基于LNG液化工廠的數字化管理建設與應用

羅霄

摘要：近年來我國綜合國力的不斷增強，工業的迅猛發展，涌現出大量的工業企業。其中由烏江公司投資建設的LNG液化工廠具有生產工藝復雜、介質易燃易爆、設備設施多、人員初期培訓以及操作難度大等特征，單純的DCS系統以及現場巡檢工作制度已經不能滿足傳統LNG液化工廠的管理需要。通過計算機進行虛擬仿真，建立LNG液化工廠數字化管理體系，搭建工廠真實場景，建立主要設備設施模型，對企業信息、設備數據、生產數據以及業務系統進行綜合管理，最終實現對生產工藝的各個環節進行有效監控和管理，培訓可視化、業務系統的高度集成化以及生產控制一體化，提高工廠的信息化水平以及管理水平，安全可靠、高效、易操作和維護。本文就基于LNG液化工廠的數字化管理建設與應用展開探討。

關鍵詞：LNG液化工廠;數字化;管理建設

引言

液化天然氣（LNG）被認為是當前世界上最清潔的能源，其主要成分是甲烷。本液化裝置選擇的是混合制冷工藝，采用氮氣和烴類混合物作為制冷劑，利用多組分混合物中進行逐級冷凝、蒸發、節流膨脹得到不同溫度水平的制冷量，將天然氣通過冷卻到-162℃后變成液體，液化天然氣的儲存在低溫儲存罐內，在天然氣緊缺的時候可用于調峰，充分保障了國內資源的供應。

1數字化LNG工廠的簡介

數字化工廠是產品信息數字化、過程信息數字化和資源物料信息數字化，并三種數字化的有效結合，是真實工廠的生產過程在計算機上的一種映射。通過數字化工廠的實施，可以實現工廠全生命周期的有效管理，提升整個工廠的控制、運維水平和經濟效益。本文以某LNG液化工廠為例，闡述數字化LNG工廠的總體構建、功能實現以及效果評價。LNG液化工廠的總體工藝包括天然氣凈化、液化、LNG儲存和裝車。原料氣經過濾器除塵、載硫活性炭脫汞、MDEA溶液脫二氧化碳、分子篩脫水后進入到液化裝置。液化裝置采用三段繞管換熱器作為主換熱器，凈化天然氣先后進入到預冷卻器、液化器、過冷卻器進行逐級降溫-162℃，經節流閥節流后進入LNG儲罐儲存。天然氣液化所需冷量來源于混合冷劑膨脹節流制冷，核心裝置為MRC壓縮機。LNG產品儲存采用全包容儲罐，存儲壓力略高于環境大氣壓，通過LNG槽車外運。LNG儲罐與裝車區產生的BOG閃蒸氣（壓力為-10kPa、溫度約為-151.3℃），利用BOG壓縮機增壓，繼續增壓進入液化單元入口再液化。廠區總占地面積300畝，分為7個區域，設備總數約140臺，管線總長度約100余公里，電纜總長度約360公里，全廠工業數據采集3000余點。

2液化天然氣的特性

2.1燃燒特性

LNG與天然氣的燃燒特性基本相同，但是液化天然氣的燃燒速度比較慢，一般在每秒鐘0.3rn，通常情況下，LNG與蒸汽發生爆炸的因素不包括燃燒。LNG氣化后爆炸極限為5%-15%，火焰也會飄散到一些有氧氣的地方。天然氣中由于一些在云團游離的不具備高速燃燒的條件，所以說燃燒爆炸的可能性較小，壓力小于5千帕的時候就不會引起爆炸，但是由于周邊的空間存在較多的限制性因素，使得云團內部的壓力比較高，LNG蒸汽遇到空氣混合物就會上升至爆炸的極限，繼而發生爆炸，嚴重的會造成更為嚴重的后果。

2.2低溫特性

LNG需要在低溫常壓的環境下儲存，需要使得飽和蒸氣壓接近大氣溫正常壓力。常壓下的LNG的沸點在-62℃左右，LNG的儲存、運輸、使用都需要在較低的溫度下進行。除了LNG系統設備具有低溫特性，輸送的管道材料應注意防止在低溫下發生脆性斷裂或者造成收縮，防止其泄漏擴散。

2.3滾騰特性

儲罐內部經過吸熱與蒸發作用，會形成兩層密度不同的液體，也就是液體層化現象。當兩種液體密度趨于一致時，會發生混合，使得在短時間內產生大量氣體，造成儲罐內壓力的迅速上升，出現設備的破壞或爆炸事故的發生。

3數字化LNG工廠的總體構建及功能實現

數字化LNG工廠的特征之一是數據集成。從信息建設的角度分解數字化LNG工廠，系統總體架構總體分為基礎設備層、數據層、平臺層、應用層和標準規范體系、質量保證體系。第一層基礎設備層：數字化工廠的硬件、網絡、操作系統和數據庫系統;第二層數據層：分空間數據和業務數據庫。空間數據主要包括工廠基礎地理環境數據庫和三維模型數據庫。業務數據庫主要包括實時數據庫、設備管理數據庫、生產運營數據庫、巡檢數據庫和其他數據庫;第三層平臺層：分數據接口平臺、SuperEarth企業共享平臺和SuperEarth企業可視化平臺。數據接口平臺包括空間數據接口平臺和業務數據集成接口平臺;第四層業務層：三維數字化廠區、智能P&ID圖系統、巡檢系統、設備管理系統、在線監測系統、安全生產運營支持系統、系統維護。

4 LNG工廠的安全技術措施

4.1生產工藝的相關標準

安全標準與設計與實施是保障LNG工廠設備安全與生產順利的前提條件，所以說，對于安全性方面的設計需要結合實際情況與規范進行。在工廠進行生產的過程中，一般包括以下美國、日本以及國內的幾種參考標準，分別為《液化天然氣（LNG）的生產、儲存和運輸的標準》、《一般高壓氣體安全法》、《石化企業消防設計標準》等。

4.2設置安全管理機構以及管理人員

在LNG工廠中，應該設立負責安全管理的部門，建立安全委員會，同時要設置專職安全人員以及安環辦主任，班組設置兼職安全員，構建清晰的安全管理網絡圖，對各個崗位的安全責任間劃分，使得安全管理制度能夠有效的完善，真正的做好安全管理工作。

4.3落實安全檢查

深入落實日常的安全檢查與考核工作，以便規范企業的操作行為，針對核心的生產工藝、消防和報警器等設備，要建立日常安全檢查制度，設置獎懲規章制度并嚴格執行，以便消除違章生產作業，杜絕麻痹大意思想帶來不必要的安全隱患。

4.4建立健全雙重預防機制

建立管控與治理的雙重預防機制，通過安全風險分級管控和隱患排查治理的方式來對存在的可能引起較大事故的隱患進行排查。安全風險分級管控是隱患排查治理的前提和基礎，通過辨識液化天然氣工廠所有工藝流程、設備設施和作業場所的風險點，劃分風險等級，制定安全風險分級管控措施，從源頭上消除、降低或控制相關風險，進一步的減少事故的發生幾率以及可能造成的嚴重后果。

4.5降低計量偏差

選用精度較高，重復性較好、能進行溫度、壓力、壓縮因子自動補償的流量計，并保證安裝質量;掌握計量儀器的工作原理以及運行參數，使參數達到天然氣計量允許范圍內;數據記錄時，確保記錄的數據都為同一種狀態下;經常清理前置過濾器濾芯，減少氣體中雜質對流量計軸承產生磨損，并定期對流量計進行檢定，以此來降低天然氣計量偏差，提高計量精度。

結語

數字化LNG液化工廠的建設及應用，為提升危險化學品生產企業的管控水平，實現企業信息利益一體化，打造了新的平臺。隨著信息技術的更不斷改善，可以從以下兩點進行提升完善：（1）從LNG生產、運輸、倉儲、物流、銷售的整個供應鏈橫向上的進行協同優化，及時響應市場變化，實現全局在線優化、計劃優化、調度優化以及HSE的監控。（2）充分利用和發揮各應用軟件的功能和優勢，綜合利用各綜合數據庫信息，實現LNG項目施工過程中初步的進度控制、質量控制、工時控制和成本控制，提高效率、減少差錯、提高設計質量、降低設計勞動強度。

參考文獻

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