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安全仪表系统在 LNG 项目的设计应用

作时间:2019-03-30  来源:  作者:
   

 摘 要:通过对本 LNG 项目安全仪表系统仪表在设计、安装、调试等方面的一些体会和实际经验探讨,以达到提高安全仪表系统的可靠性目的。 

 
            我公司安塞 20 万吨/年 LNG(Liquefied Natural Gas)项目,主要包括 20 万吨/年天然气液化装置,LNG 储罐,LNG装车系统及配套公共设施。LNG 是一种重要的有机化工原料,主要有甲烷成份。LNG 通过在常压下气态的天然气冷却在-162℃,使之凝结成液体。LNG 是一种清洁能源,也是一种可燃、可爆的气体。近年来,对安全生产要求不断提高,安全仪表系统已经成了保证装置正常生产,保护人员和设备安全主要措施,对其性能要求也逐渐提高。本文以 LNG 的项目各装置,从可靠性角度进行分析,集中阐述了安全仪表系统在 LNG 装置的设计应用。
 
1 安全仪表系统在 LNG 项目的应用 
            根据 GB/T50770-2013《石油化工安全仪表设计规范》定义,安全仪表系统能实现一个或多个安全仪表功能的仪表系统。安全仪表系统包括测量仪表、逻辑运算器和非常终元件、关联软件及部件。 
 
整个 20 万吨/年 LNG 项目各装置供用一套安全仪表系统,安全完整性等级为 SIL3。主要完成以下逻辑联锁保护功能: 
(1)全厂急停 11-HS-001 手动按钮,进装车切断阀13-XV-0505 关闭,LNG 装置 1100-F-01 加热炉停止,两台空压停车; 
(2)LNG 装置手动急停按钮 11-HS-002 启动,原料进装置 11-XV-0501 切断阀关闭;冷剂压缩机 1100-K-02 停和部分机泵等; 
(3)再生气加热炉出口温度 11-TSHH-1902 高高 300℃,再生气加热炉进口燃料气切断阀 11-XV-1901 关闭,再生气加热炉 11-F-01 停; 
(4)至冷箱解冻天然气温度 11-TSHH-1905 高高 300℃,至冷箱解冻天然气 11-XV-1902 切断阀关闭; 
(5)净化分离气 1100-SPR-02 液位 11-LSLL-0802 低低50﹪,净化分离器底部胺液排放切断阀 11-XV-0801 关闭; 
(6)吸收塔 T-01 液位 11-LSLL-0702 低低,吸收塔底部胺液排放切断阀 11-XV-0701 关闭; 
(7)原料气进口分离气 1100-SPR-01 液位 11-LSLL- 0501 低低 13.38﹪,原料分离器底部排放切断阀 11-XV-0502关闭; 
(8)再生气压缩机 1100-k-01A/B、BOG 压缩机 1100-K- 03A/B、循环 BOG压缩机 1100-K-04A/B允许启动和联锁保护;
 
(9)汽车装车 LNG 收集池温度 13-TS-001DI 低低及安全逃生紧急停按钮 HS-001/002/003,六台批量控制器停止装车,及启动相关联锁; 
(10)LNG 储罐液位 12-HS-0621/0622/0623 高高,LNG储罐 N2 切断阀 12-XV-0602 关闭;LNG 储罐液位 12-HS-0621 /0622/0623 高,LNG 储罐入口切断阀 12-XV-0603A/B 关闭。 
 
2 现场仪表的设计选型 
            现场仪表由检测元件和执行元件两部分组成,在危险故障率中所占比例分别为 35%和 50%,其可靠性直接关系着整个系统的安全可靠性。在设计过程应从多方面进行考虑,包括仪表自身性能的可靠性及外部环境、安装等方面。 本 LNG 项目的安全测量仪表设计主要热电阻、智能变送器、雷达液位计、伺服液位计,热电阻为法兰式、铠装弹簧压紧式、直行整体钻孔套管结构,在温度检测仪表系统回路设计了温变安全删,在温变安全删设置回路保护功能,热电阻断线只报警而不联锁动作。变送器设计为带 Hart 协议、LCD 显示、4-20mA 信号功能智能型变送器,优越于压力开关仪表,变送器随时看到压力值,调校维护方便,通过手持终端就完成变送器的调校和联锁自保试验。LNG 储罐液位选型为恩拉夫的两台伺服液位计和一台雷达液位计,分别输出4-20mA 信号,4-20mA 信号进入安全仪表系统 3 个不同三重化输入模块,方式为三取二逻辑表达形式,这种配置增加了安全仪表的可靠性。另一路通过 RS-485 的通信,雷达液位计、2 台伺服液位计的液位在 DCS 显示,并在现场配置罐旁显示仪。 
 
3 执行元件 
            执行元件多为带电磁阀、相关气路的调节阀和切断阀,在设计时,非常多考虑的是其可靠性和本质安全。从本质安全要求,开关阀设计非常好为带弹簧复位的单作用执行机构,在管网气源压力失去的情况下,单作用执行机构可以依靠弹簧的弹力作用将开关阀至于安全状态,若设计双作用执行机构要带有储气罐,故障安全型设置,电磁阀长带电,低功耗型。本 LNG 装置开关阀设计为单作用气动执行机构全通经球阀,LNG 罐区和装车开关阀因低温,设计选型原装进口,位号为13-XV-0505、13-XV-0603 两台开关阀需经 SIL3 认证。在开关阀采购过程中的技术确认也是一项重要环节,是杜绝安全隐患保证可靠性的重要环节,开关阀供应商有时出于价格的靠虑,所供的产品有卡边配置,在正常的工况使用是没有问
 
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