馮金強(qiáng)，楊靈飛，張建梁，戴銀武

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452；2.優(yōu)尼可而機(jī)械(上海)有限公司，上海 201601)

1 引言

海洋石油平臺(tái)輕烴回收裝置生產(chǎn)的液化石油氣(LPG)，需要通過(guò)外輸軟管與運(yùn)輸船舶進(jìn)行連接，將LPG由儲(chǔ)罐輸送至運(yùn)輸船舶，用專用運(yùn)輸船舶運(yùn)輸這種易燃易爆的危險(xiǎn)品[1]。外輸完成后外輸軟管內(nèi)的LPG殘液需要依靠殘液回收壓縮機(jī)進(jìn)行吹掃、回收等處理，殘液回收壓縮機(jī)是保障外輸作業(yè)安全穩(wěn)定的重要設(shè)備。因其在海洋平臺(tái)上的應(yīng)用數(shù)量不多，其模擬工況的調(diào)試方案尚未見有報(bào)道。對(duì)其模擬工況調(diào)試方案流程設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)踐的探索進(jìn)行總結(jié)，以期對(duì)后續(xù)海洋平臺(tái)LPG外輸系統(tǒng)殘液回收壓縮機(jī)調(diào)試提供借鑒。

2 問(wèn)題的提出

為滿足殘液回收壓縮機(jī)在LPG外輸作業(yè)時(shí)的快速啟動(dòng)、安全運(yùn)行的要求，殘液回收壓縮機(jī)在完成空載運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試后，需要進(jìn)一步完成實(shí)際工質(zhì)的帶載調(diào)試，驗(yàn)證機(jī)組性能。殘液回收壓縮機(jī)的實(shí)際應(yīng)用工況只有在LPG外輸作業(yè)時(shí)才具備，外輸作業(yè)是高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，且涉及外輸泵啟動(dòng)、儲(chǔ)罐壓力下降及時(shí)補(bǔ)壓等多項(xiàng)操作，且受海況條件影響[2]，故在外輸作業(yè)期間不適宜開展殘液壓縮機(jī)設(shè)備調(diào)試。因此需要在外輸作業(yè)前根據(jù)儲(chǔ)罐、外輸管線等現(xiàn)有條件，進(jìn)行流程設(shè)計(jì)和靈活應(yīng)用實(shí)現(xiàn)殘液回收壓縮機(jī)運(yùn)行工況的模擬，完成殘液回收壓縮機(jī)實(shí)際工質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試。

3 方案設(shè)計(jì)

殘液回收壓縮機(jī)在外輸作業(yè)中的應(yīng)用工況有吹掃工況和回收工況。吹掃工況(即管線內(nèi)殘余液體輸送工況)在LPG外輸作業(yè)后，啟動(dòng)壓縮機(jī)對(duì)來(lái)自LPG儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體進(jìn)行壓縮，將其輸送到液相的外輸管道中，逐漸提高液相管道的壓力，引起液相的流動(dòng)，使外輸管線內(nèi)的殘余液相流向運(yùn)輸船舶，起到吹掃作用。回收工況：殘液輸送完成后通過(guò)旋轉(zhuǎn)四通閥，啟動(dòng)殘液壓縮機(jī)對(duì)外輸管線內(nèi)殘余氣液進(jìn)行回收至儲(chǔ)罐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)LPG裝卸管道中殘液量的最小化[3]。

3.1 工況1(模擬吹掃工況)

吹掃工況是利用增壓的氣體對(duì)外輸管線進(jìn)行增壓，靠壓力推動(dòng)管線內(nèi)液體流動(dòng)，增壓壓力是吹掃工況的關(guān)鍵點(diǎn)。模擬工況調(diào)試方案需要在LPG儲(chǔ)罐存儲(chǔ)一定量的LPG之后進(jìn)行。將LPG外輸滾筒管線末端蝶閥關(guān)閉，由殘液回收壓縮機(jī)至外輸管線末端構(gòu)成封閉空間。LPG儲(chǔ)罐罐頂氣相介質(zhì)由殘液回收壓縮機(jī)壓縮后輸送至此封閉空間，使該管線內(nèi)壓力提高，壓力與吹掃工況設(shè)計(jì)壓力保持一致。流程方案詳細(xì)如下：

LPG儲(chǔ)罐罐頂XV60開→四通閥AD連通→回收洗滌罐V-2360→殘液壓縮機(jī)進(jìn)氣閥→殘液壓縮機(jī)排氣閥→四通閥BC連通→LPG外輸管線流程→LPG外輸滾筒前液壓關(guān)斷閥→LPG滾筒末端蝶閥關(guān)閉，如圖1虛線所示。

圖1 吹掃工況流程

3.2 工況2(模擬殘余氣液回收工況)

在完成工況1后，外輸管線內(nèi)壓力已升高，將其壓力通過(guò)HCV平衡至LPG儲(chǔ)罐，如圖2虛線所示，使外輸管線壓力保持與儲(chǔ)罐壓力一致。旋轉(zhuǎn)四通閥使得CD連通BA連通，壓縮機(jī)進(jìn)入殘余氣液回收流程，啟動(dòng)壓縮機(jī)對(duì)外輸管線內(nèi)氣體進(jìn)行回收使壓力至200 kPa(G)，控制回收壓力是關(guān)鍵點(diǎn)。

圖2 壓力平衡流程

在殘余氣相回收完畢后，考慮到，外輸管線在正常運(yùn)行時(shí)內(nèi)可能存在部分殘余液體，將儲(chǔ)罐內(nèi)LPG導(dǎo)入外輸管線3～4 m3，啟動(dòng)殘液壓縮機(jī)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)管線內(nèi)含液的工況進(jìn)行模擬。流程方案詳細(xì)如下：

LPG滾筒末端蝶閥關(guān)閉→四通閥CD連通→回收洗滌罐V-2360→殘液壓縮機(jī)進(jìn)氣閥→殘液壓縮機(jī)排氣閥→四通閥BA連通→LPG回注管線流程→開關(guān)閥XV61開→LPG儲(chǔ)罐液相，如圖3虛線所示。

圖3 殘余氣液回收流程

3.3 方案實(shí)施控制要點(diǎn)

3.3.1 壓力控制

在模擬工況下，因外輸卷筒管線末端處于封閉狀態(tài)，外輸管線管容有限，管線長(zhǎng)度400 m，6″管線，為避免管線內(nèi)過(guò)高壓力造成系統(tǒng)超壓[4]或壓力過(guò)低導(dǎo)致外部空氣進(jìn)入管線，產(chǎn)生不良后果。需要依靠壓差調(diào)節(jié)閥PDV，通過(guò)控制回流量，控制壓縮機(jī)進(jìn)排氣壓差[5]，使其小于500 kPa(G)，從而而保證在工況1下壓縮機(jī)出口壓力不高于1100 kPa(G)，在工況2下壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力不小于150～200 kPa(G)，以避免一些預(yù)計(jì)不到的，以及其他因素造成壓力繼續(xù)下降時(shí)，引起空氣的滲入，使內(nèi)部形成爆炸性混合氣體[6]，保證模擬工況測(cè)試的安全性。

3.3.2 流量控制

在模擬工況下，通過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)氣閥上的卸荷裝置，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)流量的0、50%、100%三檔控制，具有負(fù)荷調(diào)節(jié)特性[7]。壓縮機(jī)配4個(gè)卸荷閥，2個(gè)電磁閥，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，控制電磁閥(XY001為曲軸側(cè)卸荷閥電磁閥、XY002為缸頭側(cè)卸荷閥電磁閥)使4個(gè)卸荷閥全打開，壓縮機(jī)無(wú)負(fù)載啟動(dòng)。啟動(dòng)運(yùn)行后，通過(guò)電磁閥XY001控制來(lái)關(guān)閉曲軸箱側(cè)的卸荷閥進(jìn)行50%的流量運(yùn)行。視壓差控制情況選擇是否進(jìn)行100%的流量運(yùn)行。

3.3.3 排氣溫度控制

在工況2下，防止儲(chǔ)罐因壓縮機(jī)排氣溫度過(guò)高導(dǎo)致壓力上升，通過(guò)后冷卻器的啟停及可調(diào)扇葉的控制，將壓縮機(jī)排氣冷卻后溫度保持在50～60 ℃后排入儲(chǔ)罐的液相部分。

3.3.4 洗滌罐液位控制

工況2下，需要密切注視殘液壓縮機(jī)入口洗滌罐液位，保證持續(xù)穩(wěn)定的吸入氣體，避免氣相帶液損壞壓縮機(jī)[8]。啟機(jī)前確認(rèn)液位控制邏輯，液位超過(guò)報(bào)警值后機(jī)組應(yīng)自動(dòng)停機(jī)，確認(rèn)機(jī)組停機(jī)后，啟動(dòng)回收泵將LPG輸送至儲(chǔ)罐后再進(jìn)行壓縮機(jī)啟動(dòng)。

3.3.5 安全保護(hù)系統(tǒng)

殘液壓縮機(jī)組采用PLC控制，采集現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)，由現(xiàn)場(chǎng)控制盤顯示設(shè)備狀態(tài)信息及安全報(bào)警信息[9]，并通過(guò)RS485傳送至中控。機(jī)組和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，如溫度、壓力、液位、振動(dòng)的報(bào)警關(guān)斷邏輯、中控邏輯在機(jī)組啟動(dòng)前進(jìn)行測(cè)試確保有效。機(jī)組運(yùn)行參數(shù)和閥門開關(guān)動(dòng)作，需通過(guò)壓縮機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制盤和中控控制系統(tǒng)進(jìn)行操作，由中控和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)合確認(rèn)。

3.3.6 靜電防護(hù)

裝置內(nèi)的設(shè)備、管道、閥門等進(jìn)行可靠的導(dǎo)除靜電接地檢查，檢查接地電阻不大于10 Ω，管道上法蘭間的跨接電阻不大于0.03 Ω[10]。

4 方案實(shí)施效果

4.1 工況1

在管線吹掃工況中，進(jìn)氣壓力由622 kPa(G)增加到1100 kPa(G)，執(zhí)行了50%、100%的流量負(fù)載，壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)平穩(wěn)，運(yùn)行數(shù)據(jù)達(dá)到吹掃工況的需要，數(shù)據(jù)詳見表1。同時(shí)測(cè)試了排氣壓力H報(bào)警和HH停機(jī)連鎖邏輯，用時(shí)5 min。

表1 工況1運(yùn)行參數(shù)

4.2 工況2

在回收流程工況(工況2)中，外輸管線壓力由620 kPa(G)降到200 kPa(G)，排氣壓力由640 kPa(G) 升高至690 kPa(G)將氣體回收并排放至儲(chǔ)罐液相，數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 工況2運(yùn)行參數(shù)

另外，在外輸管線含液的條件下，根據(jù)洗滌罐液位情況，分多次把外輸管內(nèi)液體回收到洗滌罐內(nèi)，由LPG回收泵打回儲(chǔ)罐。同時(shí)執(zhí)行了風(fēng)扇的啟停、進(jìn)氣壓力L報(bào)警和LL停機(jī)連鎖邏輯，單個(gè)流程用時(shí)15 min左右。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)模擬工況應(yīng)用LPG儲(chǔ)罐內(nèi)氣液介質(zhì)完成殘液回收壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試實(shí)踐、并達(dá)到預(yù)期效果，說(shuō)明海洋石油平臺(tái)輕烴回收裝置外輸系統(tǒng)殘液回收壓縮機(jī)在模擬工況下進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行是可行可靠的，在模擬工況中根據(jù)外輸管線管容做好壓力控制、合理設(shè)定機(jī)組進(jìn)排氣壓差、做好排氣溫度和液位的監(jiān)測(cè)和控制等是模擬工況調(diào)試成功的關(guān)鍵。殘液回收壓縮機(jī)模擬工況的成功調(diào)試，為外輸作業(yè)人員提供操作演練機(jī)會(huì)，為L(zhǎng)PG安全外輸提供有力保障。