FSRU再气化模块再冷凝系统控制方案研究.pdf

第 卷第期 年 月中 国 海 上 油 气 中 国 海 洋 石 油 集 团 有 限 公 司“三 新 三 化”项 目“模 块 化 再 气 化 装 置 工 程 化 应 用（编 号：）”部 分 研 究 成 果。第 一 作 者 简 介：彭 延 建，男，高 级 工 程 师，年 毕 业 于 上 海 交 通 大 学 港 口、海 岸 及 近 海 工 程 专 业，获 硕 士 学 位，主 要 从 事 液 化 天 然 气 储 运工 作。地 址：北 京 市 朝 阳 区 太 阳 宫 南 街号 院（邮 编：）。：。文 章 编 号：?（）?：?引 用：彭 延 建，张 超，梁 海 瑞，等 再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 控 制 方 案 研 究中 国 海 上 油 气，（）：，（）：犉 犛 犚 犝再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 控 制 方 案 研 究彭 延 建张超梁 海 瑞安 东 雨（中 海 石 油 气 电 集 团 有 限 责 任 公 司北 京 ）摘要再 气 化 模 块 作 为 液 化 天 然 气 浮 式 储 存 与 再 气 化 装 置（）中 的 核 心 装 备，再 冷 凝 系 统 的 控 制 对整 个 再 气 化 模 块 的 稳 定 运 行 至 关 重 要。结 合 传 统 陆 上 液 化 天 然 气（）接 收 站 和 船 再 冷 凝 器 工 艺流 程 和 控 制 方 案，提 出 了 适 用 于 再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 的 新 型 压 力 控 制 方 案 和 液 位 控 制 方 案，采 用 模 拟 分 析 了种 控 制 方 案 在 （闪 蒸 气）变 化 工 况 下 的 稳 定 时 间 及 再 冷 凝 器 液 位、压 力 等 参 数 超 调 量。结果 表 明：种 控 制 方 案 均 能 实 现 再 冷 凝 系 统 的 平 稳 运 行，新 型 液 位 控 制 方 案 再 冷 凝 器 液 位 及 顶 部 压 力 超 调 量小，但 达 到 平 稳 控 制 的 时 间 较 长，适 用 于 外 输 量 波 动 较 大 的 调 峰 型 再 气 化 模 块；新 型 压 力 控 制 方 案 的 控 制 超调 量 较 大、稳 定 速 度 较 快，适 用 于 稳 定 外 输 的 基 荷 型 再 气 化 模 块。本 研 究 为 后 续 模 块 化、集 约 化 程 度 较 高 的再 气 化 装 备 研 发 设 计 提 供 了 参 考。关 键 词液 化 天 然 气 浮 式 储 存 装 置；再 气 化 模 块；再 冷 凝 系 统；控 制 方 案；调 峰 型；基 荷 型中 图 分 类 号：文 献 标 识 码：犛狋狌 犱 狔 狅 狀 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊犮 犺 犲 犿 犲 犳狅 狉 狉犲犮 狅 狀 犱 犲 狀 狊犪狋犻狅 狀 狊狔狊狋犲 犿 狅犳 犉 犛 犚 犝 狉犲 犵 犪狊犻犳犻犮 犪狋犻狅 狀 犿 狅 犱 狌犾犲 （犆 犺 犻 狀 犪 犖 犪 狋犻 狅 狀 犪 犾 犗 犳 犳 狊 犺 狅 狉 犲 犗 犻犾 犌 犪 狊 牔 犘 狅 狑 犲 狉 犌 狉 狅 狌 狆，犅 犲犻 犼犻 狀 犵 ，犆 犺 犻 狀 犪）犃 犫 狊狋狉 犪 犮狋：（），（），犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊：（）；中 国 海 上 油 气 年 月 在 天 然 气 多 数 应 用 场 景 中，须 将 液 化 天 然 气（）再 气 化 成 气 态 的 天 然 气。陆 上 接 收站 高 压 外 输 系 统 和 液 化 天 然 气 浮 式 储 存 与 再 气 化 装置（）的 再 气 化 系 统 相 比，虽 在 名 称、工 艺 流程、设 备 类 型 以 及 具 体 配 置 上 存 在 差 异，但 两 者 的 核心 功 能 均 为 实 现 再 气 化。相 对 于 陆 上 接 收 站，集 约 度 较 高，在 工 期、投 资 规 模、灵 活性 等 方 面 具 备 一 定 优 势，适 用 于 陆 上 接 收 站建 设 期 的 临 时 供 气 或 陆 域、海 域 条 件 不 允 许 时 的 替代 供 气。在 正 常 操 作 工 况 下，接 收 站 或 都会 在 低 压 下 产 生 蒸 发 气（）。为 最 大 限 度 减少 气 体 损 失 和 环 境 排 放，产 生 的 往 往 需 要 进行 处 理 以 避 免 火 炬 燃 烧 或 排 空。相 较 再 液 化 工 艺和 高 压 压 缩 外 输 工 艺，再 冷 凝 器 冷 凝 工 艺 由于 更 加 经 济 高 效，往 往 被 陆 上 接 收 站 优 先 采用 。然 而 由 于 传 统 陆 上 填 料 塔 式 再 冷 凝 器 质 量大 且 成 本 高，限 制 了 其 在 海 上 的 应 用。因 此，船 舶 多 采 用 再 气 化 模 块 作 为 的 处 理 设 备。上 的 再 气 化 模 块 包 括 再 冷 凝 与 气 化 外 输 两 项 工 艺，其 功 能 与 传 统 陆 上 气 化 外 输 工艺 相 同，但 结 构 更 为 紧 凑，占 地 面 积 更 小。因 此，再气 化 模 块 的 工 艺 优 化 研 究 成 为 当 前 研 究 的热 点。公 司 研 制 了 更 小、更 轻 的 静 态 混 合 式 再 冷 凝 器，成 为 船 上 应 用 的 理 想 选 择，从 年 开 始 在 上 进 行 应 用。研究 了 对 于 的 最 优 处 理 方 案，确 定了 产 生 量 最 大 的 工 况，以 及 再 气 化 模 块 中 再 冷 凝 工 作 的 处 理 方 法。再 冷 凝 工 艺 作 为 再 气 化 模 块 的 核 心 工 艺之 一，其 再 冷 凝 系 统 控 制 方 案 设 计 是 整 个 再 气 化 模块 设 计 的 重 点 与 难 点。虽 然 传 统 陆 上 接 收 站再 冷 凝 器 控 制 已 相 对 成 熟，但 主 要 操 作 方 式 还 是 将 直 接 引 入 再 冷 凝 器 中 与 混 合，其 处理 能 力 受 高 压 泵 入 口 温 度、压 力 条 件 的 限 制 。此 外，在 多 数 传 统 接 收 站 的 实 际 操 作 中，再 冷凝 器 由 于 外 输 波 动 大、（比 例、积 分 和 微 分 控 制）参 数 设 置 不 合 理 等 因 素 难 以 实 现 自 动 控 制 回 路 的 投用。再 气 化 模 块 与 接 收 站 再 冷 凝 器 相 比，其外 输 工 况 包 括 航 行、调 峰 外 输、基 荷 外 输 等，工 艺 流程 更 为 复 杂，自 动 控 制 难 度 也 更 高。为 实 现 再 气 化 模 块 在 新 型 工 艺 流 程 下 的 自 动 控 制，需 进 一步 对 再 气 化 模 块 的 控 制 方 案 开 展 深 入 研 究。国 内 拟 在 某 接 收 站 建 造 再 气 化 模 块 试 验装 置 作 为 船 应 用 基 础，本 文 针 对 该 陆 上 接 收 站 再 气 化 模 块 的 再 冷 凝 系 统 控 制 方 案 开 展 研究，对 比 液 位 控 制 和 新 型 压 力 控 制种 控 制 方 案 的控 制 性 能 差 异，从 而 为 不 同 外 输 需 求 的 再 气 化 模 块控 制 方 案 的 选 择 提 供 参 考。再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 工 艺 流 程 与建 模 再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 工 艺 流 程基 于 某 接 收 站 的 实 际 环 境 条 件，其 再 气 化模 块 采 用 开 式 循 环 工 艺。低 压 首 先 通 过 再 冷凝 器，在 再 冷 凝 器 中 将 经 冷 却 器 冷 却 后 的 进 一 步 冷 凝；低 压 通 过 再 冷 凝 器 后 进 入 高 压 泵加 压，加 压 后 的 与 在 冷 却 器 中 换 热，进 入 主 气 化 器 与 中 间 介 质 换 热 气 化，气 化 后 的 天 然 气进 一 步 与 海 水 补 温 后 进 行 气 化 外 输（图）。图 某犔 犖 犌接 收 站 再 气 化 模 块 工 艺 流 程犉 犻犵 犘 狉 狅 犮 犲狊狊 犳犾狅 狑 狅 犳 犪 犔 犖 犌 狋犲 狉 犿 犻 狀 犪犾狊 狉 犲 犵 犪 狊犻犳犻犮 犪 狋犻狅 狀 犿 狅 犱 狌 犾犲第 卷第期彭 延 建 等：犉 犛 犚 犝再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 控 制 方 案 研 究 与 传 统 接 收 站 中 直 接 通 入 再 冷 凝器 冷 却 流 程 不 同，该 接 收 站 再 气 化 模 块 中，首 先 进 入 再 气 化 模 块 的 冷 却 器 进 行 冷 却，后 进 入 再 冷 凝 器 降 温 液 化。由 于 冷 却 器 对 的 一 级 冷 却 作 用，该 再 气 化 模 块 喷淋 比 值 与 接 收 站 再 冷 凝 器 相 比 显 著 降 低。再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 工 艺 建 模再 冷 凝 系 统 主 要 设 备 包 括 再 冷 凝 器（包 括 再 冷凝 器 上 部 和 再 冷 凝 器 下 部 ，均 为 立 式圆 筒 罐）、高 压 泵（）和 冷 却 器（，型式 为 印 刷 电 路 板 式），阀 门 主 要 有 喷 淋 控 制 阀（）、再 冷 凝 器 旁 路 调 节 阀（）、高压 补 气 阀（）和 管 线 阀（），再 冷 凝 器 超 压 泄 放 通 过 泄 放 阀 控 制。系 统 主 要 设 备参 数 及 阀 门犆 狏值 见 表 。采 用 软 件 对再 冷 凝 系 统 的 控 制 方 案 进 行 动 态 模 拟 分 析。表 犅 犗 犌冷 却 器 设 备 参 数犜 犪 犫 犾犲 犈 狇 狌 犻 狆 犿 犲 狀 狋 狆 犪 狉 犪 犿 犲狋犲 狉狊 狅 犳 犅 犗 犌 犮 狅 狅犾犲 狉参 数数 值容 积 总 热 传 热 系 数犝 犃（）额 定 流 量（）（管 侧）、（壳 侧）设 计 压 降 （管 侧）、（壳 侧）压 流 系 数犽 （）（管 侧）、（壳 侧）表 再 冷 凝 器 设 备 参 数犜 犪 犫 犾犲 犈 狇 狌 犻 狆 犿 犲 狀 狋 狆 犪 狉 犪 犿 犲狋犲 狉狊 狅 犳 狉 犲 犮 狅 狀 犱 犲 狀 狊犲 狉参 数数 值容 积 直 径 高 度（上 半 段）、（下 半 段）初 始 液 位、表 再 气 化 模 块 阀 门犆 狏值犜 犪 犫 犾犲 犆 狏狏 犪犾狌 犲狊 狅 犳 狉 犲 犵 犪 狊犻犳犻犮 犪 狋犻狅 狀 犿 狅 犱 狌 犾犲阀 门犆 狏再 冷 凝 器 入 口 调 节 阀 再 冷 凝 器 旁 路 调 节 阀 入 口 流 量 调 节 阀 再 冷 凝 器 高 压 补 气 调 节 阀 注：阀 门 额 定 流 量 系 数犆 狏值 采 用 气 体 尺 寸 计 算 法 计 算。连 接 各 阀 门 与 设 备，得 到 与 实 际 过 程 对 应 的 模型 映 射（图），输 入 系 统 的 边 界 条 件 及 各 流 股 组 分（表），选 择 物 性 方 法 为 。在 再 气化 模 块 再 冷 凝 系 统 中，流 股 来 自 上 游 储 罐 低 压 泵，流 股 来 自 上 游 压 缩 机 出口，两 者 流 量 加 和 为 ；流 股 来 自 气 化 外输 的 补 气。图 再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 工 艺 流 程 模 型犉 犻犵 犘 狉 狅 犮 犲狊狊 犳犾狅 狑 犿 狅 犱 犲犾 狅 犳 狉 犲 犵 犪 狊犻犳犻犮 犪 狋犻狅 狀 犿 狅 犱 狌 犾犲 犻 狀 狉 犲 犮 狅 狀 犱 犲 狀 狊 犪 狋犻狅 狀 狊 狔 狊狋犲 犿 在 模 型 进 入 稳 态 运 行 后，设 定 模 型 动 态 压 力 边界 条 件（表），将 稳 态 模 型 转 化 为 动 态 模 型。在 动态 模 型 中，所 有 阀 门 均 采 用 压 流 关 系 进 行 动 态 规定，与 再 冷 凝 器 控 制 相 对 独 立 的 高 压 泵 ，采用 给 定 扬 程 为 、泵 效 率 的 动 态 规 定，冷 却 器 动 态 规 定 为犝 犃值 和 压 流 系 数犽（数 值参 考 表），再 冷 凝 器 忽 略 进 料 压 力 差，考 虑 静 压 头贡 献。流 股 初 始 条 件 参 考 表，高 压 泵 初 始 条 件 设置 为 开，再 冷 凝 器 初 始 持 液 量 上 半 段 为，下 半 段 为 。中 国 海 上 油 气 年 月表 再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 边 界 流 股 初 始 条 件犜 犪 犫 犾犲 犐 狀 犻狋犻犪犾 犮 狅 狀 犱 犻狋犻狅 狀 狊 犳 狅 狉 犫 狅 狌 狀 犱 犪 狉 狔 犳犾狅 狑 狅 犳 狉 犲 犵 犪 狊犻犳犻犮 犪 狋犻狅 狀 犿 狅 犱 狌 犾犲 犻 狀 狉 犲 犮 狅 狀 犱 犲 狀 狊 犪 狋犻狅 狀 狊 狔 狊狋犲 犿参 数不 同 流 股 数 值 气 相 分 率温 度 压 力 质 量 流 量（）甲 烷 乙 烷 丙 烷正 丁 烷正 戊 烷氮 气 注：为 摩 尔 百 分 数。表 再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 流 股 动 态 压 力 边 界 条 件犜 犪 犫 犾犲 犛 狋狉 犲 犪 犿 犫 狅 狌 狀 犱 犪 狉 狔 犮 狅 狀 犱犻狋犻狅 狀 狊 狅 犳 犱 狔 狀 犪 犿 犻犮 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 犳 狅 狉狉 犲 犵 犪 狊犻犳犻犮 犪 狋犻狅 狀 犿 狅 犱 狌 犾犲 犻 狀 狉 犲 犮 狅 狀 犱 犲 狀 狊 犪 狋犻狅 狀 狊 狔 狊狋犲 犿流 股压 力 设 定 值 再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 控 制 方 案 研 究再 冷 凝 器 实 质 上 是 一 个 物 料 发 生 相 变 的 系 统，维 持 其 运 行 状 态 的 平 稳 需 同 时 达 到 物 料 和 能 量 的 双平 衡。能 量 平 衡 要 求 控 制 气 液 相 入 口 的 比 率，物 料平 衡 要 求 做 到 再 冷 凝 器 出 入 口 的 物 料 平 衡。目前 传 统 接 收 站 已 有 的 再 冷 凝 器 控 制 方 案 主 要有 液 位 控 制 方 案 和 压 力 控 制 方 案 两 种。前 者 为 反 馈控 制，利 用 流 量 和 再 冷 凝 器 液 位 控 制 气 液 进入 比 率 达 到 能 量 平 衡，以 及 利 用 再 冷 凝 器 底 部 出 口压 力 调 节 再 冷 凝 器 旁 路 调 节 阀 达 到 物 料 平 衡；后 者为 前 馈 控 制，利 用 再 冷 凝 器 顶 部 气 相 压 力 控 制 再 冷凝 器 入 口 流 量 匹 配 流 量，实 现 能 量 平衡，并 利 用 再 冷 凝 器 液 位 控 制 再 冷 凝 器 旁 路 调 节 阀达 到 物 料 平 衡。两 种 控 制 方 案 在 控 制 逻 辑 上 均能 实 现 再 冷 凝 器 的 平 稳 可 靠 运 行。然 而，由 于 再 气化 模 块 再 冷 凝 系 统 中 冷 却 器 的 引 入，系 统 复杂 程 度 增 加，传 统 的 控 制 方 案 无 法 实 现 对 流量 及 温 度 的 稳 定 控 制，为 此 开 发 新 型 控 制 方 案，通 过控 制 再 冷 凝 系 统 的 各 个 关 键 参 数，实 现 工 况 变 化 下的 外 输 稳 定，保 障 再 气 化 模 块 的 平 稳 运 行。新 型 液 位 控 制 方 案典 型 接 收 站 的 液 位 控 制 方 案 包 含个 控制 回 路。喷 淋 流 量：由 再 冷 凝 器 顶 部 压 力 控制 回 路 控 制；压 缩 机 开 度：由 再 冷 凝 器 液 位控 制 回 路 控 制；再 冷 凝 器 液 位：由 再 冷 凝 器 旁 路 阀控 制；高 压 泵 入 口 饱 和 蒸 气 压 差 值：通 过 低 选 器 在压 差 值 过 小 时 控 制 压 缩 机 开 度，确 保 控 制 方案 的 安 全 性。考 虑 再 冷 凝 系 统 工 艺 流 程 和 控 制 要 求，为 再 冷凝 系 统 添 加 再 冷 凝 器 顶 部 压 力 控 制 回 路、液 位 控 制回 路 和 冷 却 器 出 口 温 度 与 再 冷 凝 器 出 口 饱 和蒸 汽 压 差 低 选 控 制 回 路，得 到 再 气 化 模 块 再 冷 凝 系统 新 型 液 位 控 制 方 案（图）。考 虑 喷 淋 流 量仍 由 再 冷 凝 器 顶 部 压 力 控 制，为 了 控 制 入 口流 量 稳 定，选 用 冷 却 器 出 口 温 度 控 制 进 入 再冷 凝 器 的 流 量，确 保 再 冷 凝 系 统 实 现 能 量 平衡；同 时 当 高 压 泵 入 口 压 力 与 饱 和 蒸 气 压 差 值 过 小时，为 防 止 气 蚀 应 由 饱 和 蒸 气 压 差 值 控 制 流量；物 料 平 衡 可 选 择 再 冷 凝 器 底 部 液 位 控 制 或 压 力控 制，由 于 再 冷 凝 器 压 力 信 号 已 用 于 控 制 流量，因 此，物 料 平 衡 由 再 冷 凝 器 的 液 位 控 制 实 现。基 于 已 确 定 的 再 冷 凝 系 统 控 制 策 略，需 要 对 控制 器 的 控 制 方 式 进 行 选 择 和 对 控 制 参 数 进 行 整 定。控 制 方 式 主 要 有 比 例 控 制（）、比 例 积 分 控 制（）和 比 例 积 分 微 分 控 制（）种。一 般 来 说，接 收 站 的 控 制 回 路 比 较 简 单，采 用 比 例 积 分 控 制 即可。本 控 制 系 统 基 于 临 界 比 例 度 法 和 经 验 试 凑 法，利 用 软 件 动 态 模 拟 功 能，综 合 整 定 了 再 气化 模 块 再 冷 凝 系 统 各 类 控 制 参 数（表）。第 卷第期彭 延 建 等：犉 犛 犚 犝再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 控 制 方 案 研 究 图 再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 新 型 液 位 控 制 方 案犉 犻犵 犖 犲 狑 犾犻 狇 狌 犻 犱犾犲 狏 犲犾 犫 犪 狊犲 犱 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊 犮 犺 犲 犿 犲 狅 犳 狉 犲 犵 犪 狊犻犳犻犮 犪 狋犻狅 狀 犿 狅 犱 狌 犾犲 犻 狀 狉 犲 犮 狅 狀 犱 犲 狀 狊 犪 狋犻狅 狀 狊 狔 狊狋犲 犿表 新 型 液 位 控 制 方 案 控 制 回 路 参 数犜 犪 犫 犾犲 犆 狅 狀 狋狉 狅犾 犾狅 狅 狆 狆 犪 狉 犪 犿 犲狋犲 狉狊 狅 犳 狀 犲 狑 犾犻 狇 狌 犻 犱犾犲 狏 犲犾 犫 犪 狊犲 犱犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊 犮 犺 犲 犿 犲控 制 回 路 比 例 增 益犓积 分 时 间犜 液 位 控 制压 力 控 制 温 度 控 制 确 定 各 控 制 器 参 数 后，需 确 定 各 控 制 器 参 数 之间 的 影 响。在 本 控 制 系 统 中，温 度 控 制 将 会 影 响 压力 和 液 位 控 制。为 此，测 试 将 冷 却 器 出 口 温度 控 制 回 路 设 定 点 降 低，得 到 各 控 制 曲 线 的 变化 趋 势（图），发 现：温 度 设 定 点 改 变 后，短 时 间内，管 线 阀 门 开 度 减 小，导 致 再 冷 凝 器 顶 部 压力 降 低，液 位 升 高；在 控 制 回 路 作 用 下，喷 淋量 减 小，导 致 压 力 波 动 上 升 并 逐 渐 稳 定 至 设 定 值；液图 新 型 液 位 控 制 方 案 温 度 设 定 点 变 化 对 压 力 和 液 位控 制 的 影 响犉 犻犵 犐 犿 狆 犪 犮狋 狅犳 狋犲 犿 狆 犲狉 犪狋狌 狉犲 狊犲狋 狆 狅犻狀 狋 犮 犺 犪 狀 犵 犲狊 狅 狀 狆 狉犲狊狊 狌 狉犲 犪 狀 犱犾犻 狇 狌 犻 犱 犾犲 狏 犲犾 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 犳 狅 狉 狀 犲 狑 犾犻 狇 狌 犻 犱犾犲 狏 犲犾 犫 犪 狊犲 犱 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊 犮 犺 犲 犿 犲位 在 上 升 后 再 冷 凝 器 旁 路 阀 开 度 增 加，使 得 液 位 又下 降 至 接 近 设 定 值；整 定 后 的 参 数 能 够 使 得再 冷 凝 系 统 控 制 稳 定，但 控 制 时 间 较 长，后才 趋 于 稳 定。新 型 压 力 控 制 方 案在 传 统 的 再 冷 凝 器 压 力 控 制 方 案 中，流 量由 液 位 控 制 压 缩 机 开 度 实 现，再 气 化 模 块的 再 冷 凝 系 统 流 量 则 由 管 线 的 阀 门 开度 决 定。在 实 际 测 试 过 程 中，如 果 采 用 液 位 控 制 管 线 阀 门 开 度，液 位 对 管 线 阀 门 开 度 信号 过 于 灵 敏，导 致 液 位 控 制 容 易 发 散。因 此，在 再 冷凝 系 统 新 型 压 力 控 制 方 案（图）中，采 用 再 冷 凝 器顶 部 压 力 控 制 阀 门 开 度，实 现 对 再 冷 凝 器 液位 的 间 接 控 制。再 冷 凝 器 新 型 压 力 控 制 方 案 控 制 回路 主 要 有 流 量 比 率 控 制 回 路、再 冷 凝 器顶 部 压 力 控 制 回 路、再 冷 凝 器 底 部 压 力 控 制 回 路、再冷 凝 器 高 液 位 控 制 回 路、再 冷 凝 器 底 部 出 口 饱 和 蒸气 压 差 控 制 回 路。同 样 地，对 再 冷 凝 系 统 新 型 压 力 控 制 方 案 的 控制 方 式 进 行 选 择，流 量 比 率 控 制 回 路、再冷 凝 器 顶 部 压 力 控 制 回 路、再 冷 凝 器 液 位 控 制 回 路采 用 比 例 积 分 控 制，而 再 冷 凝 器 底 部 压 力 控 制 可 采用 纯 比 例 控 制，具 体 控 制 参 数 见 表。在 再 冷 凝 系 统 新 型 压 力 控 制 方 案 中，再 冷 凝 器顶 部 压 力 控 制 直 接 影 响 流 量，进 而 将 间 接 影响 底 部 压 力 控 制 和 比 率 控 制。为 此，可通 过 改 变 再 冷 凝 器 顶 部 压 力 变 化 来 优 化 系 统 的 控 制性 能。测 试 将 再 冷 凝 器 顶 部 压 力 控 制 回 路 设 定 点 降 中 国 海 上 油 气 年 月图 再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 的 新 型 压 力 控 制 方 案犉 犻犵 犖 犲 狑 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 犫 犪 狊犲 犱 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊 犮 犺 犲 犿 犲 狅 犳 狉 犲 犵 犪 狊犻犳犻犮 犪 狋犻狅 狀 犿 狅 犱 狌 犾犲 犻 狀 狉 犲 犮 狅 狀 犱 犲 狀 狊 犪 狋犻狅 狀 狊 狔 狊狋犲 犿表 新 型 压 力 控 制 方 案 控 制 回 路 参 数犜 犪 犫 犾犲 犆 狅 狀 狋狉 狅犾 犾狅 狅 狆 狆 犪 狉 犪 犿 犲狋犲 狉狊 狅 犳 狀 犲 狑 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 犫 犪 狊犲 犱犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊 犮 犺 犲 犿 犲控 制 回 路比 例 增 益犓积 分 时 间犜 比 例 流 量 比 率 控 制 再 冷 凝 器 底 部 压 力 控 制再 冷 凝 器 顶 部 压 力 控 制再 冷 凝 器 液 位 控 制 低 ，得 到 各 控 制 曲 线 的 变 化 趋 势（图），发 现：顶 部 压 力 下 降 后 初 始 阶 段，管 线 阀 门开 度 减 小，导 致 再 冷 凝 器 顶 部、底 部 压 力 降 低，液 位降 低；在 控 制 回 路 作 用 下，喷 淋 量 减 小，导 致底 部 压 力 和 液 位 上 升，底 部 压 力 和 液 位 在 偏 离 设 定值 后 在 控 制 回 路 作 用 下 恢 复 至 设 定 值；整 定 后 的 参 数 能 够 使 得 再 冷 凝 系 统 在 左 右 达 到稳 定。图 新 型 压 力 控 制 方 案 再 冷 凝 器 顶 部 压 力 设 定 点 变 化对 底 部 压 力 和 液 位 的 影 响犉 犻犵 犐 犿 狆 犪 犮狋 狅 犳 狉 犲 犮 狅 狀 犱 犲 狀 狊犲 狉 狋 狅 狆 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 狊犲狋 狆 狅犻 狀 狋 犮 犺 犪 狀 犵 犲狊狅 狀 犫 狅 狋狋 狅 犿 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 犪 狀 犱 犾犻 狇 狌 犻 犱 犾犲 狏 犲犾 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 犳 狅 狉 狀 犲 狑狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 犫 犪 狊犲 犱 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊 犮 犺 犲 犿 犲 在 控 制 方 案 评 价 过 程 中 发 现 在 流量 比 率 一 定 时，在 允 许 范 围 内 调 整 再 冷 凝 器 顶 部 压力（受 液 位 波 动 限 制），无 法 实 现 管 道 阀 门 从 到 的 控 制。测 试 将 再 冷 凝 器 顶 部 压 力 控 制回 路 设 定 点 分 别 设 置 为 、，研 究 再 冷 凝 器 不 同 顶 部 压 力 下 阀 门 开 度 与 流 量 比 率 的 对 应 关 系（图），发 现 改 变 流 量 比 例，可 在 不 改 变 压 力 设 定 点 的 情况 下 实 现 处 理 量 的 提 高。图 不 同 再 冷 凝 器 顶 部 压 力 下犅 犗 犌阀 门 开 度 与犔 犖 犌犅 犗 犌流 量 比 率 的 关 系犉 犻犵 犆 狅 狉 狉 犲狊 狆 狅 狀 犱 犲 狀 犮 犲 犫 犲狋 狑 犲 犲 狀 犅 犗 犌 狏 犪犾狏 犲 狅 狆 犲 狀 犻 狀 犵 犪 狀 犱犔 犖 犌犅 犗 犌 犳犾狅 狑 狉 犪 狋犲 狉 犪 狋犻狅 狌 狀 犱 犲 狉 犱 犻犳犳犲 狉 犲 狀 狋 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲狊 两 种 方 案 控 制 性 能 对 比为 对 比 新 型 液 位 控 制 方 案 与 新 型 压 力 控 制 方 案在 不 同 工 况 下 的 控 制 性 能，进 一 步 研 究 有 无 工 况 切 换 过 程 中 各 控 制 变 量 的 变 化 情 况，分 析种控 制 方 案 在 不 同 工 况 下 的 适 用 性。对 于 新 型 液 位 控 制 方 案，运 行 测 试 前 确 保 再 冷 凝系 统 在 流 量 为的 情 况 下 达 到 平 稳 运 行，将 再 冷凝 系 统 的 温 度 控 制 方 式 由 手 动 调 至 自 动，温 度 设 置 为第 卷第期彭 延 建 等：犉 犛 犚 犝再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 控 制 方 案 研 究 后 开 始 动 态 模 拟。得 到 流 量 从增 大到 设 定 值 时，新 型 液 位 控 制 方 案 各 控 制 曲 线 的 变 化 趋势（图 ），可 以 看 出：新 型 液 位 控 制 方 案 中，阀 门 开 度 达 到 稳 定 时 间 约 为 ，各 控 制 变 量 达图 新 型 液 位 控 制 方 案犅 犗 犌阀 门 开 度 与犅 犗 犌冷 却 器出 口 温 度 变 化 曲 线犉 犻犵 犅 犗 犌 狏 犪犾狏 犲 狅 狆 犲 狀 犻狀 犵 犪 狀 犱 犅 犗 犌 犮 狅 狅犾犲 狉 狅 狌 狋犾犲狋 狋犲 犿 狆 犲 狉 犪狋狌 狉 犲狏 犪 狉犻犪 狋犻狅 狀 犮 狌 狉 狏 犲狊 犳 狅 狉 狀 犲 狑 犾犻 狇 狌 犻 犱犾犲 狏 犲犾 犫 犪 狊犲 犱 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊 犮 犺 犲 犿 犲图 新 型 液 位 控 制 方 案 再 冷 凝 器 顶 部 压 力 和 再 冷 凝 器液 位 变 化 曲 线犉 犻犵 犜 狅 狆 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 犪 狀 犱 犾犻 狇 狌 犻 犱 犾犲 狏 犲犾 狅 犳 狉 犲 犮 狅 狀 犱 犲 狀 狊犲 狉 狏 犪 狉犻犪 狋犻狅 狀犮 狌 狉 狏 犲狊 犳 狅 狉 狀 犲 狑 犾犻 狇 狌 犻 犱犾犲 狏 犲犾 犫 犪 狊犲 犱 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊 犮 犺 犲 犿 犲图 新 型 液 位 控 制 方 案犅 犗 犌冷 却 器 出 口 温 度 和 高 压 泵入 口犔 犖 犌温 度 变 化 曲 线犉 犻犵 犅 犗 犌 犮 狅 狅犾犲 狉 狅 狌 狋犾犲狋 狋犲 犿 狆 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲 犪 狀 犱 犎 犘 狆 狌 犿 狆 犔 犖 犌犻 狀 犾犲狋 狋犲 犿 狆 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲 狏 犪 狉犻犪 狋犻狅 狀 犮 狌 狉 狏 犲狊 犳 狅 狉 狀 犲 狑 犾犻 狇 狌 犻 犱犾犲 狏 犲犾 犫 犪 狊犲 犱犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊 犮 犺 犲 犿 犲到 稳 态 时 间 约 为 ；新 型 液 位 控 制 方 案 各 超调 量 较 小，阀 门 超 调 量 为 ，顶 部 压 力 超调 量 为 ，液 位 超 调 量 为 。此 外，模 型计 算 结 果 显 示，新 型 液 位 控 制 方 案 对 量 具 有良 好 的 控 制 效 果，流 量 比 为。对 比 而 言，新 型 压 力 控 制 方 案 下 各 控 制 参 数 的变 化 趋 势 具 有 明 显 差 异：新 型 压 力 控 制 方 案 阀 门 开 度 达 到 稳 定 时 间 约 为 ，各 控 制 变 量 达到 稳 态 时 间 为 左 右（图 ）；新 型 压力 控 制 方 案 各 变 量 超 调 量 较 高：阀 门 无 超 调量，顶 部 压 力 超 调 量 约 为 ，底 部 压 力 超 调 量 ，液 位 超 调 量 为 （图）；新 型 压 力控 制 方 案 对 量 具 有 良 好 的 控 制 效 果，流 量 比 为（图）。基 于 阀 门 开 度 达 到 稳 定 的 时 间 及 控 制 参 数 超 调量，对 比种 控 制 方 案 的 控 制 速 度 和 控 制 稳 定 性，新型 液 位 控 制 方 案 虽 然 稳 定 速 度 较 慢，但 控 制 稳 定 性高，超 调 量 低；而 新 型 压 力 控 制 方 案 控 制 稳 定 性 较图 新 型 压 力 控 制 方 案犅 犗 犌阀 门 开 度 与 再 冷 凝 器顶 部 压 力 变 化 曲 线犉 犻犵 犅 犗 犌 狏 犪犾狏 犲 狅 狆 犲 狀 犻 狀 犵 犪 狀 犱 狉 犲 犮 狅 狀 犱 犲 狀 狊犲 狉 狋 狅 狆 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲狏 犪 狉犻犪 狋犻狅 狀 犮 狌 狉 狏 犲狊 犳 狅 狉 狀 犲 狑 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 犫 犪 狊犲 犱 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊 犮 犺 犲 犿 犲图 新 型 压 力 控 制 方 案 再 冷 凝 器 液 位 与 再 冷 凝 器 底 部压 力 变 化 曲 线犉 犻犵 犅 狅 狋狋 狅 犿 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 犪 狀 犱 犾犻 狇 狌 犻 犱 犾犲 狏 犲犾 狅 犳 狉 犲 犮 狅 狀 犱 犲 狀 狊犲 狉狏 犪 狉犻犪 狋犻狅 狀 犮 狌 狉 狏 犲狊 犳 狅 狉 狀 犲 狑 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 犫 犪 狊犲 犱 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊 犮 犺 犲 犿 犲 中 国 海 上 油 气 年 月图 新 型 压 力 控 制 方 案犅 犗 犌冷 却 器 出 口 温 度 与犔 犖 犌犅 犗 犌喷 淋 比 变 化 曲 线犉 犻犵 犅 犗 犌 犮 狅 狅犾犲 狉 狅 狌 狋犾犲狋 狋犲 犿 狆 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲 犪 狀 犱 犔 犖 犌犅 犗 犌 狉 犪 狋犻狅狏 犪 狉犻犪 狋犻狅 狀 犮 狌 狉 狏 犲狊 犳 狅 狉 狀 犲 狑 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 犫 犪 狊犲 犱 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 狊 犮 犺 犲 犿 犲差，但 稳 定 时 间 较 短，且 在 喷 淋 量 一 定 的 情 况下 可 以 处 理 更 多 的 。为 此，根 据 不 同 场景 的 应 用 需 求，对 不 同 工 况 下 的 控 制 方 案 建 议 匹 配为：当 处 于 海 上 航 行 状 态 时，此 时 运 行 状态 较 为 平 稳，船 舱 内 产 生 的 可 全 部 用 于提 供 航 行 动 力，再 气 化 模 块 再 冷 凝 器 此 时 处 于 屏 蔽状 态，两 种 控 制 方 案 均 可 采 用；当 处 于 靠泊 状 态 且 气 化 外 输 量 平 稳 时，如 靠 泊 港 口 为 固 定 用气 量 用 户 供 气 工 况，此 时 再 气 化 模 块 可 视 为 基 荷 型装 置，为 增 加 再 气 化 模 块 对 的 处 理 能 力，建 议采 用 新 型 压 力 控 制 方 案；当 处 于 靠 泊 状 态且 气 化 外 输 量 变 化 较 大 时，如 为 调 峰 电 厂 供 气 工 况，此 时 再 气 化 模 块 可 视 为 调 峰 型 气 化 装 置，为 了 保 持控 制 稳 定，建 议 采 用 新 型 液 位 控 制 方 案。结 论结 合 传 统 接 收 站 再 冷 凝 器 的 控 制 思 路 和工 程 实 际 经 验，针 对 再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 工 艺 流程，提 出 了 适 用 于 再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 的 新 型 压力 控 制 方 案 和 新 型 液 位 控 制 方 案。新 型 液 位 控 制 方案 在 同 样 工 况 变 化 下 控 制 稳 定 速 度 较 慢，控 制 超 调量 较 小，适 用 于 再 气 化 模 块 外 输 量 波 动 较 大 的 工 况；而 新 型 压 力 控 制 方 案 控 制 超 调 量 较 大，稳 定 速 度 较快，可 实 现 在 外 输 量 一 定 的 情 况 下 处 理 量 的 灵 活 调 节，适 用 于 再 气 化 模 块 稳 定 外 输 工 况。种 控 制 方 案 均 能 实 现 再 冷 凝 系 统 的 平 稳 控 制，对 于基 荷 型 再 气 化 模 块 建 议 采 用 新 型 压 力 控 制 方 案，调峰 型 再 气 化 模 块 则 建 议 采 用 新 型 液 位 控 制 方 案。参考文献季 鹏，陈 振 中，李 婵，等浮 式 接 收 再 气 化 装 置 关 键 系 统 比 选 及发 展 趋 势油 气 储 运，（）：，（）：张 少 增浮 式 储 存 及 再 气 化 装 置（）浅 析 及 国 内 应用 推 广 展 望石 油 化 工 建 设，（）：，（）：李 恩 道，刘 淼 儿，曾 伟 平长 江 内 河 接 收 中 转 站 处 理面 临 的 主 要 问 题 及 解 决 方 案中 国 海 上 油 气，（）：，（）：李 方 遒，李 恩 道，程 昊，等 船 对 船 过 驳 生 成 量 计 算及 回 收 建 议中 国 海 上 油 气，（）：，（）：，（）：（）：（）：，：，：，?，（）（），（）：王 小 尚，刘 景 俊，李 玉 星，等 接 收 站 处 理 工 艺 优化：以 青 岛 接 收 站 为 例天 然 气 工 业，（）：第 卷第期彭 延 建 等：犉 犛 犚 犝再 气 化 模 块 再 冷 凝 系 统 控 制 方 案 研 究 ，（）：李 亚 军，陈 行 水液 化 天 然 气 接 收 站 蒸 发 气 体 再 冷 凝 工 艺 控 制系 统 优 化低 温 工 程，（）：，（）：刘 景 俊，李 学 涛，尹 悦，等青 岛 接 收 站 处 理 优 化 模拟 研 究天 然 气 化 工（化 学 与 化 工），（）：，（）：朱 乾 壮，王 宁，周 华 接 收 站 再 冷 凝 器 工 艺 运 行 优 化 控 制低 温 与 特 气，（）：，（）：，李 鑫，陈 帅 接 收 站 再 冷 凝 器 工 艺 参 数 及 控 制 系 统 分 析石 油 化 工 自 动 化，（）：，（）：仇 德 朋 接 收 站 中 再 冷 凝 工 艺 的 技 术 分 析 及 优 化能源 化 工，（）：，（）：刘 庆 胜，周 琳 琳 接 收 站 再 冷 凝 器 工 艺 控 制 研 究石油 化 工 自 动 化，（）：，（）：，收 稿 日 期：?改 回 日 期：?（编 辑：吕 欢 欢 ）海 洋 油 气 勘 探 国 家 工 程 研 究 中 心第 一 届 理 事 会 暨 技 术 委 员 会 第 二 次 会 议 召 开 年 月日，海 洋 油 气 勘 探 国 家 工 程 研 究 中 心（以 下 简 称“工 程 中 心”）