安全儀表系統在 LNG 項目的設計應用

我公司安塞 20 萬噸/年 LNG（Liquefied Natural Gas）項目，主要包括 20 萬噸/年天然氣液化裝置，LNG 儲罐，LNG裝車系統及配套公共設施。LNG 是一種重要的有機化工原料，主要有甲烷成份。LNG通過在常壓下氣態的天然氣冷卻在-162℃，使之凝結成液體。LNG 是一種清潔能源，也是一種可燃、可爆的氣體。近年來，對安全生產要求不斷提高，安全儀表系統已經成了保證裝置正常生產，保護人員和設備安全主要措施，對其性能要求也逐漸提高。本文以 LNG 的項目各裝置，從可靠性角度進行分析，集中闡述了安全儀表系統在 LNG 裝置的設計應用。

1 安全儀表系統在 LNG 項目的應用

根據 GB/T50770-2013《石油化工安全儀表設計規范》定義，安全儀表系統能實現一個或多個安全儀表功能的儀表系統。安全儀表系統包括測量儀表、邏輯運算器和非常終元件、關聯軟件及部件。整個 20 萬噸/年 LNG 項目各裝置供用一套安全儀表系統，安全完整性等級為 SIL3。

主要完成以下邏輯聯鎖保護功能:

（1）全廠急停 11-HS-001 手動按鈕，進裝車切斷閥13-XV-0505 關閉，LNG 裝置 1100-F-01 加熱爐停止，兩臺空壓停車；

（2）LNG 裝置手動急停按鈕 11-HS-002 啟動，原料進裝置 11-XV-0501 切斷閥關閉；冷劑壓縮機 1100-K-02 停和部分機泵等；

（3）再生氣加熱爐出口溫度 11-TSHH-1902 高高 300℃，再生氣加熱爐進口燃料氣切斷閥 11-XV-1901關閉，再生氣加熱爐 11-F-01 停;

（4）至冷箱解凍天然氣溫度 11-TSHH-1905 高高 300℃，至冷箱解凍天然氣 11-XV-1902 切斷閥關閉；

（5）凈化分離氣 1100-SPR-02 液位 11-LSLL-0802 低低50﹪,凈化分離器底部胺液排放切斷閥 11-XV0801 關閉；

（6）吸收塔 T-01 液位 11-LSLL-0702 低低,吸收塔底部胺液排放切斷閥 11-XV-0701 關閉；

（7）原料氣進口分離氣 1100-SPR-01 液位 11-LSLL- 0501 低低 13.38﹪，原料分離器底部排放切斷閥11-XV-0502關閉；

（8）再生氣壓縮機 1100-k-01A/B、BOG 壓縮機 1100-K- 03A/B、循環 BOG壓縮機 1100-K-04A/B允許啟動和聯鎖保護；

（9）汽車裝車 LNG 收集池溫度 13-TS-001DI 低低及安全逃生緊急停按鈕 HS-001/002/003,六臺批量控制器停止裝車，及啟動相關聯鎖；

（10）LNG 儲罐液位 12-HS-0621/0622/0623 高高，LNG儲罐 N2 切斷閥 12-XV-0602 關閉；LNG 儲罐液位 12-HS-0621 /0622/0623 高，LNG 儲罐入口切斷閥 12-XV-0603A/B 關閉。

2 現場儀表的設計選型

現場儀表由檢測元件和執行元件兩部分組成，在危險故障率中所占比例分別為 35％和 50％，其可靠性直接關系著整個系統的安全可靠性。在設計過程應從多方面進行考慮，包括儀表自身性能的可靠性及外部環境、安裝等方面。 本 LNG 項目的安全測量儀表設計主要熱電阻、智能變送器、雷達液位計、伺服液位計，熱電阻為法蘭式、鎧裝彈簧壓緊式、直行整體鉆孔套管結構，在溫度檢測儀表系統回路設計了溫變安全刪，在溫變安全刪設置回路保護功能，熱電阻斷線只報警而不聯鎖動作。變送器設計為帶 Hart 協議、LCD顯示、4-20mA 信號功能智能型變送器，優越于壓力開關儀表，變送器隨時看到壓力值，調校維護方便，通過手持終端就完成變送器的調校和聯鎖自保試驗。LNG 儲罐液位選型為恩拉夫的兩臺伺服液位計和一臺雷

達液位計，分別輸出4-20mA 信號，4-20mA 信號進入安全儀表系統 3 個不同三重化輸入模塊，方式為三取二邏輯表達形式，這種配置增加了安全儀表的可靠性。另一路通過 RS-485 的通信，雷達液位計、2 臺伺服液位計的液位在 DCS 顯示，并在現場配置罐旁顯示儀。

3 執行元件

執行元件多為帶電磁閥、相關氣路的調節閥和切斷閥，在設計時，非常多考慮的是其可靠性和本質安全。從本質安全要求，開關閥設計非常好為帶彈簧復位的單作用執行機構，在管網氣源壓力失去的情況下，單作用執行機構可以依靠彈簧的彈力作用將開關閥至于安全狀態，若設計雙作用執行機構要帶有儲氣罐，故障安全型設置，電磁閥長帶電，低功耗型。本 LNG 裝置開關閥設計為單作用氣動執行機構全通經球閥，LNG 罐區和裝車開關閥因低溫，設計選型原裝進口，位號為13-XV-0505、13-XV-0603 兩臺開關閥需經 SIL3 認證。在開關閥采購過程中的技術確認也是一項重要環節，是杜絕安全隱患保證可靠性的重要環節，開關閥供應商有時出于價格的靠慮，所供的產品有卡邊配置，在正常的工況使用是沒有問題。