LNG氣化站遠程監控改造方案

譚麗娜， 李新強

(1.佛山市華禪能燃氣設計有限公司， 廣東 佛山 528000； 2.佛山市燃氣集團股份有限公司，廣東 佛山 528000)

隨著社會經濟的發展，人們對能源的需求量日益增大。隨著政府部門對環保要求的提高，煤改氣項目也在全國各地逐步推進，已經延伸至農村。由于管道燃氣在某些偏遠地區短時間內無法實現，因此LNG氣化站點供項目逐漸增多。相比管道燃氣，LNG氣化站憑借建設期短以及迅速滿足市場需求的優勢，已成為管道燃氣到達前的過渡供氣設施。LNG氣化站點供項目的發展往往受到經營成本的制約，其經營成本主要由氣源采購費用、運輸費用、維護費用及管理費用4部分組成。相比管理費用，前3項均相對穩定，因此降低管理費用成為降低經營成本的關鍵。由于LNG氣化站點供項目往往建設在偏遠地區，運行期間需要足夠數量的操作工在此長期值守，因此降低人工成本成為降低經營成本的突破口。本文以某化工廠內的LNG氣化站點供項目為例，對如何進行優化管理進行探討。本文中所有壓力均指相對壓力。

1 LNG氣化站點供項目現狀

1.1 基本概況

某化工廠內的LNG氣化站于2017年2月投產使用，主要為天然氣鍋爐提供生產用氣。站內設置LNG儲罐及工藝區、配電室、儀表間等。站內現狀設備包括：1臺5 m3LNG儲罐(自帶1臺200 m3/h增壓器)、1臺300 m3/h空溫式氣化器、1套500 m3/h調壓裝置、1套氮氣瓶組等。LNG儲罐的液位及壓力、調壓裝置出口壓力、調壓裝置進出口總管溫度、氮氣總管壓力等數據均可遠傳至位于燃氣公司辦公樓的控制中心，天然氣泄漏濃度檢測信號可反饋至LNG氣化站的值班室。

1.2 用氣情況及管理現狀

以該化工廠內LNG氣化站2017年7月14日至8月13日的數據為參考，每日LNG槽車進站卸車兩次，根據用氣需求，卸車時間可控制在8:00—17:00。現狀值守及用氣情況見表1。

表1 現狀值守及用氣情況

2 改造目的

由于目前站內的值守時間為5:00—23:00，單日內持續工作時間達到18 h，因此需要安排至少3名操作工進行輪班，人工成本較高。通過對站內工藝設備的改造，可提高廠站供氣的穩定性、安全性，并實現實時監控。改造后，可將目前的值守時間調整為8:30—17：00，在滿足企業運行規章制度的前提下，只需1名操作工即可，從而達到降低人工成本的目的。

3 改造方案

3.1 氣化器改造

① 工作流程

空溫式氣化器接收儲罐供給的LNG，利用空氣自然對流加熱換熱管中的LNG，使其完全蒸發成氣體供給用戶。

② 改造原因及方案

根據2017年7月14日至8月13日之間的取樣數據，高峰小時用氣量為310 m3/h。而目前站內只有1臺300 m3/h的空溫式氣化器，實際用氣量一旦超過該空溫式氣化器的最大氣化能力，則必須借助儲罐自帶增壓器方可滿足。頻繁啟動儲罐自帶增壓器，存在一定的供氣風險。根據上述分析，提出兩種改造方案：方案一，增加1臺300 m3/h空溫式氣化器；方案二，將現狀這臺300 m3/h空溫式氣化器改為500 m3/h空溫式氣化器。

3.2 調壓系統改造

① 工作流程

調壓系統接收氣化器供給的天然氣，經過過濾、調壓、加臭等裝置，直供站外的中壓工業用戶。

② 改造原因及方案

目前站內調壓系統只有單路調壓設施，若調壓器出現內漏或超壓情況，很有可能會造成下游管路及用氣設備損壞，情況嚴重時將導致安全事故。因此提出一種改造方案：在現狀調壓器前加裝1臺型號相同的調壓器與之串聯，并設置壓力變送器對現狀調壓器的出口壓力進行實時監控。新增調壓器進口壓力為0.3～0.65 MPa，出口壓力為0.25 MPa；現狀調壓器進口壓力為0.3～0.65 MPa，出口壓力為0.2 MPa。系統運行時，新增調壓器為敞開狀態帶監控功能。若現狀調壓器出現內漏或超壓情況，下游管路壓力升高，信號管反饋至新增調壓器，新增調壓器開始工作。該系統的改造不僅保證下游用氣不間斷，而且起到安全保護的作用。

3.3 監控系統改造

① 液位監控改造

對于LNG儲罐的液位監控，本站LNG儲罐自帶壓差變送器并實施遠傳控制。壓差變送器工作原理為來自儲罐雙側導壓管的壓差直接作用于傳感器雙側隔離膜片上，通過膜片內的密封液傳導至測量元件，測量元件將測得的壓差信號轉換為與之對應的電信號傳遞給轉換器，經過轉換器放大等處理變為標準電信號輸出[1]。本站目前單純依靠壓差變送器實施監控，如果出現設備損壞或失效，無法準確監控液位，必將產生較大安全隱患。除此之外，還需對壓差變送器注意防腐、防積塵，溫度波動不能太大，避免受到液體沖擊，接線電纜注意防雨、防潮等。

基于以上分析，為提高液位監控的可靠性，需增加LNG儲罐液位監測計(防霜型磁翻柱液位計)與視頻監控，實施雙保險。防霜型磁翻柱液位計(見圖1)主要由測量筒體、雙色翻柱顯示器、標尺、法蘭、磁性浮子等組成。主要根據浮力原理，利用測量筒體內磁性浮子隨被測液面升高或降低，通過磁場的作用，使測量筒體外部的雙色翻柱顯示器隨之變化，顯示被測液面的位置。測量筒體外安裝了絕熱夾套層，能有效地隔離冷、熱傳導，使液位計不結冰、不結霜，保證液位計的正常測量[2]。該設備主要技術特點為結構堅固可靠、壽命長，能長期在戶外使用，耐壓范圍寬，宜安裝在罐體的側面，能夠測量的介質溫度范圍為-190～450 ℃。

圖1 防霜型磁翻柱液位計

② 報警系統及遠傳監控系統改造

LNG氣化站報警系統及遠傳監控系統流程見圖2。LNG氣化站現狀報警系統為1號區域，現狀可燃氣體探測器通過控制電纜與報警控制器聯動，可以現場監控，但不能遠傳監控。若實施廠站改造，則報警系統必須進行完善，否則會存在重大安全隱患。改造方案是在現狀設備基礎上增設硬件、軟件。硬件包括：緊急自動切斷閥、物聯網通信終端、通信及數據處理云服務器；軟件是管理系統。緊急自動切斷閥設置在調壓系統前，與報警控制器聯動。物聯網通信終端設置在廠站的機房內，保持實時在線，通過RS485總線采集報警控制器及可燃氣體探測器的檢測數據。通信及數據處理云服務器可通過網絡平臺(比如阿里云或百度云)租用，利用NB-IoT(窄帶物聯網) 接收物聯網通信終端上報數據并進行處理與儲存，并利用Internet網絡傳輸至管理系統及管理人員的手機。該通信及數據處理云服務器的優勢在于存儲容量大、安全性能高、響應速度快、比傳統服務器性價比更高。管理系統安裝在燃氣公司的控制中心，通過Internet網絡，管理人員可以通過管理系統進行設備檔案維護、查詢探測器濃度、接收報警信息、發送公告等操作，遇緊急情況也可以通過控制中心的管理平臺遠程操作物聯網通信終端，從而控制報警控制器的狀態。

圖2 LNG氣化站報警系統及遠傳監控系統流程

LNG氣化站現狀遠程監控系統為2號區域，利用SCADA系統可以遠傳監控廠站內設備的溫度、壓力等參數，若實施廠站改造，則遠程監控系統必須進行完善。改造方案是在現狀設備基礎上增設遠程視頻監控系統[3]。視頻監控系統包括：服務器、監視終端、網絡攝像機3部分，利用Internet網絡協議提供的各種管理工具可以有效地管理各個監控點的圖像信息。網絡攝像機安裝在廠站內，監視終端及服務器設置在控制中心。網絡攝像機的具體安裝位置為：網絡攝像機增設在防霜型磁翻柱液位計正對面，用于監控儲罐液位；廠站出入口處增設網絡攝像機，用于監控人員出入。

具體實施流程：a. 報警系統部分:燃氣泄漏達到可燃氣體探測器濃度檢測設定值時，發出報警信號，緊急自動切斷閥關閉，切斷氣源，物聯網通信終端接收信號，通過通信及數據處理云服務器發送至管理系統和管理人員手機(手機內安裝應用軟件)，同時進行報警提示。控制中心的管理人員可通過管理系統遠程控制物聯網通信終端設備，控制現場報警控制器狀態并通過調度中心安排緊急搶險。b. 遠傳監控系統部分:網絡攝像機監控防霜型磁翻柱液位計及廠站出入口，并將信息傳輸至監視終端。控制中心的管理人員通過監視終端實時監控現場情況，一旦發生異常，及時安排人員處理。