LNG气化站控制系统

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1、LNG 作为目前西气东输管道天然气的补充气源或者备用气源，已经越来越引起全国各大中城市燃气公司的 重视，LNG气化站的安全运行及先进的控制显得尤其重要i为。本文主要结合苏州港华燃气有限公司已经 建成并稳定运行的 LNG 气化站来阐述控制系统的重要性。1 LNG气化站的危险性由于LNG是由天然气冷却到-162C而成的深冷液体，又具有天然气易燃易爆的特性，因此LNG是一种 非常危险的液体，必须充分了解LNG气化站的危险性。 低温的危险LNG 泄漏后会迅速蒸发，然后降至某一固定的蒸发速度。开始蒸发时气体密度大于空气密度，在地面形 成一个流动层，当温度上升到-110C以上时，LNG蒸气与空气的混合物在

2、温度上升过程中形成了密度小于 空气的云团。由于LNG泄漏时的温度很低，其周围大气中的水蒸气被冷凝成雾团，LNG再进一步与空气 混合并完全气化。 LNG 的低温危险还能使相关设备脆性断裂和遇冷收缩，从而损坏设备和低温灼伤操作者。 BOG 的危险虽然LNG储存于绝热的储罐中，但不可能完全无热量交换，外界传入的热量会引起LNG蒸发，产生 BOG（蒸发气体）。故要求LNG储罐有一个极低的日蒸发率，要求储罐本身设有合理的安全放散系统。否则， 若BOG的量突增，使罐内温度、压力迅速上升，致使储罐破裂。 着火的危险天然气的爆炸极限为5%15%，遇明火可产生爆燃。火焰温度高、辐射热强，易形成大面积火灾，且 具

3、有复燃性、复炸性。 翻滚的危险通常，储罐内的LNG长期静置或密度不同的LNG混装，将形成两个稳定的液相层。当外界热量传入罐 内时，两个液相层相互传质、传热并混合，液层表面开始蒸发，下层由于吸收了上层的热量，而处于过热 状态。当两液相层密度接近时，可在短时间内产生大量气体，使罐内压力急剧上升，这就是翻滚现象。液 体翻滚引起LNG蒸发率急增，若来不及排出大量的BOG，储罐内的压力将超过设计压力，会发生危险。2 LNG气化站运行控制系统2.1 LNG气化站工艺流程LNG 气化站工艺流程见图 1。利用卸车增压气化器将 LNG 槽车内的气相压力升高，将 LNG 通过管道卸至站内储罐。利用储罐配套的 自增

4、压气化器来保证储罐具有一定的压力，并将 LNG 送入空温式气化器，通过环境空气的热量将 LNG 气 化为气态天然气。若气态天然气温度大于5C,则直接进入调压、计量、加臭装置；若气态天然气温度小 于5C,就需要经过水浴式加热器将气态天然气加热到5C以上，再送入调压、计量、加臭装置，最后送入 中压管网。LNG槽车和LNG储罐产生的BOG排放至BOG加热器，加热后送入调压、计量、加臭装置， 最后送入中压管网。工艺装置区中的气化区是将LNG转换为气态天然气的主要部位，也是整个气化站的关键部位。在整个气 化区设置2组气化器，在每组气化器后设置2个温度传感器（减少温度传感器损坏引起误动作的概率）。当 一组

5、气化器结霜过多或发生故障时，通过温度检测超限报警，连锁关闭该组气化器进液管上的气动紧急切 断阀实现对气化器的控制，同时打开另外一组气化器的进液管上的气动紧急切断阀，保证供气的连续性。 2.2 LNG 气化站运行控制系统LNG 气化站是由储罐区、工艺装置区和辅助区 3 个区域组成。对每个区域都需进行监测或控制，关键地 方还必须采用联动的方式来保证控制的及时性。要达到以上目的，必须要建设一套LNG气化站的运行控制 系统（见图2）。运行控制系统分为PLC控制系统和现场调节设备的自动连锁控制2部分。储罐区对于整个气化站来说是核心部位，最主要的设备就是LNG储罐，现以苏州港华燃气有限公司采 用的真空粉末

6、低温压力绝热储罐为例，谈谈LNG气化站运行控制系统的配置。在储罐上安装压力变送器和液位变送器来监测储罐压力和液位。在进、出液管上安装气动紧急切断阀， 通过电磁阀和仪表来控制进液或出液。在气、液相管之间安装自增压气化器和自增压阀，对储罐进行增压 在气相管上安装减压调节阀和安全阀，防止储罐超压。正常运行中，必须将LNG储罐的工作压力控制在允许的范围内。LNG储罐的正常工作压力范围为0.3 0.6MPa，罐内压力低于设定值时，可利用自增压气化器和自增压阀对储罐进行增压。增压下限由自增压阀 开启压力确定，增压上限由自增压阀的自动关闭压力确定，其值通常比设定的自增压阀开启压力高约 15%。LNG在储存过

7、程中会由于储罐不可能绝对无热量交换，而缓慢蒸发（日静态蒸发率0.3%）导致储罐的 压力逐步升高，最终危及储罐安全。为保证储罐安全运行，采用储罐减压调节阀、压力报警手动放散、安 全阀起跳三级安全保护措施来进行储罐的超压保护。其保护顺序为当储罐压力上升到减压调节阀设定的开启值时，减压调节阀自动打开泄放气态天然气。当 减压调节阀失灵，罐内压力继续上升，达到压力报警值时，压力报警，手动放散泄压。当减压调节阀失灵 且手动放散未开启时，安全阀起跳泄压，保证LNG储罐的运行安全。对于最大工作压力为0.600MPa的LNG 储罐，设计压力为0.660MPa，减压调节阀的设定开启压力为0.615 Pa，储罐报警

8、压力为0.620MPa，安全阀 开启压力为 0.630MPa。LNG储罐在进液或出液时，液位产生变化。进液时当储罐液位达到罐容的90%,由控制室发出报警信号， 停止进液。若控制失效，液位继续上升，达到罐容的95%时，通过PLC连锁控制进液管上的电磁阀，使之 关闭气动紧急切断阀，避免液位过高。若出液时储罐液位达到罐容的 10%时，由控制室发出报警信号，停止出液。若控制失效，液位继续下降， 达到罐容的5%时，通过PLC连锁控制出液管上的电磁阀，使之关闭气动紧急切断阀。避免罐内无液，造 成罐内温度上升，需要再次预冷。若发生紧急事故，可以通过罐区边、卸车区旁或控制室内的紧急切断按钮来切断所有罐的进、出

9、液的气 动紧急切断阀和气化器前的气动紧急切断阀，避免事故进一步扩大。3 LNG气化站火气控制系统LNG气化站的火气控制系统（F/G）功能是在火灾和可燃性气体泄漏的情况下，能准确探测火灾和气体泄 漏的程度和事故地点，触发声光报警设备，并且根据事故发生的严重性等级而确定报警和启动消防设施， 从而控制和避免灾难的发生，以防止对生产设备和人员的伤害及对环境的影响等。因而控制系统的设计必 须遵循故障安全的原则，对整个系统的硬件和软件的可靠性要求都很高。3.1 火气控制系统的设备 温度探测传感器在储罐区的导流槽上安装低温探测传感器，通过对温度的监测来判断是否有LNG泄漏。 可燃气体探头 在整个气化站各个区

10、域安装催化燃烧型可燃气体探头，监测空气中的可燃气体浓度，一般按可燃气体的爆炸下限为最大量程，达到爆炸下限的 20%视为警告（一级报警），达到爆炸下限的40%视为气体泄漏报警（二 级报警）。 火焰探头在 LNG 储罐四周安装红外紫外加频率的火焰探头，通过对可燃性气体或液体火焰的监测来发现明火并发 出火灾报警信号。 手动火灾报警按钮在 LNG 储罐区周边安装按压式手动火灾报警按钮，在整个厂区分布设置破玻璃式手动火灾报警按钮，通 过敲碎玻璃触发信号来启动消防系统。 声光报警器 在气化站分布设置声光报警器，用于火灾报警时的声音和光的提示功能，以确保所有现场人员都能及时知道火灾的发生，以采取相应的应急措

11、施。 泡沫发生器在LNG储罐边设置一个泡沫发生器，主要对LNG泄漏时储罐区的集液池实施全部泡沫覆盖，减慢LNG 气化的速度。 消防系统由消防控制柜、消防泵、稳压泵、稳压罐、喷淋管、电磁蝶阀和高压水枪等组成。3.2火气控制系统的连锁关系 可燃气体探测产生的连锁a. 单探头可燃气体探测：当可燃气体的一级报警设定值达到爆炸下限的 20%时，在控制室的火灾报警控 制器上报警，在人机界面上低浓度可燃气体报警并记录事件。当可燃气体的二级报警设定值达到爆炸下限 的 40% 时，在控制室的火灾报警控制器上报警，在人机界面上高浓度可燃气体报警并记录事件。b. 多探头可燃气体探测：多个探头中同时有2个探头的一级报

12、警设定值达到爆炸下限的 20%时，在控制 室的火灾报警控制器上报警，在人机界面上多探头低浓度报警并记录事件。当多个探头中同时有 2个探头 的二级报警设定值达到爆炸下限的 40%时，不仅在控制室的火灾报警控制器上报警，在人机界面上多探头 高浓度报警并记录事件，通过手动确认高浓度可燃气体报警，同时自动启动现场的声光报警器并将信号送 给紧急停车系统，关闭所有储罐的进、出液阀和气化器的进口阀。 火焰探测产生的连锁a. 触发单探头火灾探测，在控制室人机界面上单探头火灾报警并记录事件。b. 多个探头中同时触发 2个探头的火灾探测，在控制室人机界面上多探头火灾报警并记录事件，通过手 动确认火灾报警，同时自动

13、启动现场的声光报警器并打开泡沫阀、切断污水泵电源、启动消防泵并发信号 至紧急停车系统，关闭所有储罐的进、出液阀和气化器的进口阀。 低温探测产生的连锁a. 单探头低温探测达-30C,在控制室人机界面上低温报警并记录事件。单探头低温探测达-50C,在控制 室的人机界面上超低温报警并记录事件。b. 多个探头中同时有2个探头检测值达到-30C，不仅在控制室人机界面上多探头低温报警并记录事件， 还要启动现场的声光报警器。c. 多个探头中同时有2个探头检测值达到-50C，在控制室人机界面上多探头超低温报警并记录事件，手 动确认超低温报警，同时自动打开LNG储罐区泡沫阀、切断污水泵电源和启动1台消防泵，同时

14、发信号至 紧急停车系统，关闭所有储罐的进、出液阀和气化器的进口阀。d. 若在控制室人机界面上手动打开LNG储罐区泡沫阀时，会同时切断污水泵电源和启动1台消防泵，同 时发信号至紧急停车系统，关闭所有储罐的进、出液阀和气化器的进口阀。 泡沫储罐液位检测产生的连锁a. 泡沫储罐液位达到报警下限值(30%)，在控制室人机界面上报警并记录事件。b. 泡沫储罐液位达到报警下下限值(10%)，在控制室人机界面上报警并记录事件，同时使泡沫阀不能打开。 以防只有水，没有泡沫产生，而发生危险。4 结语气化站运行控制系统是整个 LNG 气化站稳定运行的保证，紧急停车系统是 LNG 气化站的安全保证，火 气控制系统是

15、LNG气化站发生泄漏和火灾时事故最小化的保证。这3个系统只有有机结合在一起，才能充 分发挥作用。参考文献：1张红威，王启昆.LNG气化站工程的安全预评价J煤气与热力，2009, 29(5)： B06-B10.2毛建中.LNG气化站技术安全分析J煤气与热力，2009, 29(4)： B12-B15.赵淑君，朱万美，王丽娟.LNG的应用与气化站设计的探讨J煤气与热力，2005，25(8)： 36-38.4王蕾，李帆.LNG气化站的安全设计J煤气与热力，2005，25(6)： 30-33.5李志达.LNG气化站的安全技术措施与事故应急预案J煤气与热力，2007，27(3)： 49-53.6朱昌伟，马国光，李刚.LNG气化站的安全设计J.煤气与热力，2007，27(7)： 20-23.刘力宾.LNG气化站安全保护系统J煤气与热力，2009，29(3)： B13-B16.8黄增城镇中小型LNG气化站罐区消防设计J煤气与热力，2007，27(4)： 22-24.9郑欣，王遇冬，范君来天然气气质对LNG、CNG生产的影响J.煤气与热力，2006，26(2)： 20-23.