浸沒燃燒式氣化器控制方案優(yōu)化

程云東

（中石油大連液化天然氣有限公司，遼寧大連 116600）

0 引言

液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）接收站氣化外輸設備有開架式氣化器（Open Rack Vaporizer，ORV）和浸沒燃燒式氣化器（Submerged Combustion Vaporizer，SCV）兩種。ORV是使用海水作為熱源，LNG在管束內流動，外面用海水沖刷，LNG吸熱氣化成天然氣后外輸。冬季海水溫度降低，無法氣化滿負荷運行的ORV，ORV只能降低負荷運行，無法滿足外輸指標，這時開啟SCV作為補充，保證外輸指標完成。

德國林德公司生產的SCV是目前國際市場上LNG接收站廣泛使用的兩種主力產品之一，使用中頻繁發(fā)生聯鎖停車事件。非計劃停工次數的增多，既影響公司的指標完成，又影響下游用戶使用。通過對事件的分析，發(fā)現多處控制方案設計不合理，對不合理的地方進行了優(yōu)化改造，保障接收站的平穩(wěn)外輸。

1 SCV工作原理

SCV工作原理如圖1所示，來自風機的助燃空氣按照不同負荷下的控制比例注入燃燒器，與天然氣混合燃燒，燃燒產物的排放會形成含有多個小氣泡的雙相發(fā)泡混合液。雙相混合液濃度的下降形成上升作用，可導致混合液上升。LNG由浸沒于水浴槽換熱管排下部進入，其管排表面可通過氣/水混合物的高速運動得到有效沖洗，氣/水混合物的高速運動造成水浴槽內水流湍動，此時換熱管內LNG與水實現充分換熱，達到加熱、氣化的效果，輸出到外輸總管。燃燒器中的燃燒產物在與氣/水氣泡分散后，通過煙囪排放至大氣中。

圖1 SCV 工作原理

2 原控制方案及優(yōu)化方案

2.1 風機可燃氣檢測

風機空氣入口過濾器前安裝了1臺可燃氣檢測器AT-01，檢測進風機的空氣中可燃氣含量，正常測量值為0，當檢測到空氣中存在可燃氣并達到設定的高高報警值10 LEL（高報警5 LEL、高高報警10 LEL）時，聯鎖停止SCV運行，避免爆炸風險。廠商隨設備自帶的可燃氣檢測器是英國科爾康（CROWCON）公司的紅外線檢測器，內部結構如圖2所示。

圖2 可燃氣檢測器內部結構

這種檢測器在實際應用中光學鏡面非常容易積累灰塵，使檢測數值突變到聯鎖值，導致SCV聯鎖停車。這種誤動作發(fā)生得比較頻繁，平均2～3次/月，尤其空氣質量較差的地區(qū)或接收站周邊有形成灰塵的廠礦，處理方法是定期擦拭鏡面灰塵，如半月擦拭1次。SCV停用時擦拭簡單，用干凈的抹布擦去鏡面灰塵即可；一旦SCV運行，擦拭鏡面同樣會導致檢測數值突變引起聯鎖，只能先屏蔽聯鎖再擦拭，而頻繁進入PLC邏輯中屏蔽信號同樣會容易產生人為失誤造成聯鎖停機，不方便實施。

優(yōu)化方案：①原紅外線檢測器輸出標準4～20 mA信號至PLC，將其拆除，更換成1塊常用的催化燃燒式檢測器；②在風機空氣入口過濾器前增加1臺可燃氣檢測器，2臺檢測器采用二取二聯鎖方式，即只有2塊儀表同時高高報警才啟動聯鎖，可有效避免儀表檢測錯誤導致設備聯鎖。將這種紅外線檢測器的不適用性及單臺儀表誤動作率高兩個問題反饋給了SCV生產商，生產商接納了建議，在后面的產品出廠時更換成了2塊催化燃燒式可燃氣檢測器，并采用二取二聯鎖邏輯。

2.2 煙囪可燃氣檢測

煙囪內有2塊可燃氣檢測器AT-02和AT-03，檢測煙囪可燃氣含量是否超標，高高報警時聯鎖停車，采用二取一聯鎖方式。SCV投用后這2塊表頻繁出現高高報警聯鎖停車，拆開儀表檢查，表內充滿水珠，是高溫煙氣帶走的水蒸氣導致儀表進水故障，顯示高高報警。

優(yōu)化方案：拆除這2塊儀表。由于SCV設計中有效地調整了燃燒率，所以煙道里可燃氣含量極低，同時還有水蒸汽，因此不會存在煙道內可燃氣過多及爆炸風險，不需要測量儀表。

2.3 水浴溫度檢測

檢測水浴溫度有2塊溫度變送器TT-01和TT-02，正常水溫控制在20～30 ℃內，當檢測的溫度達到高高報警值55 ℃（高報警40 ℃）時聯鎖停車，采用二取一聯鎖方式，即2塊溫度變送器中任意1塊顯示溫度高高報警就聯鎖。在使用中不可避免會發(fā)生儀表檢測單元或變送單元故障，這就會導致顯示高高報警，發(fā)生聯鎖停車，這種情況降低了儀表的容錯性。

優(yōu)化方案：在PLC里將2塊溫度儀表邏輯修改成二取二的方式，增大儀表容錯性能，但同時水浴溫度超高的風險也加大。由于天然氣出口也有2塊檢測天然氣溫度的儀表，溫度高高報警同樣會聯鎖停車，所以這里儀表聯鎖邏輯采用二取二完全適用。

2.4 天然氣出口溫度檢測

天然氣（Natural Gas，NG）出口溫度有2塊溫度變送器，分別為TT-03和TT-04，檢測并控制NG出口溫度。當檢測的溫度達到設定的高高報警值55 ℃（高報警40 ℃）時聯鎖停車，這個聯鎖采用的是二取一方式，儀表容錯性差，誤動作風險高。

優(yōu)化方案：將2塊溫度儀表邏輯中設置成二取二，增大儀表容錯性能，由于水浴溫度的控制使得天然氣不可能達到55 ℃，所以不會增加安全風險。

2.5 煙囪內溫度檢測

煙囪內有2塊溫度變送器TT-05和TT-06，當檢測的溫度達到設定的高高報警值55 ℃（高報警40 ℃）時聯鎖停車，采用二取一聯鎖方式，儀表容錯性差，誤動作風險高。

優(yōu)化方案：將2塊溫度儀表邏輯中設置成二取二，增大儀表容錯性能，由于水浴溫度的控制使得煙氣不可能達到55 ℃，所以不會增加安全風險。

2.6 水浴液位檢測

水浴液位有2塊液位變送器LT-01和LT-02，使用非接觸式的雷達液位計測量，安裝在水面上水浴槽的扣板上。當檢測的液位達到設定的高高或低低報警值（低低報警2000 mm、低報警2100 mm、高報警2600 mm、高高報警2650 mm）時聯鎖停車，即液位不能過高也不能過低，過高容易溢流，過低無法使得LNG排管完全浸沒在水中。使用中由于水汽的蒸發(fā)使得液位逐漸降低，需要適時補水。使用雷達液位計的好處是測量部件不接觸介質水，并且安裝簡便，壞處是由于水汽的蒸發(fā)導致測量面經常有凝結水滴，造成測量值高高跳變導致停車，同時水浴的水流湍動使得液面波動很大，并且時常有蕩起來的水被液位計檢測成高高液位導致聯鎖停車，采用二取一聯鎖方式。

優(yōu)化方案：①將2塊液位儀表邏輯中設置成二取二，增大儀表容錯性能，由于液位的實際變化很緩慢，不可能在沒有發(fā)出高（低）報警時直接達到高高（低低）液位，同時日常的現場檢查也能看到真實的液面，因此修改后的方案不存在危險性；②2塊液位儀表安裝距離僅有20 cm，水波動的某個波峰很容易被2塊液位儀表同時檢測到，造成2塊儀表同時顯示高高報警導致聯鎖停車，將其中1塊儀表移位，使得2塊表分開一定距離。

3 控制方案優(yōu)化后效果評價

控制方案優(yōu)化后進行了2個冬季（約6個月）SCV外輸的觀察，生產一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，沒有再發(fā)生因儀表誤動作導致的非計劃停工，滿足了生產方面平穩(wěn)、長周期運行的要求。

4 結論

針對原控制方案中只重點考慮設備安全，缺乏儀表容錯性的情況，以及儀表使用不當的問題，分析論證了方案優(yōu)化的好處并開展了由生產、安全、維修人員參加的風險評估會，在無風險或風險可接受的情況下對方案進行了優(yōu)化，同時定期對儀表進行校驗，保證儀表指示正確。進行了長達2個冬季運行周期的運行考察后，證明優(yōu)化方案效果極佳，有力地保障了外輸的平穩(wěn)，對同類SCV控制方案的優(yōu)化具有借鑒意義。