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焦炉气制液化天然气装置安全仪表系统设计及应用

郭杰

【摘要】该文以河南利源燃气有限公司33000Nm3/h焦炉气制液化天然气装置

为背景,介绍了装置工艺流程,通过危险与可操作性分析确定了安全联锁控制要求,并

依此对该装置安全仪表系统进行设计并简述其测试、安装调试及维护与管理,为同

类装置的SIS系统设计和实施起到了抛砖引玉的作用.

【期刊名称】《自动化与仪表》

【年(卷),期】2017(032)002

【总页数】4页(P50-53)

【关键词】焦炉煤气;液化天然气;安全仪表系统;设计;应用

【作者】郭杰

【作者单位】河南利源燃气有限公司,安阳455133

【正文语种】中文

【中图分类】TH86

焦炉煤气是焦化企业的主要产品之一、也是最宝贵的化工原料，焦炉煤气综合利用

一直是焦化企业研究的一个课题。国家十二五能源战略的要求和焦炉煤气综合利用

技术的进步，使焦炉煤气制液化天然气（LNG）逐渐成为继煤气发电、合成氨、

还原铁、工业燃料、制甲醇后炙手可热的项目，既符合节能减排的政策要求，又有

很高的经济效益和社会效益，是焦炉煤气综合利用的最佳途径之一[1]。

河南利源燃气有限公司2013年规划建设的33000Nm3/h焦炉气制液化天然气装

置由西南化工设计研究院设计，以焦化厂生产的富余焦炉煤气为原料，通过甲烷化、

深冷液化制取液化天然气，于2015年9月11日一次投料成功产出高品质LNG。

同其它化工装置一样，它具有易燃易爆、高度危险、连续生产的特点，因此必须将

安全生产放在第一位，根据GB/T50770-2013《石油化工安全仪表系统设计规范》

要求，需设置一套独立的安全仪表系统SIS，以实现在生产装置的开车、停车、运

行以及维护期间，对人员健康、装置设备及环境提供安全保护，提升该装置的安全

级别[2]。

1工艺简述及安全要求

1.1工艺流程简述

焦炉气制LNG装置主要由气柜与压缩工序、深度净化工序、甲烷化工序、TSA干

燥工序、深冷液化工序、LNG罐区、装车系统以及必要的公用工程、消防系统、

地面火炬系统组成。来自焦化厂的焦炉煤气首先进入5×104m3干式煤气柜储存、

缓冲，出气柜的焦炉气送入煤气预处理装置进行粗脱焦油萘等杂质，之后进入焦炉

气压缩机压缩至2.4MPa（G）并送入由精脱萘和焦油、干法脱硫、变温吸附脱苯

脱氨、加氢精脱硫及超精净化组成的焦炉气深度净化工序，净化合格的焦炉气到甲

烷化工序，经循环外移热工艺三级甲烷化反应得到富甲烷气，之后经分子筛变温吸

附脱水、脱汞后，进入液化冷箱和精馏塔实现低温分离出LNG，LNG储存在

8000m3低温常压储罐。

1.2安全联锁要求

通过对本装置工艺过程的危险与可操作性分析（Hazap），对人员、设备、环境

保护的安全要求分析，以及根据国家法律法规对安全风险进行评估，按故障－安全

模式原则，确定本装置主要安全连锁逻辑。

（1）为了防止煤气柜活塞冲顶和落床损坏设备，造成安全事故，设置2个独立的

气柜柜位高度信号，当2个高度信号（1oo2）高于高高阈值时，将煤气柜入口切

断阀关断，气柜不再接收来自界外的煤气；当低于低低阈值时，将煤气柜出口切断

阀关断，气柜不再向后道工序提供煤气，同时触发全厂所有动设备及2套TSA按

预定顺序紧急停车。

（2）煤气深度净化精脱硫采用钴钼加氢串氧化锌工艺，煤气中氧含量过高会引起

加氢反应器中催化剂床层剧烈温升，严重时会引起反应器损坏。因此，必须控制煤

气中氧含量，在气柜入口设置一套激光氧含量在线分析仪，当测得煤气中含氧达到

高高阈值时，将煤气柜入口切断阀关断；当预加氢罐6个独立热电阻温度达到高

高阈值时（3oo6），将焦炉气压缩机出口紧急放空阀打开；当加氢罐I3个独立

热电阻温度达到高高阈值时（2oo3）将全厂所有动设备按预定顺序紧急停车。

（3）甲烷化反应是一个强放热过程，保持甲烷化炉的各床层温度在允许范围内，

且及时有效地移除反应热是甲烷化反应能够持续稳定进行的关键。因此，采用废热

锅炉汽包产生饱和蒸汽来转移热量，汽包设置3个独立的液位计，当汽包液位达

到低低阈值（2oo3）时，触发全厂紧急顺序停车；当甲烷化一段反应器10个独

立温度测点达到高高阈值（4oo10）时，将一段反应器进口蒸汽阀全开，将二段