天然气液化工艺部分技术方案MRC.docx
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天然气液化工艺部分技术方案MRC
天然气液化工艺部分技术方案（MRC）
天然气液化属流程工业，具有深冷、高压，易燃、易爆等特征，在生产中具有极高的危险性，既有比较高的温度（280C）和压力（50Bar），也有低温（-170°C）,这些单元之间紧密相连，中间缓冲地带比较小，对参数的变化要求严格，这对LNG液化装置连续生产自动化提出了很高的要求。
LNG装置的制冷剂配比与产量和收率直接相关，因此LNG生产过程中控制品质占有非常突出的位置。
整个生产过程需要很多自动化硬件和配套的软件来实现。
以保证生产装置的安全、稳定、高效运行，不仅是提高效益的关键，而且对生产人员、生产设备，以及整个厂区安全都十分重要。
二、工艺过程简述
LNG工艺流程图参见P&ID图
1、原料气压缩单元
来自界区外的天然气经过过滤器除去部分碳氢化合物、水和其它的液体及颗粒。
35MPa（G）的原料气进入脱CO2单元。
3、脱水脱酸气单元
原料气进入2台切换的干燥器，在这里原料气所含有的所有水分和CO2被脱除，干燥器出口原料气中水的露点在操作压力下低于-100C。
经过分子筛干燥单元，在这里原料气再经过两个过滤器中的一个进行脱粉尘过滤。
4、液化单元
进入冷箱的天然气在中被冷却至-35C,在这个温度点冷箱分离罐中，脱除大部分重烃；天然气继续冷却至-70C,在这个温度点，天然气在冷箱分离器中，脱除全部重烃，出口的天然气中C5+重烃含量降至70ppm以下；甲烷气继续冷却至-155C,节流后进入冷箱分离罐中分离，液体部分即为液化天然气被送至液化天然气储罐中储存，气相部分返回冷箱复温后用作分子筛干燥单元的再生气。
5、储运单元
来自液化单元的液化天然气进入液化天然气储罐中储存，产量为420m3，储罐容量为4500m3,储存能力为10天。
6、制冷剂压缩单元
按一定比例配比的制冷剂，经过制冷压缩机增压至1.3MPa（G）后经中间冷却器冷却后，进入中间分离罐中分离，气体部分进入制冷剂压缩机二级增压至4.9MPa（G）并与来自分离罐的液体混合后进入后冷却器冷却，进入分离罐中分离，气体部分流至冷箱顶部，液体部分经制冷剂泵送至冷箱顶部与气体部分混合后进入冷箱换热器冷却，冷却后的低温制冷剂由换热器底部流出，经节流阀节流降压降温后返回换热器，作为返流制冷剂为原料气和正流制冷剂降温液化提供冷量，低压制冷剂复温后出冷箱换热器。
二、控制系统及自动化仪表
（一）工艺过程对自动控制的要求
1、高度的自动化
LNG液化工艺连续性强，安全要求高，中间缓冲余量小，操作频繁要求高，没有控制系统难以保证生产过程的安全平稳及优化，因此LNG液化装置采用DCS，ESD，FGS系统集中在控制室，从而实现高度自动化集中管理。
2、高质量的仪表
LNG需要很多仪表，整套装置仪表设备几百台，每台仪表的正常运行都关系到某一参数或设备的工作节点的正常操作。
除考虑易燃易爆场所的要求外，每个仪表具有高的可靠性和稳定性。
现场仪表精度在1.0，1.5，远传仪表达到0.25级以上。
3、高精度的计量仪表
采用高精度的仪表用来检测LNG的入口天然气流量和LNG，LPG装车的计量。
入口天然气采用涡轮转子流量计，精度0.5级，LNG、LPG装车采用科氏质量流量计进行计量，流量精度0.05，密度精度0.0002g/cm3。
4、在线分析仪表
在LNG的生产过程中，入口天然气的成分发生变化对制冷剂的配比有很大的影响，对天然气和制冷剂的在线分析是十分重要的，以防止LNG液化装置的能耗过大。
冷箱对入口天然气的含水量要求也是十分严格的，否则长期运行将堵塞冷箱。
5、防爆防雷
LNG装置内有防爆区和非防爆区，非防爆区包括有明火的锅炉单元，PSA制氮和仪表空气单元。
其它入冷箱单元、预处理单元、纯化单元、压缩机厂房等为防爆区域，在这些区内的所有仪表采用本安型仪表，特殊状态时采用隔爆型和正压防爆型仪表。
自控系统在LNG液化装置中占有十分重要的地位，DCS、ESD系统构成复杂的数据网络，容易受到各种原因导致的浪涌电压的干扰和破坏。
现场变送器、模拟数字信号控制回路、调节阀、电磁阀和分别加装防雷模块予以保护，电源系统采用3级防护、分级泄放的电源防护系统。
以及做好等电位连接。
（二）电源和气源
1、电源
DCS和ESD系统设置2台15KVA的UPS（不间断电源）供电，UPS的供电时间1小时。
系统内使用的电源分别为24VDC和220VAC。
2、气源仪表气源系统由2台无油压缩机、水分离罐、再生干燥器、储气罐组成。
压力：
0.7MPa
露点：
-40C（0.7MPa时）
温度：
常温，无油无尘
2台120m3/h的压缩机互为备用，10m3（1.0MPa）空气储罐。
不间断供气时间30分钟。
（三）仪表选型
1、温度仪表
LNG装置的温度范围-170C到300C,装置的测温元件全部采用PtIOO热电阻来实现。
热电阻均为铠装型，按不同的区域配置保护管。
特殊设备如冷箱内的温度检测采用铝保护管。
2、流量仪表
除了用于计量的入口天然气流量计（涡轮转子流量计）和LNG、LPG装车流量计（科氏质量流量计），均采用截流装置配差压变送器来进行测量。
截流装置采用孔板来实现，取压方式法兰取压。
气体流量配压力和温度补偿，差压变送器的差压范围选择6KPa（6000mmH2O）。
重要的位置采用流量开关
作为ESD紧急停车系统信号检测。
如：
原料气压机和制冷剂压机的水冷系统。
3、压力仪表
压力参数的检测通过压力变送器将信号传送到控制室供DCS或ESD系统使用，关键位置配压力开关将信号传送至ESD或DCS系统用于报警和联锁。
就地仪表采用不锈钢压力表和普通压力表实现，压机和泵的出口采用耐震压力表。
4、液位仪表
需要远传的液位信号根据不同的介质采用不同的检测方式，预处理部分
选择法兰差压变送器把信号传到控制室，冷箱内重烃类T>-70C的液位采用电容式液位计实现。
LNG采用差压变送器传输信号。
关键部位如；LNG储罐使用2套液位检测系统。
就地液位指示采用磁浮子液位计和玻璃板液位计。
需要报警和联锁的液位计采用液位开关实现。
5、调节阀
LNG装置的调节阀主要有低温调节阀和常温调节阀，冷箱内使用的低温调节阀采用长颈型单座调节阀，颈长：
600mm，阀体材质为铝合金。
常温型调节阀根据不同的介质、压力、Cv值选用不同结构形式的调节阀，所有的调节阀都配有阀门定位器，关键阀门有阀位信号返回器何手轮装置。
如冷箱制冷剂J-T阀。
低温阀不设置前后截止阀和旁通阀，常温调节阀设置前后阀和旁通阀组。
6、1分析仪表
LNG装置采用的在线分析仪表有：
1台在线工业色谱仪和1台实验室色谱分别用于天然气成分和制冷剂成分的在线分析，主要分析的有：
甲烷，乙烷，丙烷，异物烷，二氧化碳等。
采用的方式PCD和FID检测室。
在线露点仪，分析进冷箱的天然气露点。
7、仪表防护保温
远传仪表安装在仪表箱内，需要冬季保温的采用防爆电伴热加以解决。
仪表部分清单如下：
仪表部分
1
压力变送器
EJA430
34
横河
2
差压变送器
EJA110A
28
横河
3
手持式编程器
1
横河
4
温度变送器（带隔离安全栅）
优倍
38
合资
5
隔离式安全栅
优倍
200
合资
6
双金属温度计
国产
24
国产
7
压力表
国产
60
国产
8
电容液位计
LiquicapMFMI51/52
1
E+H
9
金属转子流量计
国产
1
国产
10
在线露点仪
TransmetIS
1
进口
11
磁浮子液位计
国产
4
国产
12
在线色谱仪（包括取样系统）
PGC2000
2
进口
13
流量开关
F2000
2
国产
14
压力开关
4
国产
15
截流孔板
国产
10
国产
16
三阀组
CF1
30
国产
17
焊接仪表截止阀
为12
300
国产
18
截止阀
DN20
48
国产
19
压力表截止阀
为12-M20*1.5
300
国产
20
调节阀
22
进口
21
本安仪表电缆
Kvvp4X1.5
4000
国产
22
防爆接线箱
国产
16
国产
23
电缆桥架
200X100
260
国产
24
防爆连接管
200
国产
25
镀锌水煤气管
3/4“
300
国产
26
不锈钢管
为12
400
国产
27
仪表保护箱
64
国产
28
防爆电加热带
300
国产
29
防雷模块
300
进口
六，实验室
1
色谱仪
Hp6890NCnHn
1
进口
2
色谱仪
GC9900CO2
1
国产
3
化验用品
1
国产
七，工具
八，备品备件
1
隔离式安全栅
优倍
2
合资
2
温度变送器（带隔离安全栅）
优倍
2
合资
3
压力变送器
EJA430
2
横河
4
差压变送器
EJA110A
2
横河
（四）集散式控制系统（DCS）
集散控制系统（DCS）主要实现主要工艺参数的显示、趋势记录、历史事件的记录、报警、控制、打印、制表及流程图画面动态显示等功能。
DCS系统为整个系统的核心，工艺过程的所有常规控制、复杂控制和逻辑控制均由DCS来完成，当工艺参数越限时，能记忆、显示、打印并报警。
1、DCS系统组成
DCS系统采用浙大中控JX-300XP系统，JX-300XP覆盖了大型集散系统的安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成的用户界面及信息存取功能，除了具有模拟量信号输入输出、数字量信号输入输出、回路控制等常规DCS的功能，还具有高速数字量处理、高速顺序事件记录（SOE）、可编程逻辑控制等特殊功能；它不仅提供了功能块图（SCFBD）、梯形图（SCLD）等直观的图形组态工具，又为用户提供开发复杂高级控制算法（如模糊控制）的类C语言编程环境SCX。
系统规模变换灵活，可以实现从一个单元的过程控制，到全厂范围的自动化集成。
系统配置图如下：
DCS配置的原则
系统由过程站、数据通讯系统和人机接口组成。
系统易于组态、易于使用、
易于扩展。
DCS系统作为整个系统的处理整个工艺过程的参数的显示、趋势记录、
历史事件的记录、报警、控制、打印、制表及流程图画面动态显示等功
台匕冃匕。
当工艺参数超越设定值时，能记忆、显示、打印并报警。
对操作人
员的操作过程进行记录。
关键参数修改权限设置。
C、
DCS系统配置满足装置任何工况下的监控要求（包括紧急故障处理），CPU
及通信总线负荷率控制在设计规定的指标之内并留有20%裕度。
D、DCS处理器采用100%冗余配置，重要I/O点应考虑采用非同一板件
的冗余配置，每个I/O机架应有20%的在线I/O备用量。
E、系统电源有可靠的后备手段采用在线式UPS电源，备用电源的切换时间
应小于5ms。
系统电源故障在控制室内设有独立于DCS之外的声光报
警。
F、主系统DCS及与主系统连接的所有相关系统（包括ESD、压缩机PLC、
装车独立的PLC）的通信负荷率不大于50%，其接口设备（板件）通过冗余总线连接稳定可靠。
G、DCS的系统接地设计按照（HG/T-20513-2000）技术要求进行，所有进入
DCS系统的控制信号的电缆采用的屏蔽电缆，且有良好的单端接地。
H、所有的执行机构、阀门等外围设备，在失电、失气、失信号或DCS系
统失灵的情况下，能够向安全方向动作或保持原位（安装保位阀）。
I、DCS系统容量以最终P&ID图为准，留有20%余量。
系统具有强大可扩
展性，只需增加I/O模板就可以实现对系统的扩展。
J、在线修改功能，系统可以在线修改程序而不影响系统的运行。
K、DCS系统采用分布式控制，1/0远程单元可以安装在现场控制箱内。
通过
冗余总线方式与处理器连接。
L、系统的兼容性，可以与RS485，RS232等多种方式与其他不同的系统连
接。
WebFieldJX-300XP系统配置清单1
用户：
哈工大雪贝低温设备有限公司
项目
系统规模
序号
信号类型
I/O点数
冗余点数
合计
余量
比例
总点数
I/O卡类型
卡件数量
1
4〜20mA输入，配电（AI）
80
0
80
22
27.50%
102
XP313
17
3
热电阻输入（AI）
29
0
29
15
51.72%
44
XP316
11
4
4〜20mA输岀（AO）
54
0
54
22
40.74%
76
XP322
19
5
开关量输入（DI）
165
0
165
35
21.21%
200
XP363
25
6
开关量输岀（DO）
120
0
120
32
26.67%
152
XP362
19
合计
466
0
466
138
—
604
—
96
系统配置
序号
名称
卡件号
单位
数量
生产厂家
控制站硬件
1
机柜（800*600*2100），外配用XP204
个
1
浙大中控
2
机柜（800*600*2100），可带4个机笼
XP202
个
2
浙大中控
3
一体化机笼，可带16块I/O卡
XP211
个
6
浙大中控
4
主控制卡（高速，大容量）
XP243
块
2
浙大中控
5
数据转发卡
XP233
块
12
浙大中控
6
电源指示卡
XP221
块
8
浙大中控
7
电源箱机笼
XP251
个
2
浙大中控
8
电源箱（5V，24V）单体，150W
XP251-1
个
6
浙大中控
9
电流信号输入卡，6路输入
XP313
块
17
浙大中控
10
电压信号输入卡，6路输入
XP314
块
5
浙大中控
11
热电阻信号输入卡，4路输入
XP316
块
11
浙大中控
12
模拟量输出卡，4路输出
XP322
块
19
浙大中控
13
触点型开入，8路输入
XP363
块
25
浙大中控
14
晶体管触点开岀，8路输岀
XP362
块
19
浙大中控
15
/O端子板（不冗余）
XP520
块
39
浙大中控
16
16路机械继电器输岀端子板
XP562-GPR
块
10
浙大中控
17
DI/O端子板转接模块
XP521
块
10
浙大中控
操作站硬件
1
操作员站/工程师站主机
XP002
套
3
DELL
DELLSC440（奔腾D双核2.8G/512M/120G/集成16M显卡/独立声卡/48XCD-ROM/键盘/光电鼠标/（2个PCI插槽和3个PCIE插槽））
2
19"LCD显示器，DELL，E197FP
套
3
DELL
3
操作员键盘
XP032-USB
个
3
4
ScnetII网卡（双绞线）
XP023（PCIE）
块
3
5
平面式操作台
XP072-1
张
3
6
打印机台
FW072D
张
1
7
16口交换机
XP425-1
个
2
操作站软件
1
Windows2000中文授权标准版
SP4
套
1
微软
2
实时监控软件
PRO111
个
4
3
组态软件
PRO135
个
1
其他配套部件
1
打印机EPSON（A3，黑白，针打）EPSON1600K3H
台
1
EPSON
2
直流电源
QUINT-PS-100-240AC/24DC/20
个
2
菲尼克斯
3
空气开关
C65N-2P-D/10A
个
11
梅兰日兰
4
4-20mA输入安全栅
SB3041-BX
个
80
浙大中控
5
4-20mA输岀安全栅
SB3045-BX
个
10
浙大中控
6
安全栅支架
LK-25
个
4
龙飞
7
继电器
RM2S-ULDC24,SM2S-05D底座
个
152
和泉
8
熔断器端子
UK5-HESI
个
200
菲尼克斯
9
UPS
C6KS/1H
个
1
山特
（五）ESD联锁停车系统
天然气液化属流程工业，具有低温、高压，易燃、易爆等特征，在生产中具有极高的危险性，因此实现生产装置的安全、稳定、高效运行不仅是提高效益的关键，而且对生产人员、生产设备，人员安全都十分重要。
在本装置采用国际先进的ESD（EmergencyShutdown,紧急停车）系统实现装置的安全
控制。
LNG液化装置ESD系统构成：
液化单元和公用工程区实现联锁保护控制，以确保装置在发生电力、循环水装置或仪表系统等公共故障时天然气的切断与排放得到有效的控制。
当装置区发生火灾等紧急情况时，ESD接收FGS系统的信号，控制停止切断相关的设备。
ESD设备采用的是西门子公司的AS414F/HF系统对装置进行联锁控制，安全级别达到SIL2。
ESD系统独立于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS。
ESD系统的ESD中处理器、电源按实时热备冗余系统（独立机架）设计。
ESD所选用的模板应是带电可插拔型模板，且每块模板都有自诊断功能。
ESD处理器能接受、处理其它站拷贝来的子程序，并可将本站的一些功能程序移植到需要的站场，以减少重复编程的工作量。
ESD系统能够满足所需的热备冗余配置要求。
对硬件的地址分配设置、I/O的量化等应采用组态的方式完成。
CPU的字长》32位，支持浮点运算、支持全部的数字量和模拟量，具有在线维护能力。
1、ESD系统的配置
A.为确保装置安全、稳定、可靠地运行，设计中采用1套ESD系统分别控制用于控制液化单元、压缩单元、储罐区和公用工程单元。
B.中央控制室由一个控制站AS414F/HF和现场I/O端口组成。
DCS操作站可以作为ESD的监控使用。
与DCS系统共用工程师站。
C•本着安全高于控制的原则，所有关键联锁检测点采用先进ESD系统，再通过冗余工业以太网与DCS的通信。
D•重要的I/O点全部选用热备冗余方式，输入卡全部选用光电隔离型，非
SIL（SafetyInterityLevel）级的输出卡选用继电器隔离或光电隔离型，避免现
场干扰信号的影响。
E•交流电源采用双路方式供给电源模块，一路电源经UPS（不间断电源）供给ESD电源主模件，另一路市电电源供给ESD备用电源模件。
24VDC电源因其容量很大，分两部分供给，一部分供给现场仪表和继电器、一部分供给现场电磁阀工作的电源，由DCS的直流电源装置供给。
控制电磁阀的电源总线要选用铠装电缆，额定功率不能超出其总功率的50%,以避免电缆故障而造成大面积停车。
2、ESD设备清单
二、紧急停车系统（ESD
1、ESD处理器
1
AS414-H,冗余控制器
6ES7654-2ND67-0XC0
1
西门子
2
网络接头
6ES7972-0BA41-0XA0
2
西门子
总计：
r西门子
2、I/O部分
1
530MM导轨
6ES7195-1GF30-0XA0
2
西门子
2
电源模块PS307,5A
「6ES7307-1EA00-0AA0
2
P西门子
3
接口模块IM153-2
6ES7153-2BA00-0XB0
4
西门子
4
连接器PS307/IM153-2
6ES7195-7HA00-0XA0
2
西门子
5
连接器IM153-2/IM153-2
：
6ES7195-7HD10-0XA0
2
r西门子
6
模拟量输入6AI.4-20MA
6ES7336-1HE00-0AB0
4
西门子
8
开关量输入24DI.24VDC
6ES7326-1BK00-0AB0
4
西门子
9
开关量输出10D0,24VDC,0.5A
：
6ES7326-2BF00-0AB0
4
r西门子
10
20针连接器
6ES7392-1AJ00-0AA0
14
西门子
11
40针连接器
6ES7392-1AM00-0AA0
1
西门子
12
连接器SM/SM
[6ES7195-7HB00-0XA0
4
p西门子
13
网络接头
6ES7972-0BA41-0XA0
4
西门子
3、ESD软件
ESD软件部分包括：
A、SIMATICPCS7,SOFTWAREENGINEERINGV6.1
B、安全插件SOFT-F
三、火灾检测报警系统（FGS）
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