液化天然氣氣化站預冷投運方案

摘 要

摘要：結(jié)合某液化天然氣(LNG)氣化站工程實踐，探討了LNG氣化站氮氣預冷和天然氣置換的方案、操作要點和經(jīng)驗。關(guān)鍵詞：液化天然氣；氣化站；預冷；置換Precooling Operation Scheme of L
摘要：結(jié)合某液化天然氣(LNG)氣化站工程實踐，探討了LNG氣化站氮氣預冷和天然氣置換的方案、操作要點和經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：液化天然氣；氣化站；預冷；置換
Precooling Operation Scheme of LNG Vaporizing Station
ZHA0 Yan-wei
Abstract：Combined with the engineering practice of a LNG vaporizing station，the nitrogen precooling and NG conversion scheme of LNG vaporizing station，the operation points and experience are discussed.
Key words：liquefied natural gas(LNG)；vaporizing station；precooling：conversion
1 概述
    天然氣作為目前世界上的優(yōu)質(zhì)能源，在我國城市燃氣氣源的選擇中已被高度重視，大力推廣天然氣應用已成為我國的能源政策。但由于天然氣長距離管道輸送工程規(guī)模大、建設期長，難以滿足各城市對天然氣的迫切需求。而液化天然氣(LNG)能夠解決資源地域分布與市場需求之間的特殊矛盾，因此我國作出大規(guī)模引進液化天然氣以解決能源短缺問題的決策?？梢灶A見，在未來10～20年內(nèi)，LNG在能源供應中的比例將迅速增加。
    為了迎接LNG到來，一些城市加緊了LNG站的建設。由于LNG低溫、易燃的特點，在應用過程中涉及到一些新技術(shù)[1]。許多城市都是第一次應用LNG，在工程投運時難免遇到一些困難，需要采取一系列行之有效的措施來解決。為此，本文結(jié)合廣西南寧管道燃氣公司LNG氣化站工程實踐，就LNG氣化站投運前準備、設備和管道預冷、天然氣置換等方面的工作進行總結(jié)探討。
2 投運前準備
    投運前準備工作可以分為成立組織機構(gòu)、制定投運方案、投運前工程檢查、投運現(xiàn)場準備4部分內(nèi)容。
2.1 成立組織機構(gòu)
    總指揮：一般由有經(jīng)驗的公司領導擔任。主要負責投運工作的全面領導、投運方案的審定、現(xiàn)場重大事務的決策及處理、現(xiàn)場領導工作。
    工程檢查組：一般由工程管理部門、施工單位保障人員、關(guān)鍵設備技術(shù)人員組成。主要負責工程檢驗，投運前各設施儀表、閥門狀態(tài)等工藝檢查，投運過程中的工藝流程切換、檢查及核實，投運過程中工程維修。
    安全技術(shù)保障組：一般由技術(shù)管理部門、安全管理部門、生產(chǎn)管理部門、政府消防管理部門人員組成。主要負責氣化站工程投運方案的編制，員工的工作培訓，氣化站投運前消防器材到位情況、設備接地情況、安全措施檢查，置換過程中消防準備、安全檢查，置換過程中突發(fā)泄漏、火災等事故的消防等工作。
    后勤保障組：一般由公司負責物資采購和后勤服務的部門組成。主要負責液體氮氣的落實，工作人員生活保障，新聞媒體的接待等。
    組織機構(gòu)成立后，應根據(jù)各自職責確定相關(guān)人員職責，制定各組工作程序、工作準則以及詳細工作實施計劃。各小組應加強方案和應急預案學習，做好投運前準備工作及置換過程中各小組職責范圍內(nèi)工作。
2.2 制定投運方案
    投運方案重點確定以下5個方面的內(nèi)容：
    ① 確定工程投運范圍。一般主要包括氣化站工藝管道、卸車增壓器、儲罐增壓器、氣化器、LNG儲罐、BOG加熱器、EAG加熱器、調(diào)壓計量設備、出站燃氣管道[2]。
    ② 確定投運時間。為了節(jié)省人力、物力，制定出每臺設備和每條管道的預冷、置換時間，繪制氣化站設備管道預冷、置換時間表。
    ③ 確定方案措施。根據(jù)預冷工藝流程圖，制定出包含每臺設備、每條管道在內(nèi)的預冷方案，并且制定出相應的應急措施。
    ④ 確定操作人員。明確操作人員崗位，統(tǒng)一布置、統(tǒng)一指揮。尤其是操作人員要進行實際操作演練，一切要做到思想到位、人員到位、動作到位。
    ⑤ 制定應急預案。
2.3 投運前工程檢查
    ① 檢查設計漏項。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對設計施工圖進行最后一次的嚴格審查，查看是否有設計中的漏項，是否有需要補充的設計，是否有需要改進的設計。
    ② 檢查工程完工手續(xù)。檢查安裝工程壓力管道檢驗證書；檢查消防安全檢驗合格證書；對于施工質(zhì)量的內(nèi)部檢查，要求查看安裝材料的質(zhì)量證明書，焊接材料的質(zhì)量證明書、檢焊接工藝評定及無損檢測報告、吹掃試壓報告。
    ③ 現(xiàn)場工藝設備檢查。檢查工藝管道在施工過程中是否與設計施工圖有出入；檢查各類設備、閥門及管道是否嚴格按照要求進行試壓，并驗證試壓記錄和檢查焊縫測試資料；檢查儲罐真空度；檢查設備是否按要求接地，并驗證接地電阻記錄；流程管道掛牌、流向標定。檢查各類閥門、閥件是否配備齊全，閥門開啟是否靈活、嚴密；檢查安全閥調(diào)校記錄，保證其啟跳靈活，回座嚴密無泄漏；檢查彎管質(zhì)量證明文件；低溫壓力管道焊縫外觀檢驗。
    ④ 附屬工程檢查?，F(xiàn)場通信具備通話條件；站內(nèi)道路和裝置區(qū)地坪必須按設計要求建成，以利于各種車輛通行；各生產(chǎn)用儀表、檢查儀表校驗合格證安放校驗完畢，具備使用條件；加臭裝置安裝完成，經(jīng)驗收合格，能投入使用；置換過程所需的檢測儀器(如便攜式可燃氣體監(jiān)測儀、便攜式露點監(jiān)測儀等)校驗合格，具備使用條件；生產(chǎn)及現(xiàn)場維修所需工具、設備按要求配備到位；供電設施按照要求安全齊備，處于隨時投運狀態(tài)；防雷、防靜電措施齊備；廠站應急照明措施完備；消防設施按要求配置到位并能正常運行。
    以上檢查由專人負責，需認真作好記錄，發(fā)現(xiàn)的問題及時報告總指揮，由總指揮向相關(guān)單位發(fā)整改命令，限期整改，整改后須經(jīng)檢查合格。
2.4 投運現(xiàn)場準備
    ① 施工器具撤離現(xiàn)場，站內(nèi)場地清理干凈。
    ② 站區(qū)內(nèi)滅火器材按設計要求擺放，消防設施能夠正常運行并通過消防單項驗收。
    ③ 所需預冷、置換用介質(zhì)按要求配置到位，具備使用條件。
    ④ 相關(guān)組織機構(gòu)成立，人員到位，參加置換人員經(jīng)過培訓、熟悉置換過程。
    ⑤ 生產(chǎn)管理、操作人員必須熟悉氣化站工藝流程、各設備操作方法，能熟練地對站內(nèi)工藝設施進行操作。
    ⑥ 通信要保持暢通，能進行有效地調(diào)度。
    ⑦ 人員著裝、場地狀況、應急措施、救護條件、人員配備等情況符合要求。
3 設備、管道預冷
    LNG氣化站設備、管道施工完成后，雖然儲罐及管道為不銹鋼材料，具有優(yōu)異的低溫性能，但是由于LNG超低溫的特殊要求，設備及管道在溫度變化速率較大時，還存在熱應力過大而使材料或連接部位產(chǎn)生損壞的問題。這就要求低溫設備和管道在LNG進入前，先進行預冷操作，確保投運安全。經(jīng)過預冷檢驗并調(diào)試合格后方可接收LNG。預冷過程也是對設備和液氮作為預冷介質(zhì)。
3.1 預冷目的
    預冷主要是為了檢驗和測試低溫設備和管道的低溫性能，包括：檢驗加熱器低溫材料質(zhì)量，檢驗低溫管道材料及焊接質(zhì)量，檢驗管道收縮量和管托支撐的變化，檢驗低溫閥門的嚴密性，使儲罐達到工作狀態(tài)。
3.2 預冷前準備工作
3.2.1預冷材料、工具
    (1) 液氮：根據(jù)儲罐容積配備。
    (2) 測氧儀：1臺。
    (3) 真空計：1臺。
    (4) 紅外線溫度計：1套。
    (5) 便攜式可燃氣體報警儀：2臺。
    (6) 露點儀：1臺。
    (7) 銅制緊固工具、銅錘2套。
    (8) 與液氮槽車卸車口連接的快裝接頭。
    (9) 預冷工作人員專用的工作服、工作鞋、防凍手套若干套。
   (10) 預冷過程記錄表格。
   (11) 消防滅火器材若干。
3.2.2閥門開閉確認
    ① 關(guān)閉所有閥門。
    ② 打開所有壓力表根部閥門、安全閥根部閥門、一次儀表閥門。保持放空系統(tǒng)暢通。
    ③ 打開所有氣動閥門，保持緊急切斷閥打開。
    ④ 所有預留管道用盲板封堵。
    ⑤ 在每次用軟管連接槽車與卸車口之前，需用常溫氮氣對卸車口相連管道進行吹掃。
    ⑥ 用軟管連接槽車與卸車口，進入準備狀態(tài)。
    ⑦ 將液氮槽車增壓到0.4MPa。
3.3 安全檢查
    ① 在現(xiàn)場預冷隔離區(qū)域樹立警告標志和警示彩帶，未經(jīng)許可人員禁止入內(nèi)。預冷開始前，在通往作業(yè)區(qū)的所有進口道路設置警示標志。
    ② 所有現(xiàn)場預冷人員必須佩戴安全帽、防低溫手套，穿純棉工作服。
    ③ 各崗位人員在預冷過程中應堅守崗位，不得隨意串崗。
3.4 預冷流程及步驟
    預冷流程一般首先利用氣相氮氣對設備及管道進行初級預冷，然后用液相氮氣對設備及管道進行深度預冷。預冷流程見圖1。
 
一般預冷順序為：液氮槽車、卸車增壓器、氣相管道、進液管道、儲罐、出液管道、氣化器、BOG加熱器、EAG加熱器、儲罐增壓器。
① 低溫氣相氮氣對系統(tǒng)進行預冷
將氮氣槽車氣相管與LNG氣相管連接，緩慢打開閥門將低溫氮氣引入氣相管道，通過BOG加熱器、計量橇后在放散塔放空。BOG加熱器和管道系統(tǒng)正常后，將低溫氣相氮氣接到進液管上，將氣相氮氣緩慢引入液相管和儲罐，觀察儲罐壓力，當壓力達到0.2MPa時，關(guān)閉下進液管閥門，保冷15min。打開溢流管閥門，使用露點儀檢測排出氣體露點。重復以上工作，直至露點低于-40℃。緩慢打開儲罐出液閥門，將儲罐內(nèi)低溫氣相氮氣緩慢引入氣化器，通過計量橇后放空。氣化器預冷正常后再對EAG加熱器、儲罐增壓器、卸車增壓器、剩余管道進行預冷。
    檢查該步驟完成后，將本步驟已打開的所有閥門關(guān)閉，然后方可進行下一步驟。
   ② 液氮預冷
   氣相氮氣預冷后，系統(tǒng)溫度大約在-40℃左右。為使系統(tǒng)達到運行狀態(tài)，還必須再進行液態(tài)氮氣預冷，直至溫度降至-160℃。
   將槽車液相管與進液管連接，然后緩慢打開儲罐上進液閥門，使槽車內(nèi)的低溫氮氣進入儲罐內(nèi)。在儲罐內(nèi)液相氮氣迅速氣化，打開儲罐氣相管出口管道上的閥門，使氣化后的氮氣通過BOG管道和放散塔放散。及時測量儲罐溢流口處的氣體溫度，當儲罐內(nèi)的溫度下降到-100℃以下，可以關(guān)閉儲罐上進液閥。此后由于儲罐和液氮間不斷地換熱，還會排放大量氣體。此時利用排放的氣體對管道進一步冷卻。打開下進液閥，觀察液位計，當液位計顯示約5m3液位時，停止充裝。關(guān)閉下進液閥門，冷卻儲罐30min。當儲罐壓力穩(wěn)定，氮氣氣化量極少的情況下，可以判定儲罐預冷基本完成。然后對氣化器進行預冷，打開氣化器后閥門、計量橇入口閥門、放空閥門。緩慢打開儲罐出液閥門，液氮進入氣化器，對氣化器進行預冷。觀察氣化器情況，檢查氣化器蛇管是否有泄漏。最后對其他設備和管道進行預冷。
    當所有設備和管道經(jīng)過液氮預冷后，整個預冷過程完成。
4 天然氣置換
4.1 天然氣置換技術(shù)要求
(1) 置換過程應保持連續(xù)平穩(wěn)。
    (2) 置換不得在雷雨天及夜間進行。
    (3) 置換過程應在放空系統(tǒng)集中排放，不得使用閥門井放散管直接將混合氣體排至閥門井內(nèi)。
    (4) 置換過程使用的工具必須是防爆型(或有安全防爆措施)。
    (5) 置換時應保證設備接地良好。
    (6) 放散點必須有專人負責，發(fā)現(xiàn)問題及時報告和處理。
    (7) 放散點周圍設置安全警戒線，要有專人負責，通氣置換合格后方可解除。
    (8) 作業(yè)人員必須熟悉、掌握作業(yè)方案，做到“流程清、置換凈、職責明”。
    (9) 置換過程中，置換警戒區(qū)內(nèi)不得有明火，警戒區(qū)為氣化站周圍各50m范圍。
    (10) 置換過程中，置換警戒區(qū)內(nèi)所有施工必須停止。
    (11) 置換前，在放散管道立管上安裝DN 40mm取樣管，其上安裝DN 40mm球閥。
4.2 前期準備
    ① 確保置換前關(guān)閉所有閥門。
    ② 打開所有安全閥根部閥以及所有儀表根部閥，打開氣動緊急切斷閥。
    ③ 打開儲罐至計量橇之間的閥門，利用設備預冷時儲罐內(nèi)儲存的液氮對儲罐后的低溫管道進行冷卻。
4.3 氦氣放散
    ① 依次打開管道手動放散閥、計量旁通路上切斷閥、調(diào)壓路上調(diào)壓器前后切斷閥、設備至放散塔之間的閥門。
    ② 利用儲罐增壓器為儲罐進行增壓，并緩慢打開儲罐出液閥門，將儲罐中液氮進行氣化并放散，當液位計顯示為0后關(guān)閉液相出液閥門。
    ③ 打開儲罐氣相閥門進行氮氣放散，直到儲罐壓力降低至0.02MPa后關(guān)閉閥門。
    ④ 關(guān)閉所有閥門。
4.4 天然氣置換
    ① LNG槽車就位并接靜電接地線，接卸車金屬軟管。
    ② 打開LNG槽車自增壓管道出口閥以及BOG管道閥門，為槽車進行增壓。
    ③ 當槽車壓力達到0.6MPa時，打開槽車出液口閥門，并緩慢打開進液液相管道閥門，待液相管道結(jié)霜后全開閥門。緩慢打開儲罐下進液閥門。同時觀察儲罐壓力。
    ④ 當槽車LNG液位趨近于0，槽車壓力與儲罐壓力基本持平時，視為卸車完畢。關(guān)閉槽車出液閥。打開卸車增壓器中BOG管道，將槽車中約0.40～0.02MPa的剩余氣相氣體輸送到BOG總管中進行管道置換。
    ⑤ 打開儲罐增壓器，當儲罐壓力達到0.6MPa時，關(guān)閉儲罐增壓器。打開儲罐氣相管道放散，對氣相管道進行置換。置換完成后關(guān)閉氣相管道閥門。
    ⑥ 重新為儲罐增壓至0.6MPa，打開出液管閥門，對液相管道進行置換。
    ⑦ 打開管道出口處手動放散閥進行放散并檢測放散氣體中甲烷的濃度[3]，直至合格后認為置換合格。
    ⑧ 打開調(diào)壓路上所有閥門，關(guān)閉調(diào)壓旁通路上閥門；打開計量路上計量儀表前后閥門，關(guān)閉計量旁通路上閥口確保出站總閥關(guān)閉。
    ⑨ 以上所有工作完成后，相關(guān)單位人員對置換資料成果整理及驗收，整個置換工作結(jié)束。
5 經(jīng)驗和教訓
    ① 液氮預冷是預冷環(huán)節(jié)中最為核心的部分，這個過程中會伴隨著劇烈的管道收縮和嘭嘭的響聲。由于劇烈的管道收縮，法蘭與設備連接處會產(chǎn)生局部氮氣泄漏現(xiàn)象。指揮人員應有充分的思想準備，指揮維修人員進行有序的維修。
    ② 液氮開始進入儲罐時液氮的氣化率很高，產(chǎn)生的氣體使儲罐內(nèi)壓力迅速上升，應密切注意壓力上升速度，控制液氮充裝速度，當壓力上升至0.45MPa時，打開BOG手動放空閥從而降低儲罐壓力。在儲罐進液態(tài)氮氣過程中觀察儲罐壓力，如果壓力上升至高于輸送壓力，或者接近儲罐安全閥放散壓力，必須用手動放空閥對儲罐泄壓，如果壓力繼續(xù)升高，需要中斷充裝使壓力下降。
    ③ 氣化器預冷過程中如果發(fā)現(xiàn)有局部嚴重凝霜，可能是氣化器有泄漏點，需立即關(guān)閉進液閥，對氣化器進行仔細檢查。
    ④ 管道、閥門在液氮預冷過程中如果發(fā)現(xiàn)有結(jié)冰現(xiàn)象，可能有漏氣點，需要仔細檢查。
    ⑤ 預冷過程中，一旦發(fā)生異常，首先關(guān)閉液氮卸車閥門。如果發(fā)生管道泄漏，應先停止充液，關(guān)閉儲罐的進出口閥門，關(guān)閉相應管段的閥門，然后人員應迅速撤離泄漏點周圍3m之外，以防凍傷，等待指令處理。若能將泄漏管段隔離，在總指揮批準的情況下，方可繼續(xù)其他管道和儲罐的預冷。
    ⑥ 在置換過程中特別要注意儲罐壓力不得低于0.05MPa，不得高于0.6MPa，否則必須重新為儲罐增壓或?qū)捱M行放散。
    ⑦ 在進液過程中，如果儲罐出現(xiàn)異常，由總指揮召集設備供應商、現(xiàn)場指揮員、安全技術(shù)指導員、操作指揮員、協(xié)調(diào)員、施工負責人協(xié)商解決。
    ⑧ 要注意保證放散口周圍人員的呼吸安全?，F(xiàn)場人員如果出現(xiàn)凍傷、碰傷等人身傷害事故，應立即就地簡單醫(yī)治后再視情況送往附近醫(yī)院救治。
    ⑨ 一般1臺100m3的儲罐預冷約需2～3h，即使預冷完成，儲罐的上下部位、里外絕熱層還有較大的溫度梯度，需要利用儲罐間倒換液氮的方式進行進一步冷卻，確保儲罐整體進入工作狀態(tài)。
6 結(jié)語
    2008年中國LNG進口總量為333.64×104t，而且每年以12%的速度增長。中國正在規(guī)劃和實施的沿海LNG項目有廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東、遼寧等地的項目，這將構(gòu)成一個沿海LNG接收站網(wǎng)絡；另外，還建設了或正在建設新疆廣匯、中原綠能、新奧潿洲、海南海燃等所屬約23套LNG生產(chǎn)裝置，給各城市使用LNG打開了方便之門。各城市在建設LNG氣化站時，應制定合理的投運方案并有效地組織實施。
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(本文作者：趙延偉 南寧管道燃氣有限責任公司 廣西南寧 530022)