,储罐容量为4500m3,储存能力为6、制冷剂压缩单元按一定比例配比的制冷剂，经过制冷压缩机增压至1.3MPa(G)后经中间冷却器冷却后，进入中间别离罐中别离，气体局部进入制冷剂压缩机二级增压至4.9MPa(G)并与来自别离罐的液体混合后进入后冷却器冷却,进入别离罐中别离，气体局部流至冷箱顶部，液体局部经制冷剂泵送至冷箱顶部与气体局部混合后进入冷箱换热器冷却,冷却后的低温制冷剂由换热器底部流出,经节流阀节流降压降温后返回换热器，作为返流制冷剂为原料气和正流制冷剂降温液化提供冷量，低压制冷剂复温后出冷箱换热器。二、控制系统及自动化仪表(一)工艺过程对自动控制的要求1、高度的自动化LNG液化工艺连续性强，安全要求高，中间缓冲余量小，操作频繁要求高,没有控制系统难以保证生产过程的安全平稳及优化,因此LNG液化装置采用DCS,ESD,FGS系统集中在控制室,从而实现高度自动化集中管理。2、高质量的仪表LNG需要很多仪表,整套装置仪表设备几百台，每台仪表的正常运行都关系到某一参数或者设备的工作节点的正常操作。除考虑易燃易爆场所的要求外,每一个仪表具有高的可靠性和稳定性。现场仪表精度在1.0,1.5,远传仪表到达0.25级以上。采用高精度的仪表用来检测LNG的入口天然气流量和LNG,LPG装车的计量。入口天然气采用涡轮转子流量计，精度0.5级，LNG、LPG装车采用科氏质量流量计进展计量,流量精度0.05,密度精度0.0002g/cm34、在线分析仪表在LNG的生产过程中，入口天然气的成份发生变化对制冷剂的配比有很大的影响,对天然气和制冷剂的在线分析是十分重要的，以防止LNG液化装置的能耗过大。冷箱对入口天然气的含水量要求也是十分严格的，否那么长期运行将阻塞冷箱。LNG装置内有防爆区和非防爆区，非防爆区包括有明火的锅炉单元，PSA制氮和仪表空气单元。其它入冷箱单元、预处理单元、纯化单元、压缩机厂房等为防爆区域,在这些区内的所有仪表采用本安型仪表,特殊状态时采用隔爆型和正压防爆型仪表。自控系统在LNG液化装置中占有十分重要的地位,DCS、ESD系统构成复杂的数据网络，容易受到各种原因导致的浪涌电压的干扰和破坏。现场变送器、摹拟数字信号控制回路、调节阀、电磁阀和分别加装防雷模块予以保护,电源系统采用3级防护、分级泄放的电源防护(二)电源温和源DCS和ESD系统设置2台15KVA的UPS(不连续电源)供电，UPS的供电时间1小时。系统内使用的电源分别为24VDC和220VAC。仪表气源系统由2台无油压缩机、水别离罐、再生枯燥器、储气罐组成。温度：常温,无油无尘2台120m3/h的压缩机互为备用,10m3(1.0MPa)空气储罐。不连续供气时间30分钟。(三)仪表选型LNG装置的温度范围-170℃到300℃,装置的测温元件全部采用Pt100热电阻来实现。热电阻均为铠装型，按不同的区域配置保护管。特殊设备如冷箱内的温度检测采用铝保护管。除了用于计量的入口天然气流量计〔涡轮转子流量计〕和LNG、LPG装车流量计〔科氏质量流量计〕,均采用截流装置配差压变送器来发展测量。截流装置采用孔板来实现,取压方式法兰取压。气体流量配压力和温度补偿,差压变送器的差压范围选择6KPa(6000mmH20)。重要的位置采用流量开关作为ESD紧急停车系统信号检测。如：原料气压机和制冷剂压机的水冷系统。压力参数的检测通过压力变送器将信号传送到控制室供DCS或者ESD系统使用,关键位置配压力开关将信号传送至ESD或者DCS系统用于报警和联锁。就地仪表采用不锈钢压力表和普通压力表实现，压机和泵的出口采用耐震压力表。需要远传的液位信号根据不同的介质采用不同的检测方式,预处理局部选择法兰差压变送器把信号传到控制室，冷箱内重烃类T>-70℃的液位采用电容式液位计就地液位指示采用磁浮子液位计和玻璃板液位计。需要报警和联锁的液位计采用液位开关实现。LNG装置的调节阀主要有低温调节阀和常温调节阀，冷箱内使用的低温调节阀采用长颈型单座调节阀,颈长：600mm,阀体材质为铝合金。常温型调节阀根据不同的介质、压力、Cv值选用不同构造形式的调节阀，所有的调节阀都配有阀门定位器，关键阀门有阀位信号返回器何手轮装置。如冷箱制冷剂J-T阀。低温阀不设置先后截止阀和旁通阀,常温调节阀设置先后阀和旁通阀组。仪和1台实验室色谱分别用于天然气成份和制冷剂成份的在线分析，主要分析的有：甲烷，乙烷，丙烷，异物烷,二氧化碳等。采用的方式PCD和FID检测室。在线露点仪,分析进冷箱的天然气露点。7、仪表防护保温远传仪表安装在仪表箱内，需要冬季保温的采用防爆电伴热加以解决。1压力变送器河2差压变送器横河3手持式编程器1横河4温度变送器〔带隔离安全栅)优倍合资5隔离式安全栅优倍合资6双金属温度计国产国产7压力表国产国产8电容液位计19金属转子流量计国产1国产在线露点仪1进口磁浮子液位计国产4国产在线色谱仪〔包括取样系统〕2进口流量开关2国产压力开关4国产截流孔板国产国产三阀组国产焊接仪表截止阀国产截止阀国产压力表截止阀f国产调节阀进口本安仪表电缆国产防爆接线箱国产国产电缆桥架国产防爆连接收国产镀锌水煤气管国产不锈钢管国产仪表保护箱国产防爆电加热带国产防雷模块进口1色谱仪1进口2色谱仪1国产3化验用品1国产1隔离式安全栅优倍2合资2温度变送器〔带隔离安全栅〕优倍2合资3压力变送器2横河4差压变送器2横河(四)集散式控制系统(DCS)集散控制系统(DCS)主要实现主要工艺参数的显示、趋势记录、历史事件的记录、报警、控制、打印、制表及流程图画面动态显示等功能。DCS系统为整个系统的核心，工艺过程的所有常规控制、复杂控制和逻辑控制均由DCS来完成，当工艺参数越限时，能记忆、显示印并报警。DCS系统采用浙大中控JX-300XP系统,JX-300XP覆盖了大型集散系统的平安性、冗余功能、网络扩展功能、集成的用户界面及信息存取功能，除了具有模拟量信号输入输出、数字量信号输入输出、回路控制等常规DCS的功能，还具有高速数字量处理、高速顺序事件记录〔SOE〕、可编程逻辑控制等特殊功能；它不仅提供了功具，又为用户提供开辟复杂高级控制算法〔如含糊控制〕的类C语言编程环境SCX。系统规模变换灵便，可以实现从一个单元的过程控制，到全厂范围的自动化集成。系统配置图如下：统和人机接口组成。系统易于组态、易于使用、易于扩展。B、DCS系统作为整个系统的处理整个工艺过程的参数的显示、趋势记录、历史事件的记录、报警、控制、打印、制表及流程图画面动态显示等功能。当工艺对操作人员的操作过程进展记录。关键参数修改权限设置。c.DCS系统配置满足装置任何工况下的监控要求(包括紧急故障处理),CPU及通信总线负荷率控制在设计规定的指标之内并留有20%裕度。D.DCS处理器采用100%冗余配置，重要I/0点应考虑采用非同一板件的冗余配置，每一个I/0机架应有20%的在线I/0备用量。E、系统电源有可靠的后备手段采用在线式UPS电源,备用电源的切换时间应小于5ms。系统电源故障在控制室内设有独立于DCS之外的声光报警。大于50%,其接口设备(板件)通过冗余总线连接稳定可靠。G求发展,所有进入DCS系统的控制信号的电缆采用的屏蔽电缆,且有良好的单端接地。所有的执行机构、阀门等外围设备,在失电、失气、H失信号或者DCS系统失灵的情况下，能够向安全方向动作或者保持原位(安装保位阀)。I.DCS系统容量以最终P&ID图为准，留有20%余量。系统具有强大可扩展性，只需增加I/0模板就可以实现对系统的扩展。J、在线修改功能,系统可以在线修改程序而不影响系统K.DCS系统采用分布式控制，I/0远程单元可以安装在现场控制箱内。通过冗余总线方式与处理器连接。L、系统的兼容性，可以与RS485,RS232等多种方式与其他不同的系统连接。序号信号类型I/0点数冗余点数合计余量比例总点数I/0卡类型卡件数量14~20mA输入，配电08%3热电阻输入(AI)02%44~20mA输出(AO)0%5开关量输入(DI)0%6开关量输出〔DO〕0%合计0β序号名称卡件号单位数量生产厂家1机柜(800*600*2100),外配用个1浙大中控2机柜(800*600*2100),可带4个机笼个2浙大中控3体化机笼，可带16块I/0卡个6浙大中控4庄控制卡(高速，大容量)块2浙大中控5数据转发卡块浙大中控6电源指示卡块8浙大中控7电源箱机笼个2浙大中控8XP251-1个6浙大中控9电流信号输入卡，6路输入块浙大中控电压信号输入卡，6路输入块5浙大中控热电阻信号输入卡，4路输入块浙大中控摹拟量输出卡，4路输出块浙大中控触点型开入，8路输入块浙大中控块浙大中控I/0端子板(不冗余)块浙大中控16路机械继电器输出端子板块浙大中控块浙大中控1操作员站/工程师站主机套3DELLSC440〔奔腾D双核2.8G/512M/120G/集成16M显卡/独立声卡/48XCD-ROM/键盘/光电鼠标/(2个PCI插槽和3个PCIE插槽))2套33操作员键盘B个34FcnetII网卡(双绞线)块35平面式操作台XP072-1张36打印机台张1716口交换机XP425-1个21套1微软2实时监控软件个43组态软件个1打印机EPSON〔A3,黑白，针台1第16页2直流电源0个2菲尼克斯3空气开关个梅兰日兰44-20mA输入安全栅个浙大中控54-20mA输出安全栅个浙大中控6安全栅支架个4龙飞7继电器RM2S-ULDC24,SM2S-05D底座个和泉8熔断器端子个菲尼克斯9UPS个1山特(五)ESD联锁停车系统易爆等特征，在生产中具有极高的危险性，因此实现生产装置的安全、稳定、高效运行不仅是提高效益的关键，而且对生产人员、生产设备，人员平安都十分重要。在本装置采用国际先进的ESD(EmergencyShutdown,紧急停车)系统实现装置的安全控制。LNG液化装置ESD系统构成：液化单元和公用工程区实现联锁保护控制,以确保装置在发生电力、循环水装置或者仪表系统等公共故障时天然气的切断与排放得到有效的控制。当装置区发生火灾等紧急情况时,ESD接收FGS系统的信号，控制停顿切断相关的设备。ESD设联锁控制，安全级别到达SIL2。ESD系统独立于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS。ESD系统的ESD中处理器、电源按实时热备冗余系统(独立机架)设计。ESD所选用的模板应是带电可插拔型模板，且每块模板都有自诊断功能。ESD处理器能承受、处理其它站拷贝来的子程序,并可将本站的一些功能程序移植到需要的站场,以减少重复编程的工作量。ESD系统能够满足所需的热备冗余配置要求。对硬件的地址分配设置、I/0的量化等应采用组态的方式完成。CPU的字长≥32位，支持浮点运算、支持全部的数字量和摹拟量,具有在线维护能力。1、ESD系统的配置A.为确保装置安全、稳定、可靠地运行，设计中采用1套ESD系统分别控制用于控制液化单元、压缩单元、储罐区和公用工程单元。B.中央控制室由一个控制站AS414F/HF和现场I/0端口组成。DCS操作站可以作为ESD的监控使用。与DCS系统共用工程师站。C.本着安全高于控制的原那末，所有关键联锁检测点采用先进ESD系统，再通过冗余工业以太网与DCS的通信。D.重要的I/0点全部选用热备冗余方式,输入卡全部选用光电隔离型，非SIL(SafetyInterityLevel)级的输出卡选用继电器隔离或者光电隔离型，防止现场干扰信号的影响。E.交流电源采用双路方式供应电源模块，一路电源经UPS(不连续电源)供应ESD电源主模件,另一路市电电源供应ESD备用电源模件。24VDC电源因其容量很大，分两局部供应,一局部供应现场仪表和继电器、一局部供应现场电磁阀工作的电源，由DCS的直流电源装置供应。控制电磁阀的电源总线要选用铠装电缆,额定功率不能超出其总功率的50%,以防止电缆故障而造成大面积停车。2、ESD设备清单二、紧急停车系统(ESD)11西门子2网络接头2西门子西门子1530MM导轨2西门子22西门子3接口模块IM153-24西门子4连接器PS307/IM153-22西门子5连接器IM153-2/IM153-22西门子64西门子8开关量输入24DI,24VDC4西门子9开关量输出4西门子20针连接器西门子40针连接器1西门子4西门子网络接头4西门子ESD软件局部包括：火灾检测及报警系统(FGS)1)设计原那末FGS系统主要用来对厂区附近区域发展早期的火焰,可燃气体或者有毒气体的检测,并通过声光报警指示发生危(wei)险的区域。b)在厂内建筑及工艺装置区设置火灾报警检测装置，主要的检测仪表有感温/感烟探测器、可燃气体浓度探测器、低温探测器、火焰探测器及手动报警按钮。c)在控制室等处设置感温/感烟探测器,当保护区域的感温/感烟探测器均报警后，消防控制室内火灾报警控制盘自动发出报警信号。d)在工艺装置区、储罐区及存在潜在危(wei)险需要时常观测处,设置可燃气体浓度探测器,其报警信号送FGS发展报警和联锁控制。e)LNG集液池内设置低温探测器,当探测器探测到LNG(液化天然气)泄漏后,由火灾报警控制盘联锁控制给出信号启动雨淋阀，从而启动高倍数泡沫灭火系统。)在工艺装置区、储罐区及存在潜在危(wei)险需要时常观测处,设置火焰探测器,其报警信号送FGS进展