天津LNG接收站裝車撬國產化問題研究

王曉剛

中海油天津液化天然氣有限責任公司，天津 300452

LNG裝車撬是LNG接收站中關鍵設備之一，承擔著為LNG罐車充裝的任務。目前我國已投產的LNG接收站有十幾座，但使用的裝車撬大部分為國外進口產品，國外廠家存在售后不及時、收費高等問題，國內企業針對這一問題在2010年前后開展了國產化研究，并且取得了一定進展，在LNG接收站中也得到了實際應用。天津LNG接收站一期建設項目的20臺裝車撬采用法國FMC公司產品，二期擴建項目的11臺裝車撬準備實行國產化，因此對國產化中相關問題進行了調查和分析研究。

1 裝車撬主要構成

裝車撬通常由裝車臂、撬本體和控制系統組成。裝車撬通過裝車臂直接與槽車連接，通過控制系統控制操作，實現LNG充裝作業。

1.1 裝車臂

裝車臂上的核心部件包括旋轉接頭和拉斷閥。旋轉接頭采用無潤滑結構，并且應用氮氣吹掃滾道保持管內干燥。旋轉接頭的可靠性直接決定了整個低溫裝車臂的使用性能和壽命。

拉斷閥采用碟板結構形式，能確保在拉斷前，蝶板是關閉狀態，被自動拉斷后分為兩個封閉的閥體，保證裝車臂兩端管內液體或氣體不會泄漏，從而防止發生意外，避免對人員和設備造成危害。

1.2 撬本體

撬本體包括LNG液相管道、氣相管道、放空管道、氮氣吹掃管道、儀表風管道、排凈管道以及管道上的附屬管件、閥門、儀表等。

（1）液相管道。液相管道用于將LNG從現場儲罐裝載至槽車。管道上依次配置有流量計、流量調節閥、安全閥、氣動關斷閥、壓力變送器和溫度變送器。

（2）氣相管道。氣相管道用于回收槽罐車罐內BOG氣體，維持氣液平衡。管道依次配置有溫度變送器、壓力變送器、安全閥和氣動關斷閥。緊急情況時，氣動切斷閥自動關斷，保證安全。

（3）放空管道。放空管道用于釋放系統內壓力（如安全閥排出氣體）和匯集管道吹掃介質。

（4）氮氣吹掃管道。氮氣管道有兩個作用，一是吹掃裝車橇和裝車臂管道；二是吹掃旋轉接頭，把旋轉接頭滾道內水蒸氣及時帶到旋轉接頭的外面，使低溫條件下裝車不至于由于水蒸氣在滾道內結冰而導致旋轉接頭卡死現象。管道上配置了多處調壓閥，按各管道需要壓力吹掃各管道。

（5）儀表風管道。儀表風管道為氣動執行機構提供工業用壓縮空氣。

（6）排凈管道。排凈管道用于收集裝車結束后管道中殘余液體，且第一次裝車前可通過其預冷管道。

2 國產化應用情況

目前具有LNG接收站裝車撬生產及應用業績的國內廠家只有兩家。通過調研發現，裝車撬廠家具備成撬資質及能力，裝車臂、控制系統能夠自行生產，但撬本體上的低溫閥門仍然以進口為主。國內的控制系統一般都由廠家自行生產，配合其自身裝車撬使用，但將自身控制系統與其他廠家的裝車撬配套使用則較為困難，控制系統與原有控制系統的兼容是實施過程中的關鍵所在。

2.1 低溫閥門

低溫閥門質量的好壞直接決定著裝車撬的使用壽命，使用方在采購時一般要求低溫閥門采用延長閥蓋設計，閥體、閥芯等主體材料采用CF3M/CF3/CF8M/CF8等奧氏體不銹鋼。低溫球閥采用PCTFE嵌入的彈性軟密封結構，填料應使用唇式密封+石墨+PTFE結構，并且手動隔離閥、切斷閥防火性能應滿足ISO 10497、API607、API6FA或同類規范的要求，同時適合于低溫環境。液相臂和氣相臂上的隔離閥應為防火閥，并提供認證證書。而裝車撬供貨商一般不自行生產低溫閥門，大都通過外購，國內能夠生產LNG低溫閥門的企業僅紐威一家，且只能夠生產小尺寸低溫閥，裝車撬上最大口徑閥門為3in（1in=25.4 mm），紐威具備生產能力，但裝車撬廠家常因貨期和價格問題選擇進口閥門。

2.2 控制系統

控制系統是裝車撬核心設備之一，國內各公司采用的控制系統情況見表1。

3 天津L NG接收站裝車撬控制系統選擇

3.1 控制系統選擇

天津LNG接收站一期建設20臺裝車撬，采用法國FMC公司產品，二期擴建11臺裝車撬，準備實行國產化，新增裝車撬的控制系統有3種選擇：一是將新系統與老系統各自獨立運行；二是將新系統并入老系統，實現統一控制；三是將老系統并入新系統，實現統一控制。獨立系統與融合系統具體差別見表2。

表1 國內各公司采用的控制系統

表2 系統融合與獨立對比分析

從表2可以看出，獨立系統運行時，操作人員需操作兩類系統，操作量增加；另外老系統一般為國外廠家，且在一期工程的時候未提供管理員權限，如果要接入其系統，需要支付高額的服務費用。經過分析決定，天津LNG接收站采取第三種方案，但將國外廠家裝車控制系統融合于自身控制系統存在困難。根據調研情況，目前只有中石油大連LNG和江蘇如東LNG進行了原廠家控制系統改造，由國內廠家將原有控制系統并入自身控制系統[2-3]。

3.2 系統融合方案選擇

系統融合方案有3種：一是新設置的控制系統上位機為唯一操作平臺，在其上實現融合操作，原有批控器不拆除，無縫對接原廠家批控器的通信協議，實現融合要求；二是委托第三方提供上位機，在第三方系統上面實現融合；三是通過更換原廠家批控器，接入新增的裝車控制系統實現融合。

3.2.1 方案對比

方案一：國內廠家需能夠獲取原系統通訊協議及地址點表、數據庫讀取權限，可以通過與原廠家合作和自行研究獲得，但自行獲取數據是否合法合規、是否會給使用方帶來任何相關法律糾紛需進一步探討。

方案二：融合設備接入點為兩套系統的以太網交換機，且需原廠家以及新廠家開放數據支持，包括但不限于裝車單號、撬號、起始時間、設定量、實裝量等相關裝車數據，同樣存在取得原廠家授權的問題。

方案三：需在裝車區拆除原有批控器，更換為新廠家批控器，重新接線，實施后易于實現融合控制。但存在以下問題：其一，更換批控器的撬需要斷電、防爆箱內部改線，然后再重新調試，改造過程影響日常運營。其二，批控器逐批更換，意味著在較長一段時間內，新、老兩套系統要并行才不會影響日常運營，因此國內廠家要完整提供一套裝車控制系統，但在更換完批控器后，配電、通信機柜等在融合后無法利用，浪費用戶投資。其三，調試改造后的裝車撬和系統運行期間，系統運行穩定性沒有保障，尤其是對用戶一期無冗余服務器的情況下，如果調試出現問題，必然會影響裝車撬的正常運行。

經對比，天津LNG接收站決定采用方案一。

3.2.2 方案特點

本方案擬實現的上位機系統無縫對接FMC公司的廠家通信協議，原有裝車撬無需改造，新的上位機系統可統一實現所有31臺裝車撬的業務和監控管理。

由于業務室目前有3套不同的系統，司磅員在進行開單、結算時要操作3臺計算機，效率很低。本方案擬通過整合地磅客戶端和業務客戶端的功能，來降低司磅員的工作量，提高業務辦理效率、避免人為錯誤。

由于FMC裝車撬采用HID讀卡器，因此新增裝車撬及上位機系統也采用HID卡，確保與現在使用的卡兼容，即任意一張卡都可在所有裝車撬進行操作。

FMC公司提供的服務器采用了Linux操作系統，并且未開放管理員權限，導致服務器的維護和升級必須依靠FMC公司。本方案擬更換服務器系統環境為Windows系統，使業主方可自主進行日常維護工作。

在沒有服務器管理員權限的條件下，要進入服務器的Linux系統數據庫，導出標準格式文件的業務數據，以便導入新的上位機系統，避免丟失歷史數據。

3.2.3 控制系統融合后實際效果

經實際分析現場情況，采用的方案拓撲圖見圖1，在現場很小的改動下實現系統融合，達到一套上位機系統控制所有裝車撬的目的。裝車后業務流程見圖2。系統融合后，經現場實際運行，有以下優勢：

（1）大大減少了操作人員的工作量，同時也節省了槽車司機前期信息錄入及在原FMC批控器按鍵操作時間，使裝車操作時間與原來相比節省5～10min，增大了天津LNG單日外輸量。

（2）擺脫了對外國廠商技術依賴，節省了今后運維費用，也提高了裝車撬故障后應急修復能力，同時增加了槽車信息管理、司機信息安全管理及司機排隊智能化管理系統，減小了等候區等待時間，避免司機排隊沖突問題。

圖1 融合系統拓撲圖

圖2 裝車操作流程圖

4 結論

目前國產裝車橇已在天津LNG接收站成功應用，有效降低了采購及運營成本，節約了采購時間。但對于不同國外廠家裝車撬控制系統的兼容問題，需要國內廠家深入研究。此外，裝車撬上低溫閥門的國產化問題需進一步研究。