LNG儲罐安全保護系統及安全措施

目前，國內空氣污染日益嚴峻，各大城市PM2.5指數居高不下，氣作為清潔燃料，在能源、交通等將具有廣泛的前景。液化氣(LiquefiedNaturalGas，LN口在氣利用中體現出了便于運輸、方便存儲、氣液膨脹比大等優(yōu)越，使我國LNG行業(yè)近幾年了發(fā)展，各地建設了各種規模的LNG工廠(chǎng)和接收站以及調峰站。LNG儲罐是LNG工廠(chǎng)、接收站以及調峰站核心關(guān)鍵設備。

LNG液體物理特性和化學(xué)特性決定了LNG液體大量泄漏容易造成、窒息、火災、爆炸等危險。LNG儲罐作為L(cháng)NG工廠(chǎng)和接收站存儲LNG液體的主要容器，LNG儲罐保護系統的設計關(guān)系到LNG儲罐乃至工廠(chǎng)的。關(guān)于LNG儲罐的文章，較多關(guān)注儲罐本體結構設計、設計、防翻滾操作、泄漏模型等方面。本文從儀表控制系統方向對LNG儲罐的工藝聯(lián)鎖保護、泄漏警報、火災警報等方面進(jìn)行研討，希望能為類(lèi)似LNG儲罐的保護系統設計提供參考，并為L(cháng)NG工廠(chǎng)儲罐的管理和平穩運行提供借鑒。

1LNG儲罐類(lèi)型及結構

LNG儲罐類(lèi)型主要包括真空隔熱罐、雙金屬真空粉末隔熱罐、子母罐、混泥土全容罐、雙金屬壁單容或全容罐等團?；炷嗤寥莨拗饕m用儲量較大的接收站，其投資成本較高且建設工期較長(cháng)；雙金屬壁單容或全容罐儲量較小、投資相對較低、工期較短，因此一般中小型LNG工廠(chǎng)大多選用雙金屬壁單容或全容罐。早期國內建設的LNG工廠(chǎng)主要采用雙金屬壁單容罐，對距離要求加嚴格，加上對建設用地審查管控加謹慎，相對占地面積較大的單容罐使用開(kāi)始逐步減少，外壁耐低溫的雙金屬壁全容罐應用增多。

雙金屬壁全容罐，主要由內罐、外罐、絕熱層、平臺梯子、閥門(mén)儀表及基礎平臺等組成，結構型式為內罐吊頂、外罐拱頂。儲罐基礎采用架空式，整個(gè)設備座落在鋼筋混凝土基礎承臺之上，基礎承臺底部利用混凝土立柱支撐，設備基礎具有通風(fēng)、隔潮等功能圓。雙金屬壁全容罐的內罐和外罐均采用低溫奧氏體不銹鋼(如06Gr19Ni10)制成，內罐與外罐之間填充保溫絕熱的珠光砂。國內已建成的雙金屬壁全容罐罐容一般為500030000m3，也有部分罐容達40000~80000m3。本文以應用較多的雙金屬壁全容罐(以下簡(jiǎn)稱(chēng)LNG儲罐)為對象。

2LNG儲罐保護系統

LNG儲罐在正常生產(chǎn)過(guò)程中主要控制液位、壓力、溫度等工藝參數，通過(guò)計算機控制系統在控制室監控工藝參數是否在合理范圍。LNG儲罐液位是LNG工廠(chǎng)控制的主要參數，LNG注入儲罐、裝車(chē)泵外輸LNG均可引起儲罐液位變化。LNG儲罐會(huì )產(chǎn)生閃蒸氣(BoilOffGas，BOG)，BOG通過(guò)壓縮機回收，進(jìn)而控制儲罐壓力。溫度參數屬于LNG儲罐的輔助參數，主要用于輔助分析儲罐的LNG蒸發(fā)量以及泄漏情況。以上參數都控制在合理范圍，當超出控制范圍時(shí)應采取相應的保護措施，防止參數繼續超出警報范圍造成事故。LNG儲罐通常設置以下保護系統：

1)液位保護系統。用于操作人員監控儲罐的液位，及時(shí)了解儲罐液位高度并核算LNG存儲量，防止液體溢罐和LNG裝車(chē)泵抽空。

2)壓力保護系統。LNG儲罐設計壓力一般為-0.6~14kPa(部分儲罐設計壓力達20kPa)，BOG氣體不能及時(shí)排出，儲罐可能超壓；反之如果壓縮機抽氣量過(guò)大造成儲罐出現負壓。無(wú)論是超壓還是負壓都將對儲罐造成嚴重威脅甚至引發(fā)爆炸等危險，為此須設置壓力保護系統因。

3)泄漏警報系統。在夾層底部環(huán)狀區、外罐內壁、頂部吊頂空間等設置分布均勻的多點(diǎn)溫度計，內罐泄漏LNG后能及時(shí)警報并采取相應的措施。

4)其他還應設置可燃 氣體泄漏檢測和火焰探測警報系統及自動(dòng)火災消防滅火系統。

2.1液位保護系統

LNG儲罐的液位測量主要有差壓液位計、伺服液位計、雷達液位計等類(lèi)型回。差壓液位計是利用差壓與液位高度成正比的原理進(jìn)行測量，具有原理簡(jiǎn)單、調校方便、價(jià)格便宜、供貨周期短等優(yōu)點(diǎn)。差壓液位計對于安裝高度、引壓管走向等有嚴格要求，引壓管需要從儲罐頂部敷設到底部，分別在儲罐頂部和底部測量壓力。引壓管長(cháng)度由儲罐高度決定，從十幾米到幾十米不等，且引壓管安裝在夾層中，在夾層填充珠光砂之后引壓管將無(wú)法檢修，因此一般要求減少焊點(diǎn)，采用一根整體無(wú)縫鋼管。引出保冷層部分的引壓管與空氣進(jìn)行熱交換，該部分管內的LNG液體氣化形成的氣泡會(huì )影響測量精度。因此差壓液位計在儲罐高度幾米到十幾米的小型LNG儲罐上應用較廣泛，在5000時(shí)以上的大型LNG儲罐中則應用較少。

2.2壓力保護系統

LNG儲罐雖有良好的絕熱性能，但不能避免產(chǎn)生BOG，通常儲罐壓力控制比外界大氣壓略高5kPa。如果BOG不能及時(shí)排出，儲罐可能會(huì )超壓，反之如果BOG壓縮機的抽氣量過(guò)大會(huì )造成儲罐出現負壓。無(wú)論超壓還是負壓，對LNG儲罐均會(huì )產(chǎn)生嚴重的威脅。LNG儲罐壓力控制總體思路是由于大氣壓變化，物料進(jìn)出，正常吸熱產(chǎn)生的常規壓力波動(dòng)通過(guò)調節BOG壓縮機的抽氣量維持罐壓?；馂幕蚍瓭L等端情況下罐壓劇烈變化，需要設置自動(dòng)放空閥、閥和呼吸閥等保護性措施呵。因此歸納起來(lái)可以分為常規壓力控制系統和壓力保護系統。常規壓力控制系統通過(guò)BOG壓縮機抽氣量的變化調節LNG儲罐的壓力。當LNG儲罐壓力超過(guò)BOG壓縮機調節能力時(shí)，LNG儲罐高壓能自動(dòng)泄放，低壓應及時(shí)關(guān)閉壓縮機和補充氣。

LNG儲罐設置3臺壓力變送器，同時(shí)檢測LNG儲罐的壓力，3臺壓力變送器組成三取二的壓力高高聯(lián)鎖，同時(shí)兼顧性和可用性。當3臺壓力變送器中任何2個(gè)或以上達到設定高高值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)罐頂泄壓閥，將BOG放入火炬系統。如果壓力仍然持續上升，儲罐閥將自動(dòng)打開(kāi)，將BOG直接排放大氣。