天然气液化工艺部分技术方案(MRC)...doc

天然气液化工艺部分技术方案（MRC）一、天然气液化属流程工业，具有深冷、高压，易燃、易爆等特征，在生产中具有极高的危险性，既有比较高的温度（280）和压力（50Bar），也有低温（-170），这些单元之间紧密相连，中间缓冲地带比较小，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。整个生产过程需要很多自动化硬件和配套的软件来实现。以保证生产装置的安全、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，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部分碳氢化合物、水和其它的液体及颗粒。35MPa(G)的原料气进入脱CO2单元。3、脱水脱酸气单元原料气进入2台切换的干燥器，在这里原料气所含有的所有水分和CO2被脱除，干燥器出口原料气中水的露点在操作压力下低于-100。经过分子筛干燥单元，在这里原料气再经过两个过滤器中的一个进行脱粉尘过滤。4、液化单元进入冷箱的天然气在中被冷却至-35，在这个温度点冷箱分离罐中，脱除大部分重烃；天然气继续冷却至-70，在这个温度点，天然气在冷箱分离器中，脱除全部重烃，出口的天然气中C5+重烃含量降至70ppm以下；甲烷气继续冷却至-155，节流后进入冷箱分离罐中分离，液体部分即为液化天然气被送至液化天然气储罐中储存，气相部分返回冷箱复温后用作分子筛干燥单元的再生气。5、储运单元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4500 m3,储存能力为10天。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，进入中间分离罐中分离，气体部分进入制冷剂压缩机二级增压至4.9MPa(G)并与来自分离罐的液体混合后进入后冷却器冷却，进入分离罐中分离，气体部分流至冷箱顶部，液体部分经制冷剂泵送至冷箱顶部与气体部分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，远传仪表达到0.25级以上。3、 高精度的计量仪表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行计量，流量精度0.05，密度精度0.0002g/cm3。4、在线分析仪表 在LNG的生产过程中，入口天然气的成分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，否则长期运行将堵塞冷箱。5、防爆防雷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、模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系统。以及做好等电位连接。（二）电源和气源1、电源 DCS和ESD系统设置2台15KVA的UPS（不间断电源）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。2、气源 仪表气源系统由2台无油压缩机、水分离罐、再生干燥器、储气罐组成。 压力：0.7MPa 露点：-40（0.7MPa时） 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。不间断供气时间30分钟。（三）仪表选型1、温度仪表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。2、流量仪表 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进行测量。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（6000mmH2O）。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。3、压力仪表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ESD系统使用，关键位置配压力开关将信号传送至ESD或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。4、液位仪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，预处理部分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实现。LNG采用差压变送器传输信号。关键部位如;LNG储罐使用2套液位检测系统。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。5、调节阀 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值选用不同结构形式的调节阀，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。低温阀不设置前后截止阀和旁通阀，常温调节阀设置前后阀和旁通阀组。6、1分析仪表LNG装置采用的在线分析仪表有：1台在线工业色谱仪和1台实验室色谱分别用于天然气成分和制冷剂成分的在线分析，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。仪表部分清单如下：仪表部分1压力变送器EJA43034横河2差压变送器EJA110A28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38合资5隔离式安全栅优倍200合资6双金属温度计国产24国产7压力表国产60国产8电容液位计Liquicap M FMI 51/521E+H9金属转子流量计国产1国产10在线露点仪Transmet IS1进口11磁浮子液位计国产4国产12在线色谱仪（包括取样系统）PGC20002进口13流量开关F20002国产14压力开关4国产15截流孔板国产10国产16三阀组CF130国产17焊接仪表截止阀12300国产18截止阀DN2048国产19压力表截止阀12-M20*1.5300国产20调节阀22进口21本安仪表电缆Kvvp41.54000国产22防爆接线箱国产16国产23电缆桥架200100260国产24防爆连接管200国产25镀锌水煤气管3/4“300国产26不锈钢管12400国产27仪表保护箱64国产28防爆电加热带300国产29防雷模块300进口六，实验室 1色谱仪Hp 6890N CnHn1进口2色谱仪GC9900 CO21国产3化验用品1国产七，工具 八，备品备件 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EJA4302横河4差压变送器EJA110A2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、打印并报警。1、 DCS系统组成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安全性、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；它不仅提供了功能块图（SCFBD）、梯形图（SCLD）等直观的图形组态工具，又为用户提供开发复杂高级控制算法（如模糊控制）的类C语言编程环境SCX。系统规模变换灵活，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：PIMS系统不属系统供货范围 操作站*2 打印机 系统机柜端子柜安全栅柜继控制柜工程师站 2、 DCS配置的原则A、系统由过程站、数据通讯系统和人机接口组成。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。当工艺参数超越设定值时，能记忆、显示、打印并报警。对操作人员的操作过程进行记录。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 IO 点应考虑采用非同一板件的冗余配置，每个I/O机架应有20%的在线I/O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。F、 主系统DCS及与主系统连接的所有相关系统(包括ESD、压缩机PLC、装车独立的PLC)的通信负荷率不大于 50%，其接口设备(板件)通过冗余总线连接稳定可靠。G、 DCS的系统接地设计按照（HG/T-20513-2000）技术要求进行，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。H、 所有的执行机构、阀门等外围设备，在失电、失气、失信号或 DCS 系统失灵的情况下，能够向安全方向动作或保持原位（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/O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的运行。K、 DCS系统采用分布式控制，I/O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。WebField JX-300XP 系统配置清单1用户：哈工大雪贝低温设备有限公司项目： 系统规模序号信号类型I/O点数冗余点数合计余量比例总点数I/O卡类型卡件数量1420mA输入，配电（AI）800802227.50%102XP313173热电阻输入（AI）290291551.72%44XP316114420mA输出（AO）540542240.74%76XP322195开关量输入（DI）16501653521.21%200XP363256开关量输出（DO）12001203226.67%152XP36219合计466046613860496系统配置序号名称卡件号单位数量生产厂家控制站硬件1机柜(800*600*2100)，外配用XP204个1浙大中控2机柜(800*600*2100)，可带4个机笼XP202个2浙大中控3一体化机笼，可带16块I/O卡XP211个6浙大中控4主控制卡（高速，大容量）XP243块2浙大中控5数据转发卡XP233块12浙大中控6电源指示卡XP221块8浙大中控7电源箱机笼XP251个2浙大中控8电源箱（5V，24V）单体，150WXP251-1个6浙大中控9电流信号输入卡，6路输入XP313块17浙大中控10电压信号输入卡，6路输入XP314块5浙大中控11热电阻信号输入卡，4路输入XP316块11浙大中控12模拟量输出卡，4路输出XP322块19浙大中控13触点型开入，8路输入XP363块25浙大中控14晶体管触点开出，8路输出XP362块19浙大中控15I/O端子板（不冗余）XP520块39浙大中控1616路机械继电器输出端子板XP562-GPR块10浙大中控17DI/O端子板转接模块XP521块10浙大中控操作站硬件1操作员站/工程师站主机XP002套3DELLDELLSC440（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）)219LCD显示器，DELL，E197FP套3DELL3操作员键盘XP032-USB个34Scnet II 网卡（双绞线）XP023（PCIE）块35平面式操作台XP072-1张36打印机台FW072D张1716口交换机XP425-1个2操作站软件1Windows2000 中文授权标准版SP4套1微软2实时监控软件PRO111个43组态软件PRO135个1其他配套部件1打印机EPSON（A3，黑白，针打）EPSON 1600K3H台1EPSON2直流电源QUINT-PS-100-240AC/24DC/20个2菲尼克斯3空气开关C65N -2P-D/10A个11梅兰日兰44-20mA输入安全栅SB3041-BX个80浙大中控54-20mA输出安全栅SB3045-BX个10浙大中控6安全栅支架LK-25个4龙飞7继电器RM2S-UL DC24,SM2S-05D底座个152和泉8熔断器端子UK5-HESI个200菲尼克斯9UPSC6KS/1H个1山特（五）ESD联锁停车系统天然气液化属流程工业，具有低温、高压，易燃、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，人员安全都十分重要。在本装置采用国际先进的ESD(Emergency Shut down,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，控制停止切断相关的设备。ESD设备采用的是西门子公司的AS414F/HF系统对装置进行联锁控制，安全级别达到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 处理器能接受、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/O 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模拟量，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/O 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则，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/O 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(Safety Interity Level)级的输出卡选用继电器隔离或光电隔离型，避免现场干扰信号的影响。 E交流电源采用双路方式供给电源模块，一路电源经 UPS(不间断电源)供给ESD电源主模件，另一路市电电源供给ESD备用电源模件。 24V DC 电源因其容量很大，分两部分供给，一部分供给现场仪表和继电器、一部分供给现场电磁阀工作的电源，由DCS的直流电源装置供给。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%，以避免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）1、ESD处理器1AS414-H, 冗余控制器6ES7654-2ND67-0XC01西门子2网络接头6ES7972-0BA41-0XA02西门子总计：西门子2、I/O部分1530MM导轨6ES7195-1GF30-0XA02西门子2电源模块PS 307 ,5A6ES7307-1EA00-0AA02西门子3接口模块IM153-26ES7153-2BA00-0XB04西门子4连接器PS307/IM153-26ES7195-7HA00-0XA02西门子5连接器IM153-2/IM153-26ES7195-7HD10-0XA02西门子6模拟量输入6AI,4-20MA6ES7336-1HE00-0AB04西门子8开关量输入24DI,24VDC6ES7 326-1BK00-0AB04西门子9开关量输出10DO,24VDC,0.5A6ES7 326-2BF00-0AB04西门子1020针连接器6ES7392-1AJ00-0AA014西门子1140针连接器6ES7392-1AM00-0AA01西门子12连接器SM/SM6ES7195-7HB00-0XA04西门子13网络接头6ES7972-0BA41-0XA04西门子3、ESD软件 ESD软件部分包括：A、SIMATIC PCS 7, SOFTWAREENGINEERING V6.1，B、安全插件SOFT-F三、火灾检测报警系统（FGS）火灾检测及报警系统(FGS)1）设计原则a) FGS系统主要用来对厂区附近区域进行早期的火焰，可燃气体或有毒气体的检测，并通过声光报警指示发生危险的区域。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险需要经常观测处，设置可燃气体浓度探测器，其报警信号送FGS进行报警和联锁控制。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。f) 在工艺装置区、储罐区及存在潜在危险需要经常观测处，设置火焰探测器，其报警信号送FGS进行报警和联锁控制。g) 在LNG储罐通向大气的安全阀出口管处设置固定式干粉灭火系统，用于扑救释放阀出口处的火灾。h) 室外主要出入口装设手动报警按钮，从装置区内任何一点至最近的手动报警按钮不超过30m；i) 火灾自动报警控制盘应具备的功能：w 回路式及总线地址编码式混合使用；w 在任何时候都能识别出每个探测器开关的故障报警；w 在任何时候都能识别