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LNG储罐安全保护系统及安全措施

201903-0314:59:07

目前,国内空气污染日益严峻,各大城市PM2.5指数居高不下,天然气作为优质清洁燃料,在能源、交通等领域将具有更广泛的前景。液化天然气(LiquefiedNaturalGas,LN口在天然气利用中体现出了便于运输、方便存储、气液膨胀比大等独特优越,使我国LNG行业近几年得到了迅速发展,各地建设了各种规模的LNG工厂和接收站以及调峰站。LNG储罐是LNG工厂、接收站以及调峰站核心关键设备。

LNG液体物理特性和化学特性决定了LNG液体大量泄漏容易造成冻伤、窒息、火灾、爆炸等危险。LNG储罐作为LNG工厂和接收站存储LNG液体的主要容器,LNG储罐安全保护系统的设计关系到LNG储罐乃至工厂的安全。关于LNG储罐安全的文章,较多关注储罐本体结构设计、防火设计、防翻滚操作、泄漏模型等方面。本文从仪表控制系统方向对LNG储罐的工艺安全联锁保护、泄漏警报、火灾警报等方面进行研讨,希望能为类似LNG储罐的安全保护系统设计提供参考,并为LNG工厂储罐的安全管理和平稳运行提供借鉴。

1LNG储罐类型及结构

LNG储罐类型主要包括真空隔热罐、双金属真空粉末隔热罐、子母罐、混泥土全容罐、双金属壁单容或全容罐等团。混泥土全容罐主要适用储量较大的接收站,其投资成本较高且建设工期较长;双金属壁单容或全容罐储量较小、投资相对较低、工期较短,因此一般中小型LNG工厂大多选用双金属壁单容或全容罐。早期国内建设的LNG工厂主要采用双金属壁单容罐,对安全距离要求更加严格,加上国家对建设用地审查管控更加谨慎,相对占地面积较大的单容罐使用开始逐步减少,外壁耐低温的双金属壁全容罐应用增多。

双金属壁全容罐,主要由内罐、外罐、绝热层、平台梯子、阀门仪表及基础平台等组成,结构型式为内罐吊顶、外罐拱顶。储罐基础采用架空式,整个设备座落在钢筋混凝土基础承台之上,基础承台底部利用混凝土立柱支撑,设备基础具有通风、隔潮等功能圆。双金属壁全容罐的内罐和外罐均采用低温奥氏体不锈钢(如06Gr19Ni10)制成,内罐与外罐之间填充保温绝热的珠光砂。国内已建成的双金属壁全容罐罐容一般为500030000m3,也有部分罐容达40000~80000m3。本文以应用较多的双金属壁全容罐(以下简称LNG储罐)为研究对象。

2LNG储罐安全保护系统

LNG储罐在正常生产过程中主要控制液位、压力、温度等工艺参数,通过计算机控制系统在控制室监控工艺参数是否在合理范围。LNG储罐液位是LNG工厂控制的主要参数,LNG注入储罐、装车泵外输LNG均可引起储罐液位变化。LNG储罐会产生闪蒸气(BoilOffGas,BOG),BOG通过压缩机回收,进而控制储罐压力。温度参数属于LNG储罐的辅助参数,主要用于辅助分析储罐的LNG蒸发量以及泄漏情况。以上参数都必须控制在合理范围,当超出控制范围时应采取相应的保护措施,防止参数继续超出警报范围造成事故。LNG储罐通常设置以下保护系统:

1)液位安全保护系统。用于操作人员监控储罐的液位,及时了解储罐液位高度并核算LNG存储量,防止液体溢罐和LNG装车泵抽空。

2)压力安全保护系统。LNG储罐设计压力一般为-0.6~14kPa(部分储罐设计压力达20kPa),BOG气体不能及时排出,储罐可能超压;反之如果压缩机抽气量过大造成储罐出现负压。无论是超压还是负压都将对储罐造成严重威胁甚至引发爆炸等危险,为此须设置压力保护系统因。

3)泄漏警报系统。在夹层底部环状区、外罐内壁、顶部吊顶空间等设置分布均匀的多点温度计,内罐泄漏LNG后能及时警报并采取相应的安全措施。

4)其他还应设置可燃 气体泄漏检测和火焰探测警报系统及自动火灾消防灭火系统。

2。1液位安全保护系统

LNG储罐的液位测量主要有差压液位计、伺服液位计、雷达液位计等类型回。差压液位计是利用差压与液位高度成正比的原理进行测量,具有原理简单、调校方便、价格便宜、供货周期短等优点。差压液位计对于安装高度、引压管走向等有严格要求,引压管需要从储罐顶部敷设到底部,分别在储罐顶部和底部测量压力。引压管长度由储罐高度决定,从十几米到几十米不等,且引压管安装在夹层中,在夹层填充珠光砂之后引压管将无法检修,因此一般要求减少焊点,采用一根整体无缝钢管。引出保冷层部分的引压管与空气进行热交换,该部分管内的LNG液体气化形成的气泡会影响测量精度。因此差压液位计在储罐高度几米到十几米的小型LNG储罐上应用较广泛,在5000时以上的大型LNG储罐中则应用较少。

2.2压力安全保护系统

LNG储罐虽有良好的绝热性能,但不能完全避免产生BOG,通常储罐压力控制比外界大气压略高5kPa。如果BOG不能及时排出,储罐可能会超压,反之如果BOG压缩机的抽气量过大会造成储罐出现负压。无论超压还是负压,对LNG储罐安全均会产生严重的威胁。LNG储罐压力控制总体思路是由于大气压变化,物料进出,正常吸热产生的常规压力波动通过调节BOG压缩机的抽气量维持罐压。火灾或翻滚等极端情况下罐压剧烈变化,需要设置自动放空阀、安全阀和呼吸阀等保护性措施呵。因此归纳起来可以分为常规压力控制系统和压力安全保护系统。常规压力控制系统通过BOG压缩机抽气量的变化调节LNG储罐的压力。当LNG储罐压力超过BOG压缩机调节能力时,LNG储罐高压必须能自动安全泄放,低压应及时关闭压缩机和补充天然气。

LNG储罐设置3台压力变送器,同时检测LNG储罐的压力,3台压力变送器组成三取二的压力高高联锁,同时兼顾安全性和可用性。当3台压力变送器中任何2个或以上达到设定高高值时,自动打开罐顶安全泄压阀,将BOG放入火炬系统。如果压力仍然持续上升,储罐安全阀将自动打开,将BOG直接排放大气。


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