淺談LNG項目儀表選型安裝和橇裝化儀控間設計

葉詩臻

摘 要：結合本人LNG項目，敘述了低溫情況下溫度儀表、壓力儀表和流量儀表的選用方法。重點闡述了壓力儀表的低溫檢測原理、導壓管的安裝方式及注意事項。總結了在有搬遷需求下中控室機柜間的橇裝化設計注意事項。

Brief discussion on instrument selection&installation， skid cabinet control room in LNG Project

Abstracts： Combining with my LNG project experience， the instrument selection under low temperature condition is describbed. The measurement principle of pressure instrument and the attention of pressure connecting pipe is described emphatically. Precaution of skid mounted cabinet control room is summarized.

液化天然氣（Liquefied Natural Gas，簡稱LNG），主要成分是甲烷。無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態天然氣體積的1/625，液化天然氣的質量僅為同體積水的45%左右。 其制造過程是先將氣田生產的天然氣凈化處理，經液化后冷卻至其沸點（-161.5℃）溫度后變成液體。

對于石油天然氣一些前景預測不明朗的區塊的開采不適合建造長輸管道，采用LNG方案開采更靈活，經濟效益也更好。本文結合筆者所做塔里木油田吐東2區塊試采項目，對深冷條件下的儀表選型安裝和橇裝化設置進行粗淺的分析討論，進而找到比較合理的設計方案。

一、LNG項目儀表選型安裝

1.溫度儀表

常壓狀態下，LNG溫度為-162℃，宜選用PT100熱電阻，熱電阻測量范圍可低至-200℃，且精度高、性能穩定、重復性好。吐東2 區塊試采項目選用鎧裝熱電阻，相比普通熱電阻測量更精準，熱滯后較小，機械性能更優，安裝也更為便利。

精度要求不高、就地指示溫度即可滿足要求的場合可用壓力式溫度計，其依據封閉系統內部工作物質的體積或壓力隨溫度變化而變化的原理工作。

2.壓力儀表

常規條件下，壓力儀表通過閥組和取壓元件串接測量介質壓力，但由于被測介質是-162℃的液化天然氣，直接接觸變送器會導致脆化進而損壞儀表引起泄漏，故測量LNG的壓力儀表宜分體式設置。目前LNG壓力測量都是通過測量氣相壓力來實現其液相的壓力測量。其原理是通過延長導壓管，使介質吸收環境的熱量氣化，溫度升高，達到變送器可以測量的溫度。由于導壓管是聯通的，介質的氣相壓力和管線的壓力幾乎相等，即可通過測量介質的氣相壓力來測量管線的壓力。氣化后產生的氣體不但可以隔離低溫液體和變送器膜片，保護變送器，還可以在一定程度上起到阻尼器的作用，有利于變送器的測量值穩定。此處需要特別注意的是材料的選擇，取壓的根部閥必須是低溫閥，閥門、導壓管的材質必須是耐低溫材質。在前面提到了LNG體積約為同量天然氣的1/625，故在根部閥門處應設置限流孔板，使得LNG盡可能的緩慢汽化。這段引壓管應做保冷，保證緩慢汽化的同時也防止人員誤碰觸造成的凍傷。安裝形式應如下圖所示，管道取壓應采用水平向下5度，然后引壓管垂直向上，引到足夠的高度，使LNG充分汽化后接到壓力變送器的閥組上。

3.流量儀表

LNG管線上用于工藝過程計量的流量計屬油田公司三級計量，多采用孔板流量計，選用耐低溫材質的孔板即可。LNG裝車區的貿易計量屬油田公司一級計量應采用質量流量計計量，質量流量計選用耐低溫材質，應用科氏力測量原理不受被測介質物理特性（如粘度、密度）的影響，可以對液化天然氣進行高精度的測量，其精度可達到0.15 %。可直接測得LNG的交接質量。其他類型流量計測得的是體積流量，必須再測得溫度、壓力和密度等參數，才能換算成交接質量。檢測成本高，操作復雜，而且檢測準確度難以保證。且質量流量計量程比寬，準確度高，內無可動部件，也無阻礙流體流動的部件，不需要前后直管段，具有方便維護、穩定性好和可靠性高等特點，是LNG交接計量的理想流量計。

4.執行元件

控制閥是整個自控系統的終端執行部件，是整個工藝過程控制和安全保障的重點，在低溫介質條件下閥門的性能更加至關重要。針對LNG 介質-162 ℃的特性，在閥門選型時，需特別注意閥門各部件材質及閥蓋的選型。閥門材質的選擇： 深冷閥門的材料是根據工藝介質的特性、溫度、壓力等因素選用材料。閥體/閥蓋材料選用耐深冷的優質低碳不銹鋼材料，同時在鑄造時避免其產生折疊、夾渣、氣孔、組織疏散、隱裂紋等缺陷和成分不均。閥芯材質均選用耐深冷的優質不銹鋼材料，具備足夠的強度和硬度。另外，這些材料均按相應材料規范進行深冷處理和沖擊試驗。閥蓋結構：深冷閥門采用延長型閥蓋，保證處于閥蓋頂部填料區的溫度始終處于適合正常操作的區間。延長型閥蓋（閥桿）的設計保證深冷不會傳導至執行機構，從而保證閥門在任何時間都能夠在最大壓差和最深冷度下正常操作。

二、橇裝化機柜間設計

在前文中所提到天然氣開發時，LNG的方案相較長輸管道的方案更為靈活多變。當遇到所開發區塊氣量減少較多的情況，可將天然氣凈化液化裝置移至新的區塊，使得裝置設備滾動利用。為達到快速搬遷，組裝，再利用的功能，在LNG站場的裝置區設置宜盡量模塊化、預制化、組裝化。

筆者所做的塔里木油田吐東2區塊開發試采項目，主體工程為兩列15萬方每天的橇裝設備。現場側的橇裝設備實現高度模塊化，在油田開發戰略出現變更的時候可隨時吊裝至下一個開發區塊。相應的，兩列裝置對應兩套控制系統，也要滿足模塊化橇裝化的設計。

本站設置了兩個撬裝機柜間和一個撬裝中控室。一列15萬方的裝置和進站處理等公用工程的信號，可燃氣體系統和通信系統的機柜設置在一號橇裝機柜間，將要拆遷的一列15萬方裝置控制系統機柜設置在二號橇裝機柜間。

橇裝機柜間宜采用鋼地板，標高為+0.2m（以橇座底板為±0），電纜入戶在地板夾層中敷設，橇內機柜應放在預制好的槽鋼支撐架上，支撐架應固定在橇內地面上。機柜橇中設UPS主機和蓄電池機柜各一列保證橇裝機柜間的UPS供電。

橇裝化機柜間、中控室設計的優點在于機動靈活性，在主裝置搬遷時彩鋼房機柜間可隨主裝置吊裝搬遷到新區塊實現快速投運，節省投資，設備再利用。集成化的設計也使得機柜間內電氣儀表通信的設備更加緊湊。

三、結束語

隨著天然氣在我國能源結構中所占比例的加大，LNG產品以他獨有的優勢會在天然氣開發領域中有更多的應用。筆者結合項目經驗和大家做了一個簡單的交流，希望得到大家的指正和批評。

參考文獻：

[1].呂高晟，趙國敏，吳佳，于凱澤 ，石油化工自動化，淺談LNG項目中低溫儀表的選用.HG/T 20507-2014自動化儀表選型設計規范.