4 低溫儲(chǔ)罐液位控制系統(tǒng)[3]
??? 《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50028—2006)第9.4.13條規(guī)定：儲(chǔ)罐進(jìn)出液管必須沒(méi)置緊急切斷閥，并與儲(chǔ)罐液位控制連鎖。
??? 根據(jù)本條要求，在儲(chǔ)罐上必須設(shè)置可以信號(hào)遠(yuǎn)傳的檢測(cè)儲(chǔ)罐液位的儀表設(shè)備，并必須在儲(chǔ)罐進(jìn)出液管上設(shè)置可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的緊急切斷閥。在LNG氣化站設(shè)計(jì)中，這種緊急切斷閥一般選用氣動(dòng)長(zhǎng)軸緊急切斷閥。由于LNG屬于超低溫介質(zhì)，直接測(cè)量液位無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此通常的做法是選用隔爆型差壓變送器測(cè)得儲(chǔ)罐內(nèi)上下液位的靜壓差，然后根據(jù)LNG的密度來(lái)計(jì)算LNG儲(chǔ)罐內(nèi)液位的高度。
??? 以150m3的LNG儲(chǔ)罐為例。根據(jù)LNG儲(chǔ)罐參數(shù)，公稱容積為150m3的LNG儲(chǔ)罐，其幾何容積為157.9m3，最大充裝系數(shù)為0.95，該儲(chǔ)罐的最大充裝量為142.5m3。在卸車(chē)過(guò)程中，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)工作壓力下LNG體積達(dá)到最大充裝量時(shí)就必須關(guān)閉進(jìn)液氣動(dòng)閥。此過(guò)程可以由人工來(lái)完成，通過(guò)觀察液位計(jì)的指示值，在液位達(dá)到上限時(shí)就關(guān)閉進(jìn)液閥。這樣設(shè)計(jì)就無(wú)法避免觀測(cè)誤差、計(jì)算誤差、操作時(shí)間差等多方面因素所帶來(lái)的偏差，使系統(tǒng)的安全性大打折扣，也無(wú)法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。如果能用儀表來(lái)代替操作工，把人眼的功能改成液位變送器來(lái)實(shí)現(xiàn)，把人腦的功能用控制系統(tǒng)代替，那么不僅能減輕操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且可以提高控制系統(tǒng)的速度和準(zhǔn)確度。把變送器檢測(cè)到的液位信號(hào)轉(zhuǎn)換為4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，傳送至控制器，通過(guò)控制器與設(shè)定值進(jìn)行比較，液位值大于等于設(shè)定值時(shí)就輸出信號(hào)切斷儲(chǔ)罐進(jìn)液氣動(dòng)閥，停止儲(chǔ)罐進(jìn)液，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)范要求的連鎖切斷功能。
??? 儲(chǔ)罐內(nèi)膽工作在超低溫環(huán)境中，如果儲(chǔ)罐內(nèi)沒(méi)有LNG，就會(huì)使儲(chǔ)罐內(nèi)膽的溫度上升，下次重新充裝LNG時(shí)就需要預(yù)冷。為了避免儲(chǔ)罐內(nèi)膽溫度的頻繁變化，控制系統(tǒng)還需要設(shè)置儲(chǔ)罐的低液位報(bào)警，當(dāng)儲(chǔ)罐液位低于總?cè)莘e的10%對(duì)應(yīng)的液位時(shí)要發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示操作人員及時(shí)切斷儲(chǔ)罐出液閥，將其他儲(chǔ)罐投入運(yùn)行。
5 空溫式氣化器出口氣體溫度連鎖系統(tǒng)[3]
??? 從儲(chǔ)罐流出的LNG進(jìn)入空溫式氣化器，空溫式氣化器將LNG液體與空氣進(jìn)行換熱而達(dá)到氣化的目的。環(huán)境溫度及氣候條件就成為影響設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵因素。環(huán)境溫度變化無(wú)常，晴天和陰天不一樣，冬天和夏天不一樣。一旦空溫式氣化器投入運(yùn)行，整個(gè)氣化器的溫度便會(huì)下降，在LNG入口處的溫度會(huì)比環(huán)境溫度低很多，這樣與設(shè)備接觸的空氣中的水分就會(huì)凝結(jié)，隨著空溫式氣化器投入運(yùn)行時(shí)間的增加，氣化器上凝結(jié)的水會(huì)進(jìn)一步降溫，導(dǎo)致結(jié)冰。這樣隨著時(shí)間的推移，空溫式氣化器的結(jié)冰面積不斷增大，影響氣化器的傳熱效果，導(dǎo)致其氣化能力下降，出口氣體溫度降低。為了系統(tǒng)的安全，空溫式氣化器出口氣體溫度不能過(guò)低。
???實(shí)際的環(huán)境溫度變化、設(shè)備結(jié)冰情況等多方面的因素，都無(wú)法用確切的數(shù)據(jù)來(lái)衡量。這種實(shí)際情況與設(shè)計(jì)狀態(tài)的差別，使我們無(wú)法確定氣化器出口氣體溫度。為了保證LNG氣化站的安全，就必須保證空溫式氣化器時(shí)刻工作在正常狀態(tài)，其出口氣體溫度必須在規(guī)定的范圍內(nèi)。為了滿足這一要求，可以在空溫式氣化器的出口和入口設(shè)置一套溫度檢測(cè)報(bào)警連鎖系統(tǒng)，即在空溫式氣化器出口管道上設(shè)置溫度檢測(cè)儀表，在空溫式氣化器進(jìn)液口設(shè)置緊急切斷閥，并將溫度報(bào)警信號(hào)與緊急切斷閥連鎖。一方面可以隨時(shí)監(jiān)視空溫式氣化器的工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)不正常情況時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；另一方面也可以在空溫式氣化器出口氣體溫度低于設(shè)定值時(shí)輸出信號(hào)，連鎖切斷儲(chǔ)罐出液氣動(dòng)閥，停止供氣。
??? 雖然空溫式氣化器都有其工作狀態(tài)參數(shù)和氣化能力，但是生產(chǎn)廠家也無(wú)法保證空溫式氣化器的出口氣體溫度，只能保證設(shè)備在輸出流量最大時(shí)，其出口氣體溫度盡可能地接近環(huán)境溫度。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到設(shè)備運(yùn)行的安全性，通常要根據(jù)氣化站的室外極端最低溫度來(lái)確定氣化器出口氣體溫度的報(bào)警設(shè)定值。如果極端最低溫度比較低，為了保護(hù)下游設(shè)備的安全，這個(gè)溫度設(shè)定值也不應(yīng)低于下游設(shè)備及管材正常工作時(shí)的最低承受溫度。
??? 例如某地的室外極端最低溫度為-10℃，空溫式氣化器出口氣體設(shè)計(jì)溫度比環(huán)境溫度低5℃。在這種條件下，正常工作的空溫式氣化器出口氣體溫度就應(yīng)當(dāng)在-15℃以上。這里條件中環(huán)境溫度是一個(gè)極限情況，而且空溫式氣化器也是工作在最大負(fù)荷下，因此在實(shí)際情況下，空溫式氣化器出口溫度就應(yīng)當(dāng)比-15℃要高。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們通常要把各種不利因素都考慮進(jìn)去，還考慮一定的余量，將出口氣體溫度的報(bào)警設(shè)定值設(shè)置為比環(huán)境溫度低8～10℃。按照上面例子中的環(huán)境條件，空溫式氣化器出口溫度報(bào)警設(shè)定值應(yīng)為-18～-20℃，即當(dāng)空溫式氣化器出口氣體溫度低于-20℃時(shí)，就可以斷定該空溫式氣化器已經(jīng)不在正常工作狀態(tài)了，可能是由于空溫式氣化器結(jié)冰太厚或是其他原因，導(dǎo)致其傳熱能力下降而不能滿足正常工作需求，需要進(jìn)行安全保護(hù)。這時(shí)為了保證LNG氣化站的供氣安全，控制器就要輸出信號(hào)切斷空溫式氣化器進(jìn)液氣動(dòng)閥，停止該空溫式氣化器的工作。
6 水浴式加熱器后氣體溫度控制系統(tǒng)
??? 如果由于環(huán)境因素導(dǎo)致空溫式氣化器出口氣體溫度過(guò)低，不能滿足下游沒(méi)備安全運(yùn)行的要求，就需要對(duì)其進(jìn)一步加熱。常用的設(shè)備是水浴式加熱器，通過(guò)低溫天然氣與熱水進(jìn)行換熱，以提高天然氣溫度?？梢栽O(shè)置一套溫度控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)由水浴式加熱器、溫度變送器、溫度控制器、變頻器、熱水鍋爐和熱水循環(huán)泵等組成。其目的是保持水浴式加熱器出口氣體溫度恒定，減少資源浪費(fèi)。其中熱水鍋爐提供恒溫?zé)崴?，熱水循環(huán)泵提供熱水在系統(tǒng)中循環(huán)的動(dòng)力，變頻器改變熱水循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)來(lái)自空溫式氣化器的天然氣溫度或流量改變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水浴式加熱器的出口氣體溫度發(fā)生變化，溫度變送器測(cè)得溫度的變化，將此信號(hào)送至溫度控制器。溫度控制器將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后，將控制指令發(fā)送給變頻器，變頻器接到信號(hào)后會(huì)改變對(duì)循環(huán)泵的輸出電源頻率，從而改變熱水循環(huán)系統(tǒng)的熱水流量，以維持水浴式加熱器的出口氣體溫度。
7 其他保護(hù)系統(tǒng)
??? 由于天然氣屬易燃易爆氣體，為了避免天然氣泄漏事故的發(fā)生，在生產(chǎn)區(qū)內(nèi)可能發(fā)生天然氣泄漏的位置應(yīng)設(shè)置燃?xì)庑孤﹫?bào)警器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣中的可燃?xì)怏w濃度。當(dāng)環(huán)境空氣中可燃?xì)怏w濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，將報(bào)警信號(hào)遠(yuǎn)傳至控制室，發(fā)出聲光報(bào)警，提示操作人員采取相應(yīng)的緊急措施。為了下游用戶的用氣安全，還需要設(shè)置自動(dòng)加臭系統(tǒng)，以方便用戶及早發(fā)現(xiàn)天然氣的泄漏，避免事故發(fā)生。
8 結(jié)論
??? 雖然控制系統(tǒng)越來(lái)越智能化，儀表及控制器也越來(lái)越先進(jìn)，但是LNG氣化站的安全運(yùn)行不能單憑可靠的控制系統(tǒng)。在LNG氣化站設(shè)計(jì)中，合理進(jìn)行功能分區(qū)，將生產(chǎn)區(qū)、輔助區(qū)合理分開(kāi)；選擇與防爆等級(jí)相適應(yīng)的儀表及設(shè)備，保證站區(qū)供電系統(tǒng)的安全可靠性；在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)站內(nèi)工作人員進(jìn)行定期培訓(xùn)，使其了解LNG特性及可能產(chǎn)生的危害和影響，了解防護(hù)用品的作用及正確使用方法；編制事故應(yīng)急處理預(yù)案等，都可以為L(zhǎng)NG氣化站的安全運(yùn)營(yíng)提供不同方面的安全保障。
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