程云东

（中石油大连液化天然气有限公司，辽宁大连 116600）

0 引言

液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）接收站气化外输设备有开架式气化器（Open Rack Vaporizer，ORV）和浸没燃烧式气化器（Submerged Combustion Vaporizer，SCV）两种。ORV是使用海水作为热源，LNG在管束内流动，外面用海水冲刷，LNG吸热气化成天然气后外输。冬季海水温度降低，无法气化满负荷运行的ORV，ORV只能降低负荷运行，无法满足外输指标，这时开启SCV作为补充，保证外输指标完成。

德国林德公司生产的SCV是目前国际市场上LNG接收站广泛使用的两种主力产品之一，使用中频繁发生联锁停车事件。非计划停工次数的增多，既影响公司的指标完成，又影响下游用户使用。通过对事件的分析，发现多处控制方案设计不合理，对不合理的地方进行了优化改造，保障接收站的平稳外输。

1 SCV工作原理

SCV工作原理如图1所示，来自风机的助燃空气按照不同负荷下的控制比例注入燃烧器，与天然气混合燃烧，燃烧产物的排放会形成含有多个小气泡的双相发泡混合液。双相混合液浓度的下降形成上升作用，可导致混合液上升。LNG由浸没于水浴槽换热管排下部进入，其管排表面可通过气/水混合物的高速运动得到有效冲洗，气/水混合物的高速运动造成水浴槽内水流湍动，此时换热管内LNG与水实现充分换热，达到加热、气化的效果，输出到外输总管。燃烧器中的燃烧产物在与气/水气泡分散后，通过烟囱排放至大气中。

图1 SCV 工作原理

2 原控制方案及优化方案

2.1 风机可燃气检测

风机空气入口过滤器前安装了1台可燃气检测器AT-01，检测进风机的空气中可燃气含量，正常测量值为0，当检测到空气中存在可燃气并达到设定的高高报警值10 LEL（高报警5 LEL、高高报警10 LEL）时，联锁停止SCV运行，避免爆炸风险。厂商随设备自带的可燃气检测器是英国科尔康（CROWCON）公司的红外线检测器，内部结构如图2所示。

图2 可燃气检测器内部结构

这种检测器在实际应用中光学镜面非常容易积累灰尘，使检测数值突变到联锁值，导致SCV联锁停车。这种误动作发生得比较频繁，平均2～3次/月，尤其空气质量较差的地区或接收站周边有形成灰尘的厂矿，处理方法是定期擦拭镜面灰尘，如半月擦拭1次。SCV停用时擦拭简单，用干净的抹布擦去镜面灰尘即可；一旦SCV运行，擦拭镜面同样会导致检测数值突变引起联锁，只能先屏蔽联锁再擦拭，而频繁进入PLC逻辑中屏蔽信号同样会容易产生人为失误造成联锁停机，不方便实施。

优化方案：①原红外线检测器输出标准4～20 mA信号至PLC，将其拆除，更换成1块常用的催化燃烧式检测器；②在风机空气入口过滤器前增加1台可燃气检测器，2台检测器采用二取二联锁方式，即只有2块仪表同时高高报警才启动联锁，可有效避免仪表检测错误导致设备联锁。将这种红外线检测器的不适用性及单台仪表误动作率高两个问题反馈给了SCV生产商，生产商接纳了建议，在后面的产品出厂时更换成了2块催化燃烧式可燃气检测器，并采用二取二联锁逻辑。

2.2 烟囱可燃气检测

烟囱内有2块可燃气检测器AT-02和AT-03，检测烟囱可燃气含量是否超标，高高报警时联锁停车，采用二取一联锁方式。SCV投用后这2块表频繁出现高高报警联锁停车，拆开仪表检查，表内充满水珠，是高温烟气带走的水蒸气导致仪表进水故障，显示高高报警。

优化方案：拆除这2块仪表。由于SCV设计中有效地调整了燃烧率，所以烟道里可燃气含量极低，同时还有水蒸汽，因此不会存在烟道内可燃气过多及爆炸风险，不需要测量仪表。

2.3 水浴温度检测

检测水浴温度有2块温度变送器TT-01和TT-02，正常水温控制在20～30 ℃内，当检测的温度达到高高报警值55 ℃（高报警40 ℃）时联锁停车，采用二取一联锁方式，即2块温度变送器中任意1块显示温度高高报警就联锁。在使用中不可避免会发生仪表检测单元或变送单元故障，这就会导致显示高高报警，发生联锁停车，这种情况降低了仪表的容错性。

优化方案：在PLC里将2块温度仪表逻辑修改成二取二的方式，增大仪表容错性能，但同时水浴温度超高的风险也加大。由于天然气出口也有2块检测天然气温度的仪表，温度高高报警同样会联锁停车，所以这里仪表联锁逻辑采用二取二完全适用。

2.4 天然气出口温度检测

天然气（Natural Gas，NG）出口温度有2块温度变送器，分别为TT-03和TT-04，检测并控制NG出口温度。当检测的温度达到设定的高高报警值55 ℃（高报警40 ℃）时联锁停车，这个联锁采用的是二取一方式，仪表容错性差，误动作风险高。

优化方案：将2块温度仪表逻辑中设置成二取二，增大仪表容错性能，由于水浴温度的控制使得天然气不可能达到55 ℃，所以不会增加安全风险。

2.5 烟囱内温度检测

烟囱内有2块温度变送器TT-05和TT-06，当检测的温度达到设定的高高报警值55 ℃（高报警40 ℃）时联锁停车，采用二取一联锁方式，仪表容错性差，误动作风险高。

优化方案：将2块温度仪表逻辑中设置成二取二，增大仪表容错性能，由于水浴温度的控制使得烟气不可能达到55 ℃，所以不会增加安全风险。

2.6 水浴液位检测

水浴液位有2块液位变送器LT-01和LT-02，使用非接触式的雷达液位计测量，安装在水面上水浴槽的扣板上。当检测的液位达到设定的高高或低低报警值（低低报警2000 mm、低报警2100 mm、高报警2600 mm、高高报警2650 mm）时联锁停车，即液位不能过高也不能过低，过高容易溢流，过低无法使得LNG排管完全浸没在水中。使用中由于水汽的蒸发使得液位逐渐降低，需要适时补水。使用雷达液位计的好处是测量部件不接触介质水，并且安装简便，坏处是由于水汽的蒸发导致测量面经常有凝结水滴，造成测量值高高跳变导致停车，同时水浴的水流湍动使得液面波动很大，并且时常有荡起来的水被液位计检测成高高液位导致联锁停车，采用二取一联锁方式。

优化方案：①将2块液位仪表逻辑中设置成二取二，增大仪表容错性能，由于液位的实际变化很缓慢，不可能在没有发出高（低）报警时直接达到高高（低低）液位，同时日常的现场检查也能看到真实的液面，因此修改后的方案不存在危险性；②2块液位仪表安装距离仅有20 cm，水波动的某个波峰很容易被2块液位仪表同时检测到，造成2块仪表同时显示高高报警导致联锁停车，将其中1块仪表移位，使得2块表分开一定距离。

3 控制方案优化后效果评价

控制方案优化后进行了2个冬季（约6个月）SCV外输的观察，生产一直处于稳定状态，没有再发生因仪表误动作导致的非计划停工，满足了生产方面平稳、长周期运行的要求。

4 结论

针对原控制方案中只重点考虑设备安全，缺乏仪表容错性的情况，以及仪表使用不当的问题，分析论证了方案优化的好处并开展了由生产、安全、维修人员参加的风险评估会，在无风险或风险可接受的情况下对方案进行了优化，同时定期对仪表进行校验，保证仪表指示正确。进行了长达2个冬季运行周期的运行考察后，证明优化方案效果极佳，有力地保障了外输的平稳，对同类SCV控制方案的优化具有借鉴意义。