浅谈LNG项目仪表选型安装和橇装化仪控间设计

叶诗臻

摘 要：结合本人LNG项目，叙述了低温情况下温度仪表、压力仪表和流量仪表的选用方法。重点阐述了压力仪表的低温检测原理、导压管的安装方式及注意事项。总结了在有搬迁需求下中控室机柜间的橇装化设计注意事项。

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.

液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称LNG），主要成分是甲烷。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，液化天然气的质量仅为同体积水的45%左右。 其制造过程是先将气田生产的天然气净化处理，经液化后冷却至其沸点（-161.5℃）温度后变成液体。

对于石油天然气一些前景预测不明朗的区块的开采不适合建造长输管道，采用LNG方案开采更灵活，经济效益也更好。本文结合笔者所做塔里木油田吐东2区块试采项目，对深冷条件下的仪表选型安装和橇装化设置进行粗浅的分析讨论，进而找到比较合理的设计方案。

一、LNG项目仪表选型安装

1.温度仪表

常压状态下，LNG温度为-162℃，宜选用PT100热电阻，热电阻测量范围可低至-200℃，且精度高、性能稳定、重复性好。吐东2 区块试采项目选用铠装热电阻，相比普通热电阻测量更精准，热滞后较小，机械性能更优，安装也更为便利。

精度要求不高、就地指示温度即可满足要求的场合可用压力式温度计，其依据封闭系统内部工作物质的体积或压力随温度变化而变化的原理工作。

2.压力仪表

常规条件下，压力仪表通过阀组和取压元件串接测量介质压力，但由于被测介质是-162℃的液化天然气，直接接触变送器会导致脆化进而损坏仪表引起泄漏，故测量LNG的压力仪表宜分体式设置。目前LNG压力测量都是通过测量气相压力来实现其液相的压力测量。其原理是通过延长导压管，使介质吸收环境的热量气化，温度升高，达到变送器可以测量的温度。由于导压管是联通的，介质的气相压力和管线的压力几乎相等，即可通过测量介质的气相压力来测量管线的压力。气化后产生的气体不但可以隔离低温液体和变送器膜片，保护变送器，还可以在一定程度上起到阻尼器的作用，有利于变送器的测量值稳定。此处需要特别注意的是材料的选择，取压的根部阀必须是低温阀，阀门、导压管的材质必须是耐低温材质。在前面提到了LNG体积约为同量天然气的1/625，故在根部阀门处应设置限流孔板，使得LNG尽可能的缓慢汽化。这段引压管应做保冷，保证缓慢汽化的同时也防止人员误碰触造成的冻伤。安装形式应如下图所示，管道取压应采用水平向下5度，然后引压管垂直向上，引到足够的高度，使LNG充分汽化后接到压力变送器的阀组上。

3.流量仪表

LNG管线上用于工艺过程计量的流量计属油田公司三级计量，多采用孔板流量计，选用耐低温材质的孔板即可。LNG装车区的贸易计量属油田公司一级计量应采用质量流量计计量，质量流量计选用耐低温材质，应用科氏力测量原理不受被测介质物理特性（如粘度、密度）的影响，可以对液化天然气进行高精度的测量，其精度可达到0.15 %。可直接测得LNG的交接质量。其他类型流量计测得的是体积流量，必须再测得温度、压力和密度等参数，才能换算成交接质量。检测成本高，操作复杂，而且检测准确度难以保证。且质量流量计量程比宽，准确度高，内无可动部件，也无阻碍流体流动的部件，不需要前后直管段，具有方便维护、稳定性好和可靠性高等特点，是LNG交接计量的理想流量计。

4.执行元件

控制阀是整个自控系统的终端执行部件，是整个工艺过程控制和安全保障的重点，在低温介质条件下阀门的性能更加至关重要。针对LNG 介质-162 ℃的特性，在阀门选型时，需特别注意阀门各部件材质及阀盖的选型。阀门材质的选择： 深冷阀门的材料是根据工艺介质的特性、温度、压力等因素选用材料。阀体/阀盖材料选用耐深冷的优质低碳不锈钢材料，同时在铸造时避免其产生折叠、夹渣、气孔、组织疏散、隐裂纹等缺陷和成分不均。阀芯材质均选用耐深冷的优质不锈钢材料，具备足够的强度和硬度。另外，这些材料均按相应材料规范进行深冷处理和冲击试验。阀盖结构：深冷阀门采用延长型阀盖，保证处于阀盖顶部填料区的温度始终处于适合正常操作的区间。延长型阀盖（阀杆）的设计保证深冷不会传导至执行机构，从而保证阀门在任何时间都能够在最大压差和最深冷度下正常操作。

二、橇装化机柜间设计

在前文中所提到天然气开发时，LNG的方案相较长输管道的方案更为灵活多变。当遇到所开发区块气量减少较多的情况，可将天然气净化液化装置移至新的区块，使得装置设备滚动利用。为达到快速搬迁，组装，再利用的功能，在LNG站场的装置区设置宜尽量模块化、预制化、组装化。

笔者所做的塔里木油田吐东2区块开发试采项目，主体工程为两列15万方每天的橇装设备。现场侧的橇装设备实现高度模块化，在油田开发战略出现变更的时候可随时吊装至下一个开发区块。相应的，两列装置对应两套控制系统，也要满足模块化橇装化的设计。

本站设置了两个撬装机柜间和一个撬装中控室。一列15万方的装置和进站处理等公用工程的信号，可燃气体系统和通信系统的机柜设置在一号橇装机柜间，将要拆迁的一列15万方装置控制系统机柜设置在二号橇装机柜间。

橇装机柜间宜采用钢地板，标高为+0.2m（以橇座底板为±0），电缆入户在地板夹层中敷设，橇内机柜应放在预制好的槽钢支撑架上，支撑架应固定在橇内地面上。机柜橇中设UPS主机和蓄电池机柜各一列保证橇装机柜间的UPS供电。

橇装化机柜间、中控室设计的优点在于机动灵活性，在主装置搬迁时彩钢房机柜间可随主装置吊装搬迁到新区块实现快速投运，节省投资，设备再利用。集成化的设计也使得机柜间内电气仪表通信的设备更加紧凑。

三、结束语

随着天然气在我国能源结构中所占比例的加大，LNG产品以他独有的优势会在天然气开发领域中有更多的应用。笔者结合项目经验和大家做了一个简单的交流，希望得到大家的指正和批评。

参考文献：

[1].吕高晟，赵国敏，吴佳，于凯泽 ，石油化工自动化，浅谈LNG項目中低温仪表的选用.HG/T 20507-2014自动化仪表选型设计规范.