【行业技术】LNG槽车装车工艺与技术
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LNG接收站专栏 丨行业技术
随着近年来国内LNG接收站和液化厂项目的大规模建设，LNG产量和销量不断增大。目前LNG从接收站和液化厂到达中小型用户的过程中，LNG槽车运输是主要的方式。
工程设计人员应当熟悉LNG装车系统的特点，以便实现安全、快速装车。
前言
LNG 槽车装车系统比油品槽车装车系统复杂，现场组配装车系统，安装和调试周期长，质量不稳定。
为克服以上缺点，在工厂内，将装车系统的仪表和设备集成在一个橇装架上，并完成电气安装、强度试验和低温测试等，装车橇到达用户装车现场后，接地角螺栓，连接工艺管线、通讯和供电线路就可以使用。
一、装车工艺
按照目前国内接收站流程结构， 装车橇工艺管线包括装车液相线、气相线、压力泄放线、保冷循环线、排净线、氮气管线和仪表风管线。
目前设计的装车正常流量为60m³/h，最大流量为80m³/h；设计的液相和气相线为Φ89×4mm，泄放管线为Φ57×3.5mm，保冷循环线和排净线为Φ32×3mm；
装车橇设计压力为1.41MPa，液相操作压力为0.6～0.9MPa， 气相操作压力为0.01～0.3MPa；设计温度为-196～60℃，操作温度为-162～60℃。工艺流程见图1。
图1 LNG装车工艺流程
装车液相线依次安装质量流量计、流量调节阀、气动切断阀、温度变送器以及压力变送器，然后连接液相装车臂；
装车气相线依次安装气动切断阀、温度变送器以及压力变送器，然后连接气相装车臂；系统内还配置静电控制器及接地装置，保证装车时槽车能够可靠接地。
同时在液相线和气相线上安装安全阀，橇装架外侧安装专用的LNG 批量控制器和紧急停车按钮，批量控制器连接橇内所有控制阀门、温度变送器、压力变送器、质量流量计等，组成装车控制系统。
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，关闭保冷循环阀；接着在批量控制器上按“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。
当装车臂完全结霜后，在批量控制器上按“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；当装车量达到设定装车量的95%时，批量控制器缓慢关闭流量调节阀到设定的小流量，提高装车精度。
当装车量达到装车提前量时，批量控制器关闭液相气动切断阀和流量调节阀，操作员用氮气分别对液相和气相臂进行吹扫， 然后按照工艺关闭气相气动切断阀、装车臂上阀门和槽车上阀门，断开槽车和装车臂的法兰连接，完成装车作业；操作步骤和提示在批量控制器上显示。
二、设备及仪表配置
2.1 LNG装车臂
装车臂是装车橇中的关键设备，LNG 装车臂采用双臂带立柱结构（见下图），两条臂上下安装，分别接槽车的液相口和气相口，用于LNG 装车和BOG 回气，立柱支撑结构有利于减少臂内侧旋转接头受力，减少磨损，延长密封件寿命；
装车臂材质304/304L（沿海地区宜采用316L），旋转接头的材料必须进行深冷加工处理，保证其强度和耐磨性。装车液相臂和气相液相臂入口为3″-ANSI#150RF，装车臂槽车连接的出口为2″-ANSI#150RF（目前国内槽车基本上采用此标准）；
装车臂的前端旁路安装氮气吹扫阀，用于装车前对装车臂前端空气的置换和装车后对装车臂内LNG或BOG的吹扫， 吹扫管线为Φ32×3.5mm 或Φ27×3mm，吹扫阀的数量按照工艺设计稍有差异。
装车臂的旋转接头一般采用氮气密封结构，使其滚珠轴承内处于干燥的氮气环境， 防止空气进入后水气凝结，造成滚珠轴承冻结，使得装车臂无法正常操作，氮气压力为0.02MPa，每条臂5个旋转接头的氮气线串接在一起，氮气消耗量为0.3Nm³/h。
2.2 质量流量计
质量流量计在装车过程中测量装车量， 由于LNG装车过程中产生BOG回气，质量流量计计量结果仅作为系统控制依据，不作为贸易交割计量依据。其口径按照流量大小选配，流量计的精度选0.1级，结构选择分体式，保证在低温环境下能够正常工作。
2.3 控制阀门
系统中的流量调节阀要可靠地控制装车流量，装车流速过大会存在安全隐患， 装车流速过小， 产生的BOG量较大，装车时间长，装车效率降低，故一般采用直线型调节阀。
而气动切断球阀，分别安装在液相线和气相线，用于装车前后对工艺管线的切断，兼作紧急切断阀，采用双电磁阀结构，和全厂的ESD系统连锁。目前国内这两种深冷控制阀门的产品性能不稳定，LNG装车橇一般采用进口控制阀门。
2.4 温度和压力变送器
温度变送器采用分体式， 热电阻采用法兰式，由于装车管线较小，外面有绝热层，热电阻在管道安装时需另外安装套管，插入深度在300mm 以上；压力变送器的引压管长度为2m以上，保证接触测量膜片时的气体温度，防止低温对测量膜片的损坏，另外在引压管的根部安装阀门和主管线隔离，在变送器端配置两阀组，方便调试和维护。
2.5 批量控制器
批量控制器采用PLC结构，每个装车橇为一个控制单元，硬件上能完成对流量、压力、温度、静电信号、阀位信号的采集， 实现对调节阀和气动切断阀的控制，软件上必须具备以下功能。
2.5.1 批量控制功能
按照预定程序启动，打开相关阀门，采集流量计的流量，到达预定装车量时，按照预定程序关闭相关阀门，实现定量装车。
2.5.2 流量控制功能
批量控制器采集质量流量计信号，控制装车橇内的调节阀开度，在槽车预冷、装车过程和装车结束时，分别控制装车流量，满足装车工艺及安全要求。
2.5.3 超限报警功能
系统内液相线和气相线分别安装压力变送器和温度变送器， 对装车过程中的温度和压力进行监测，当超过限定的温度和压力时，控制系统报警。
2.5.4 位置检测功能
装车橇内安装装车臂停靠架，停靠架上安装防爆接近开关，装车完成后，装车臂必须放回到停靠架上，防止在非装车状态下装车臂意外摆动，损坏附近设备或撞上槽车。
2.5.5 静电监测功能
装车橇内安装静电接地控制器，装车过程中监测接地电阻，当接地不良时，系统报警并切断装车控制阀。
2.5.6 防雷设计
装车橇与外部连接的通讯线路、供电线路、信号线路加装防雷栅，防止雷击后损坏系统内仪表。
2.5.7 操作提示功能
LNG装车过程复杂，操作阀门12个以上（包括槽车上阀门），把每一步操作都提示在批量控制器的显示屏上，操作完成后确认。规范操作，防止不安全情况发生。
2.5.8 数据通讯功能
装车橇采用RS485/MODBUS通讯标准，可以实时将装车流量、温度、压力、阀位及静电接地状态向其它控制系统发送，满足工厂信息化管理要求。
2.6 管线保冷
LNG 装车橇内阀门、仪表和管线短节数量较多，管线不适合采用真空管结构， 宜采用外部加保冷材料方式。管径57mm以上的管线保冷材料一般采用双层PIR结构，管径57mm以下的管线保冷材料一般采用单层PIR结构，每层保冷材料厚度执行整个项目的保冷规定。
LNG 装车橇在现场完成安装和测试后，进行橇内管线保冷工作，而阀门和仪表要等待系统预冷和试车完成后，再进行保冷工作。
三、装车系统存在的问题
3.2 计量方式国内的LNG 接收站都将质量流量计计量结果作为控制依据，地秤计量结果作为贸易交割依据。
质量流量计在LNG装车计量过程中存在较大误差， 主要有两个原因：一是质量流量计在计量超低温介质中有较大零漂；二是LNG液相装车管线内可能存在少量的BOG气体，导致质量流量计工作时产生误差，相比较地秤计量就不受介质影响，较为准确。
宁夏哈纳斯项目没有采用地秤计量交割，而采用在气液两相同时安装质量流量计，直接用液相质量流量计计量数减去气相质量流量计计量数得到装车量的办法；山西及内蒙的LNG液化厂，没有采用流量计控制装车， 由操作员观察槽车上的液位计，确定是否装满后采用地秤计量交割，但往往会产生溢罐或者超装而需卸车，延长了装车时间，降低了效率。
3.3 软管装车国内有些小型LNG液化厂采用软管连接装车，软管长度4～6m，直径150mm，重量较大，容易损坏而需经常更换；软管和槽车法兰对接时需要两个人操作，特别是装车完成后拆法兰时，由于法兰口结冰很厚，操作员往往采用极端方式拆卸， 给设备造成伤害的同时也增加了安全隐患。而采用装车臂具有弹簧平衡机构，操作力矩小，和槽车法兰对接时的安全性高。
3.4 倒车方式进入装车位有些LNG装车站为了节省空间，采用槽车倒车方式进入装车位， 存在一定的安全隐患。目前绝大部分LNG槽车为后部装车，LNG槽车长度超过16m，如果车辆进出路线相同，车辆较多时容易出现混乱；直接对着装车设置进行倒车作业，容易出事故。
建议设计时尽量采用旁边停靠，通过式进入装车位，槽车进出装车区域路线清楚，直接正向驶入装车位，减少在场内的回车，提高安全性，见图2。
图2 槽车进车方式
3.5 小型LNG液化厂装车不规范情况a）操作员没有防冻保护措施，如果LNG直接接触皮肤，后果严重；b）安全培训力度不够，操作员自我保护意识不强，容易出安全事故；c）装车完成后没有进行氮气吹扫，残余LNG汽化后直接高空排放，不经济、不安全、不环保；d）没有安装装车臂氮封管线，容易损坏装车臂密封，造成LNG泄漏；e）装车缺少自动控制和计量系统，容易超装溢车，影响装车效率；f）自动化程度落后，紧急停车系统不完善，缺少应急措施。结论
LNG装车系统已经成为LNG接收站信息自动化的重要组成部分，将自动化仪表技术、计算机控制技术、网络及通讯技术和装车工艺有机结合，实现LNG装车的分散控制和集中管理功能，将减小劳动强度，减少安全隐患，提高装车效率，确保生产安全。-END-
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