LNG液化装置中的仪表选型及应用
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作者:丁刘涛
摘 要：本文针对LNG液化装置，通过对装置中部分工况的分析，阐述LNG液化装置中遇到的特殊仪表、阀门以及这些仪表、阀门该如何去选型、安装。确保装置的长期稳定运行和安全生产。对于装置中遇到的深冷仪表的选型和安装，分温度、压力、流量、液位、阀门进行了阐述。
关键词：LNG液化;仪表选型;深冷仪表
仪表、阀门的选型在工程设计中是一个重点，对于不同的条件不同的工况，选用适合的仪表和阀门，才能保证长期稳定的检测，精准的控制和安全的生产。而选出合适的仪表、阀门，首先需要对仪表的种类及检测原理有深入了解，其次需要熟悉应用的工况及流程，最后还需要多方面的工程知识和经验。
本文针对单循环混合冷剂制冷技术的LNG液化装置，相应的仪表选型及应用做简单的介绍，此工艺流程由脱酸性气单元、干燥和脱汞单元、天然气液化及脱重烃单元、混合冷剂压缩单元、LNG储存与装车单元等组成。
以下是LNG液化装置中，部分工况的分析及适用仪表的说明：
脱酸性气单元，主要设备是吸收塔和再生塔，在吸收塔中胺液将天然气中的酸性气体吸收，而吸收了酸性气体的富胺液去往再生塔里进行再生。当胺液中含有较多杂质时，容易发泡而引起精馏塔的泛塔，导致大量胺液窜入到后续干燥单元，影响整个装置运行。在仪表的选型中，为了防止泛塔带来的严重后果，液位开关的高高联锁起到了至关重要的作用。而比较常用的音叉液位开关及浮球液位开关，通常在液位到达一定高度时才报警联锁，此时可能已有大量泡沫产生，不能快速有效的遏制泛塔的发生，所以此工况选择能够检测出泡沫的电容式液位开关显得更合适些。
分子筛干燥再生单元主要是由两台干燥塔交替切换对天然气的干燥，当一台干燥塔干燥天然气时，另一台进行再生。干燥时设备及阀门出处于高压和低温下，再生时设备及阀门处于低压和高温下。按照某工艺设计，每八个小時就需要切换一次，这样一个频繁的切换使得分子筛的开关阀不仅要经常的开关，还要承受不同压力温度的变化。另外，分子筛的粉末也对阀门的要求更加苛刻。所以这些因素导致分子筛中的程控阀选型格外的困难。不仅要求阀门耐高温、耐磨蚀，还需要在频繁变化的高低温、高低压下保持阀门的良好密封性和泄露等级。从目前应用上看，效果最好的是欧比特阀门，其强制密封的设计能够长寿命的工作而不产生泄漏。
LNG储存单元中，LNG在储罐中随着蒸发的不断进行，密度会不断变化，从而使储罐上层的液位密度比下层的密度大，而且上层的热量随着蒸发被带走，下层的热量则聚集在罐底，最终会导致液体的翻滚，液位的翻滚不仅影响液位监测，而且会产生大量闪蒸气，严重的会影响安全生产。所以如何防止LNG液位的翻滚是一个难题。目前能够有效的监测LNG防翻滚需要多点温度计、平均温度计、伺服液位计、雷达液位计还有高精度密度计等多种仪表的检测与配合。这方面已经有专业的厂家做出了防液位翻滚的控制系统及监控软件，但其价格也是比较昂贵的。
天然气液化单元和混合冷剂循环单元中，混合冷剂与天然气在冷箱中进行热交换，将天然气深冷至-163℃的液相。它的原理是焦耳-汤姆逊节流效应。混合冷剂通过压缩机压缩，在冷箱中进行节流，节流后的温度会极度降低。下面则主要针对深冷仪表及阀门的选型、安装做分别介绍：
温度仪表：对于深冷的工况，温度变送器应尽可能采用分体式安装，以免低温传导至变送器对其正常测量与变送产生影响。而冷箱中的超低温工况，温度检测元件应选用T型的热电偶或精度高的Pt100热电阻。
压力及差压仪表：深冷工况的压力及差压仪表需要加装多圈的冷凝圈，以防止冷介质直接接触仪表而使其损坏。
流量仪表：液化的天然气如果不应用于计量方面，选用涡街流量计是比较合适的，同样需要注意的是，深冷的工况下，变送器和检测元件需要分体式安装。
液位仪表：就地的磁翻板液位计和远传导播雷达液位计依然是深冷液位计相对较好的选择。为了保冷和防止人员冻伤，均需要选择防霜型，磁翻板需要做双层抽真空。LNG及重烃的介电常数较低，导播雷达的反射波相对较弱，而干扰信号有时显得很强，为了抑制干扰，选择同轴式导波雷达或带有导播管的导波雷达是十分有必要的。在测量原理方面，必要时可应用底部回波的方式测量液位高度。
调节阀与开关阀：对于深冷工况的阀门，首先其材质至少为不锈钢，且材料原料在阀门厂商生产前进行预冷处理后再进行加工的;开关阀的阀座选用以耐低温的非金属材料居多，通常为PCTFE、PEEK等材料;在阀门的结构设计中，需要考虑防火、防静电等方面;阀门的阀盖形式，应选用长颈型，防止填料和执行机构接触冷介质;而带有滴盘的阀盖，可以有效的防止空气中遇冷产生的冷凝水流入保冷层;对于球阀，还需要要求阀门关闭时，留在球腔中的LNG气化后能够将球腔中的压力泄入到阀前或者阀后，确保中腔的安全;对于大尺寸的深冷阀门，则需要在出厂前进行深冷试验。
合理的仪表、阀门选型决定着装置长期稳定的运行及安全的生产。深冷行业做为化工行业中较为特殊一部分，也对仪表、阀门的选型提出了特殊的要求。设计人员需要储备扎实的基础知识和丰富的工程经验，选型前充分的了解工艺条件及应用工况，做出最适合的选择。
参考文献：
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