摘要：随着近年来国内LNG（液化天然气）接收站和液化工厂的大规模建设，LNG产量和销量不断增大。目前，LNG在接收站和液化工厂到达中小型用户的过程中，LNG槽车中转运输是唯一的陆地运输方式。本文为使工程设计人员能够熟悉LNG装车撬的技术特点，实现安全、快速准确的操作装车撬，通过对LNG装车撬的技术特点、装车撬的设计及方法的叙述，对LNG装车撬及系统控制进行设计和分析研究，提出LNG装车撬系统优化设计和系统控制方法，为LNG装车撬的系统设计和使用提供依据。
关键词：LNG；装车撬；优化设计；系统控制
1 引 言
近几年，随着节能环保的意识的增强、燃油价格的不断上涨、雾霾天气的增多以及LNG技术的不断成熟，LNG的相关产业得到了快速的发展。在我国的江苏、浙江、辽宁、重庆等等地区部分城市，LNG接收站大规模投产使用，并且以LNG为燃料的汽车得到了广泛应用。相比于燃油和CNG，LNG的杂质更少，储存压力远低于CNG且密度大，安全性能更高；使用起来更经济。因此LNG槽车运输得到了最广泛的应用，且唯一的液化天然气陆路运输方式。
1.1 前景优势
天然气作为清洁能源越来越受到青睐，很多国家都将LNG列为首选燃料，天然气在能源供应中的比例迅速增加。液化天然气正以每年约12%的高速增长，成为全球增长最迅猛的能源行业之一。近年来全球LNG的生产和贸易日趋活跃，LNG已成为稀缺清洁资源，正在成为世界油气工业新的热点。为保证能源供应多元化和改善能源消费结构，一些能源消费大国越来越重视LNG的引进，美国、欧洲、韩国都在大规模兴建LNG接收站。国际大石油公司也纷纷将其新的利润增长点转向LNG业务，LNG将成为石油之后下一个全球争夺的热门能源商品。
2011年，连云港远洋流体装卸设备公司依靠科技攻克难关，开发了LNG装车撬，并先后投用到江苏如东、辽宁大连、广东大鹏等大型LNG中转站、国内知名油气田或港口。LNG装车撬的研发成功，大大推动了同类产品国产化的进程，打破了国际的垄断。
本文主要结合LNG装车撬在江苏LNG、大连LNG、新捷哈密LNG、武汉燃气LNG装卸车撬中的使用经验，对LNG装车系统中的性能、操作方法进行优化设计，并结合国外系统在使用中出现的问题，开展了相关的研究。
2 LNG装车撬的技术特点
2.1 LNG低温特性
LNG的低温常压储存是在液化天然气的饱和蒸气压接近常压时的温度进行储存，也即是将LNG作为一种沸腾液体储存在绝热储罐中。常压下LNG的沸点在-162℃左右，因此LNG的储存、运输、利用都是在低温状态下进行的。低温特性除了表现在对LNG装车撬的设备、管道要注意防止低温条件下的脆性断裂和冷收缩对设备和管路引起的危害外，也要解决系统保冷、蒸发气处理、泄漏扩散以及低温灼伤等方面的问题。
2.2 LNG易燃特性
天然气属于易燃易爆介质，着火温度与燃烧速度液化天然气具有潜在的危险性，针对这些潜在的危险性，充分考虑LNG装车撬的设计对人员、设备、环境等的保护，考虑相应的防护要求和措施。
对于LNG装车撬的设计、调试、运行等各个环节，主要考虑的安全问题，就是围绕如何防止LNG泄漏，与空气形成可燃的混合气体，消除引发燃烧的基本条件以及LNG装车撬的防火剂消防要求；防止LNG装车撬设备超压，引起超压排放或爆炸；
3 LNG装车撬的设计及方法
LNG装车撬的设计过程需考虑的问题复杂，困难较多，需要充分了解掌握LNG装车撬的低温特性和LNG的安全防护措施及相关解决方法。
3.1 低温设计及方法
LNG装车撬的设计过程中，针对低温特性撬装采用了管道预冷流程、管道循环保冷流程等设计方法。
3.1.1 管道预冷措施
LNG装车撬在装车前，首先连接槽车和装车臂，用氮气分别对液相臂和气相臂中的空气进行氮气置换，关闭保冷循环管线，接着对液相管部分管线、鹤管、及槽车部分管线进行装车预冷，系统自动打开液相线和气相线上的气动切断阀，批量控制器缓慢打开流量调节阀到5%开度，用小流量对装车臂进行预冷，流量计开始计量；当安装在液相管线上的温度传感器的数值达到1300C以上时，通过批量控制器上按“快速装车”，批量控制器缓慢打开流量调节阀到设定的正常装车流量。预冷措施保护了设备和管道在低温环境下顺利运行。如图1所示。
3.1.2 管道保冷循环流程
LNG装车撬当装车量达到装车量，完成加注时，关闭流量调节阀、打开流量调节阀旁路阀门、系统自动打开保冷循环管线上总阀，管道保冷循环开始运行，流量保持在0.65m3/h，用持续流淌的低温LNG维持管道的温度。管道保冷循环使设备、管道等处于长时间工作运行状态，为LNG加注流程的运行提供了保障。如图2所示。
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3.2 安全设计及方法
LNG装车撬的设计过程中，针对燃烧特性撬装采取了一系列的安全保护措施，如管道安全阀放空阀组、装车臂吹扫、装车臂测漏、管道排净、泄放管道、燃气探测器、防爆挠性连接管等防爆、隔爆设计方法。
3.2.1 安全阀放空阀组
安全阀通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值。安全阀通过手阀进行组合可以形成阀组，能够实现二级安全，当管道压力达到压力报警值时，系统报警器报警，手动开动手阀放散卸压；当手阀未开启或失灵时，安全阀自动起跳卸压，保证LNG撬内设备及管道的运行安全。如图3所示为安全阀组。
3.2.2 装车臂测漏、吹扫
装车臂测漏、吹扫是装车撬装车时的重要安全措施。如图4所示。
装车臂测漏在装车撬装车前通过氮气给装车臂进行加压，检查装车臂有无泄露，当装车臂压力达到0.3MPa并能够保持，确认装车臂无泄露。装车臂测漏是安全预防的重要一步，也保障了操作员在加注过程中安全。
装车臂吹扫在装车撬装车前通过氮气给装车臂进行吹扫，使残余在装车臂内的LNG吹入槽车，为装车臂与槽车之间的断开提供条件。
3.2.3 管道排净
由于不连续装车，并对部分管道进行保冷循环设计，需要对管道作排净处理，减少LNG的现场排放和管道的压力。管道排净通过手动控制阀门、排净管线流经循环冷却总管，此设计具有良好的经济效益和安全性。如图5所示。
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3.2.4 泄放管道
泄放管道是安全阀排放、吹扫排放、现场排放等的排放总管，便于集中回收或集中处理，解决了现场排放问题，控制了可能产生燃烧的基本条件。降低了事故发生率，提高了操作人员的安全性。泄放管线设计于撬装的上层，符合撬装的设计，也方便排放的汇集和人员的操作。如图6、7所示。
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3.3 系统控制方法
系统控制采用批量控制器控制设备元件的执行和参数检测及安全控制。每台撬装为一个控制单元，硬件上能完成对流量、压力、温度、静电信号、阀的开度、阀门状态及燃气探测元件信号的采集，实现阀门的控制和安全报警功能。针对低温特性和燃烧特性，必须具备的基本功能。
3.3.1 超限报警功能
撬装内液相管线和气相管线分别安装有压力和温度传感器，对装车过程中压力和温度进行实时检测，当超过限定的压力和温度值时，系统发出报警信号。
3.3.2 静电与燃气监测功能
静电与燃气的监测是现场安全的重中之重，不可忽视。
静电接电控制器安装装车撬上，装车过程中检测接电电阻，当接地不良时，系统报警并切断装车控制阀。
燃气报警器配备在装车撬的合理位置上，通过燃气报警器可以检测燃气的有无，对现场进行实时的反馈信号，传送给控制系统提供安全可靠的信号。如有气体泄露，并达到一定浓度限值时，燃气报警器把检测信号传送到控制系统，系统对应的做出报警处理，控制系统的安全运行。
3.3.3 操作提示功能
LNG装车撬的装车过程复杂，控制逻辑和条件繁多，批量控制器解决了此问题，批量控制器将每步操作均提示在批量控制器显示屏上显示，每步操作完成后按确认键，装车过程既安全又可靠。规范了操作，预防了不安全情况的发生。
4 结论
通过对LNG装车撬系统的设计和研究，并将自动化仪表技术、计算机控制技术、通讯技术和装车撬的低温控制、安全系统有机结合起来，融入了装车控制系统，实现了LNG装车的低温控制和安全控制等功能减少了安全隐患，提高了装车效率，确保生产安全。LNG装车撬系统已成为LNG撬装站实现自动控制的重要组成部分，符合我国能源环保的理念，将在我国得到广泛成应用。
参 考 文 献
[1]张远杰等.LNG槽车超装处理方法探析[J].天然气技术与经济，2011.12（1）：69-71.
[2]贺 耿等.LNG槽车装车系统的技术特点[J].油气储运，2012.08（4）：11-14.
[3]顾安忠.液化天然气技术手册[M].北京：机械工业出版社，2010，284-345.
[4]牛军锋.LNG槽车灌装站控制系统[J].化工自动化及仪表，2013，40（4）549-551.
论文作者:赖林,陈韦,徐江,胡旭杰,姚贵昌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/2/3
标签：管道论文; 槽车论文; 低温论文; 系统论文; 天然气论文; 安全阀论文; 燃气论文; 《基层建设》2019年第28期论文;