基于LNG液化工厂的数字化管理建设与应用

罗霄

摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。其中由乌江公司投资建设的LNG液化工厂具有生产工艺复杂、介质易燃易爆、设备设施多、人员初期培训以及操作难度大等特征，单纯的DCS系统以及现场巡检工作制度已经不能满足传统LNG液化工厂的管理需要。通过计算机进行虚拟仿真，建立LNG液化工厂数字化管理体系，搭建工厂真实场景，建立主要设备设施模型，对企业信息、设备数据、生产数据以及业务系统进行综合管理，最终实现对生产工艺的各个环节进行有效监控和管理，培训可视化、业务系统的高度集成化以及生产控制一体化，提高工厂的信息化水平以及管理水平，安全可靠、高效、易操作和维护。本文就基于LNG液化工厂的数字化管理建设与应用展开探讨。

关键词：LNG液化工厂;数字化;管理建设

引言

液化天然气（LNG）被认为是当前世界上最清洁的能源，其主要成分是甲烷。本液化装置选择的是混合制冷工艺，采用氮气和烃类混合物作为制冷剂，利用多组分混合物中进行逐级冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量，将天然气通过冷却到-162℃后变成液体，液化天然气的储存在低温储存罐内，在天然气紧缺的时候可用于调峰，充分保障了国内资源的供应。

1数字化LNG工厂的简介

数字化工厂是产品信息数字化、过程信息数字化和资源物料信息数字化，并三种数字化的有效结合，是真实工厂的生产过程在计算机上的一种映射。通过数字化工厂的实施，可以实现工厂全生命周期的有效管理，提升整个工厂的控制、运维水平和经济效益。本文以某LNG液化工厂为例，阐述数字化LNG工厂的总体构建、功能实现以及效果评价。LNG液化工厂的总体工艺包括天然气净化、液化、LNG储存和装车。原料气经过滤器除尘、载硫活性炭脱汞、MDEA溶液脱二氧化碳、分子筛脱水后进入到液化装置。液化装置采用三段绕管换热器作为主换热器，净化天然气先后进入到预冷却器、液化器、过冷却器进行逐级降温-162℃，经节流阀节流后進入LNG储罐储存。天然气液化所需冷量来源于混合冷剂膨胀节流制冷，核心装置为MRC压缩机。LNG产品储存采用全包容储罐，存储压力略高于环境大气压，通过LNG槽车外运。LNG储罐与装车区产生的BOG闪蒸气（压力为-10kPa、温度约为-151.3℃），利用BOG压缩机增压，继续增压进入液化单元入口再液化。厂区总占地面积300亩，分为7个区域，设备总数约140台，管线总长度约100余公里，电缆总长度约360公里，全厂工业数据采集3000余点。

2液化天然气的特性

2.1燃烧特性

LNG与天然气的燃烧特性基本相同，但是液化天然气的燃烧速度比较慢，一般在每秒钟0.3rn，通常情况下，LNG与蒸汽发生爆炸的因素不包括燃烧。LNG气化后爆炸极限为5%-15%，火焰也会飘散到一些有氧气的地方。天然气中由于一些在云团游离的不具备高速燃烧的条件，所以说燃烧爆炸的可能性较小，压力小于5千帕的时候就不会引起爆炸，但是由于周边的空间存在较多的限制性因素，使得云团内部的压力比较高，LNG蒸汽遇到空气混合物就会上升至爆炸的极限，继而发生爆炸，严重的会造成更为严重的后果。

2.2低温特性

LNG需要在低温常压的环境下储存，需要使得饱和蒸气压接近大气温正常压力。常压下的LNG的沸点在-62℃左右，LNG的储存、运输、使用都需要在较低的温度下进行。除了LNG系统设备具有低温特性，输送的管道材料应注意防止在低温下发生脆性断裂或者造成收缩，防止其泄漏扩散。

2.3滚腾特性

储罐内部经过吸热与蒸发作用，会形成两层密度不同的液体，也就是液体层化现象。当两种液体密度趋于一致时，会发生混合，使得在短时间内产生大量气体，造成储罐内压力的迅速上升，出现设备的破坏或爆炸事故的发生。

3数字化LNG工厂的总体构建及功能实现

数字化LNG工厂的特征之一是数据集成。从信息建设的角度分解数字化LNG工厂，系统总体架构总体分为基础设备层、数据层、平台层、应用层和标准规范体系、质量保证体系。第一层基础设备层：数字化工厂的硬件、网络、操作系统和数据库系统;第二层数据层：分空间数据和业务数据库。空间数据主要包括工厂基础地理环境数据库和三维模型数据库。业务数据库主要包括实时数据库、设备管理数据库、生产运营数据库、巡检数据库和其他数据库;第三层平台层：分数据接口平台、SuperEarth企业共享平台和SuperEarth企业可视化平台。数据接口平台包括空间数据接口平台和业务数据集成接口平台;第四层业务层：三维数字化厂区、智能P&ID图系统、巡检系统、设备管理系统、在线监测系统、安全生产运营支持系统、系统维护。

4 LNG工厂的安全技术措施

4.1生产工艺的相关标准

安全标准与设计与实施是保障LNG工厂设备安全与生产顺利的前提条件，所以说，对于安全性方面的设计需要结合实际情况与规范进行。在工厂进行生产的过程中，一般包括以下美国、日本以及国内的几种参考标准，分别为《液化天然气（LNG）的生产、储存和运输的标准》、《一般高压气体安全法》、《石化企业消防设计标准》等。

4.2设置安全管理机构以及管理人员

在LNG工厂中，应该设立负责安全管理的部门，建立安全委员会，同时要设置专职安全人员以及安环办主任，班组设置兼职安全员，构建清晰的安全管理网络图，对各个岗位的安全责任间划分，使得安全管理制度能够有效的完善，真正的做好安全管理工作。

4.3落实安全检查

深入落实日常的安全检查与考核工作，以便规范企业的操作行为，针对核心的生产工艺、消防和报警器等设备，要建立日常安全检查制度，设置奖惩规章制度并严格执行，以便消除违章生产作业，杜绝麻痹大意思想带来不必要的安全隐患。

4.4建立健全双重预防机制

建立管控与治理的双重预防机制，通过安全风险分级管控和隐患排查治理的方式来对存在的可能引起较大事故的隐患进行排查。安全风险分级管控是隐患排查治理的前提和基础，通过辨识液化天然气工厂所有工艺流程、设备设施和作业场所的风险点，划分风险等级，制定安全风险分级管控措施，从源头上消除、降低或控制相关风险，进一步的减少事故的发生几率以及可能造成的严重后果。

4.5降低计量偏差

选用精度较高，重复性较好、能进行温度、压力、压缩因子自动补偿的流量计，并保证安装质量;掌握计量仪器的工作原理以及运行参数，使参数达到天然气计量允许范围内;数据记录时，确保记录的数据都为同一种状态下;经常清理前置过滤器滤芯，减少气体中杂质对流量计轴承产生磨损，并定期对流量计进行检定，以此来降低天然气计量偏差，提高计量精度。

结语

数字化LNG液化工厂的建设及应用，为提升危险化学品生产企业的管控水平，实现企业信息利益一体化，打造了新的平台。随着信息技术的更不断改善，可以从以下两点进行提升完善：（1）从LNG生产、运输、仓储、物流、销售的整个供应链横向上的进行协同优化，及时响应市场变化，实现全局在线优化、计划优化、调度优化以及HSE的监控。（2）充分利用和发挥各应用软件的功能和优势，综合利用各综合数据库信息，实现LNG项目施工过程中初步的进度控制、质量控制、工时控制和成本控制，提高效率、减少差错、提高设计质量、降低设计劳动强度。

参考文献

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