LNG接收站擴(kuò)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(lái)6套氣化生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，擴(kuò)建了3套氣化生產(chǎn)線。為了減少擴(kuò)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(lái)6套氣化生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，擴(kuò)建了3套氣化生產(chǎn)線。為了減少擴(kuò)建設(shè)備調(diào)試活動(dòng)對(duì)正常生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的影響，進(jìn)行了一系列試驗(yàn)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(jī)構(gòu)、制訂詳盡的調(diào)試計(jì)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(yùn)行LNG接收站擴(kuò)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(yùn)行和調(diào)試工作的零事故。
關(guān)鍵詞：LNG接收站；擴(kuò)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(chǔ)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(tái)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(tái)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(lái)6套氣化生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，擴(kuò)建了3套氣化生產(chǎn)線。擴(kuò)建設(shè)施包括2臺(tái)高壓泵、3臺(tái)氣化器(其中2臺(tái)開架式氣化器ORV和1臺(tái)浸沒燃燒式氣化器SCV)和2臺(tái)海水泵，擴(kuò)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(kuò)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(yùn)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(shí)為了減少調(diào)試活動(dòng)對(duì)正常生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的影響，在運(yùn)LNG接收站擴(kuò)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(jī)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(jì)劃，協(xié)調(diào)和跟蹤各專業(yè)調(diào)試工作的進(jìn)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(shí)，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(duì)運(yùn)行系統(tǒng)的影響以確保正常生產(chǎn)。
    整個(gè)調(diào)試工作受控于同步調(diào)試運(yùn)行計(jì)劃(SIM0PS)，所有調(diào)試活動(dòng)必須遵守LNG接收站運(yùn)行工作票制度，各個(gè)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(gè)階段。設(shè)備預(yù)調(diào)試工作主要包括水壓試驗(yàn)、吹掃、氣密試驗(yàn)、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(cè)試。設(shè)備預(yù)調(diào)試T作同時(shí)包含了電氣一、二回路的連接和測(cè)試、電氣保護(hù)定值校定、儀表控制回路測(cè)試、控制模塊組態(tài)和功能測(cè)試等。調(diào)試的主要策略和方法如下：
    1) 水壓試驗(yàn)壓力為1.5倍設(shè)計(jì)壓力至少10min的強(qiáng)度試驗(yàn)，至少30min的嚴(yán)密性試驗(yàn)，在持續(xù)時(shí)間內(nèi)無(wú)明顯壓降。
    2) 低壓系統(tǒng)的氣密壓力為運(yùn)行壓力，持續(xù)時(shí)間內(nèi)無(wú)明顯壓降，用根據(jù)美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(ASME)編制的氦泄漏檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高壓系統(tǒng)氣密試驗(yàn)[9]，壓力不超過(guò)設(shè)備管線設(shè)計(jì)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(diǎn)不高于-40℃。
    4) 安裝機(jī)械完工后，對(duì)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(xiàng)必須全部關(guān)閉。
    5) 冷卻介質(zhì)源的選擇要充分考慮對(duì)運(yùn)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(shí)密切觀察管線位移情況。冷卻階段要求對(duì)閥門進(jìn)行微動(dòng)試驗(yàn)，防止因冷脹、收縮、變形等引起的卡澀。
    6) 儀表控制回路測(cè)試、控制模塊功能測(cè)試應(yīng)在控制工程師站完成，以屏蔽中控室的報(bào)警信號(hào)，減少對(duì)DCS操作員正常生產(chǎn)的干擾。
    7) 對(duì)于雙母管的海水系統(tǒng)，海水泵的調(diào)試要求切換出單獨(dú)的母管配合調(diào)試，而對(duì)于單母管系統(tǒng)的高壓泵和氣化器等，啟動(dòng)時(shí)保持氣化生產(chǎn)線上下游的流量平衡，并在低負(fù)荷運(yùn)行2～4h以考核控制系統(tǒng)的可靠性和設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，再高負(fù)荷并入運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行。
    8) 公用工程系統(tǒng)必須在設(shè)備調(diào)試前投入運(yùn)行，消防設(shè)施通過(guò)消防部門驗(yàn)收并取得合格證。
    9) 單體設(shè)備調(diào)試進(jìn)行二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)分析，找出調(diào)試工作過(guò)程中的所有風(fēng)險(xiǎn)和相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)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?dú)?、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(yùn)行考核和性能測(cè)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(guò)調(diào)整進(jìn)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(guò)如下方法觀察海水流量變化時(shí)海水在換熱翅片上水膜的變化情況(ORV在備用狀態(tài)時(shí)必須保證換熱翅片有水膜)：①調(diào)整海水到低流量報(bào)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(dòng)情況。
    3) 低負(fù)荷考核運(yùn)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(huì)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(cè)試包括額定流量的0、25%、50%、75%、100%、110%和125%各點(diǎn)時(shí)0RV的運(yùn)行性能是否滿足接收要求并計(jì)算效率。ORV性能接收標(biāo)準(zhǔn)為：10℃時(shí)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(duì)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(jìn)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(yàn)、閥門開關(guān)和行程試驗(yàn)。
    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(jī)最大負(fù)荷4h試驗(yàn)結(jié)束后，軸承和電機(jī)溫度正常，風(fēng)機(jī)在燃燒器最低和最大風(fēng)量區(qū)間運(yùn)行時(shí)水浴渦流正常。
    6) 燃料氣供應(yīng)正常。
    7) 一級(jí)點(diǎn)火調(diào)試完成，火焰顏色、長(zhǎng)度正常，燃燒室內(nèi)所有積水吹干，無(wú)阻塞燃燒空氣噴嘴現(xiàn)象。
    8) 二級(jí)點(diǎn)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(diǎn)運(yùn)行2～4h，考核運(yùn)行的穩(wěn)定性。
    11) 性能測(cè)試包括額定流量的0、25%、50%、75%、100%、110%和125%各點(diǎn)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(dòng)、低負(fù)荷運(yùn)行考核及性能測(cè)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(jì)問(wèn)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L(zhǎng)NG冷卻，第一次液體冷卻控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，總耗時(shí)約8h，保證泵各部分完全冷卻。
 

    2) 冷卻后試啟動(dòng)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(dá)到額定壓力的50%左右。高壓泵1h內(nèi)最多可啟動(dòng)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(guò)回流閥返回LNG儲(chǔ)罐，借此考核泵低負(fù)荷運(yùn)行情況，減少對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)的干擾。
    3) 高壓泵性能測(cè)試考核額定流量的43%(泵運(yùn)行最小流量)、55%、70%、80%、100%、110%和125%各點(diǎn)的揚(yáng)程、振動(dòng)、電流功率和效率等指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)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(jì)劃、統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)試進(jìn)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(gè)調(diào)試過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)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(gè)調(diào)試過(guò)程沒有發(fā)生事故。
    3) 擴(kuò)建的高壓泵選擇了不同廠家的設(shè)備，對(duì)比新老泵運(yùn)行性能測(cè)試結(jié)果，在相同流量時(shí)泵的揚(yáng)程存在差異，如在450m3/h左右流量時(shí)，老泵P1105B比新泵P1105H的揚(yáng)程高出40m，換算成壓力超過(guò)300kPa，由于系統(tǒng)采用母管式工藝流程，并列運(yùn)行時(shí)勢(shì)必存在流量的不均勻分布，新老泵并列運(yùn)行的操作需要在實(shí)際工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。
    4) 開車前組織各專業(yè)安全檢查并對(duì)遺留項(xiàng)分類，確保所有A項(xiàng)不消除不對(duì)系統(tǒng)引入危險(xiǎn)介質(zhì)，對(duì)安全開車有非常重要的作用。
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(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)