LNG氣化站控制系統

    LNG作為目前西氣東輸管道天然氣的補充氣源或者備用氣源，已經越來越引起全國各大中城市燃氣公司的重視，LNG氣化站的安全運行及先進的控制顯得尤其重要。本文主要結合蘇州港華燃氣有限公司已經建成并穩定運行的LNG氣化站來闡述控制系統的重要性。

    由于LNG是由天然氣冷卻到一162℃而成的深冷液體，又具有天然氣易燃易爆的特性，因此LNG是一種非常危險的液體，必須充分了解LNG氣化站的危險性。

  ①低溫的危險

  LNG泄漏后會迅速蒸發，然后降至某一固定的蒸發速度。開始蒸發時氣體密度大于空氣密度，在地面形成一個流動層，當溫度上升到一110℃以上時，LNG蒸氣與空氣的混合物在溫度上升過程中形成了密度小于空氣的云團。由于LNG泄漏時的溫度很低，其周圍大氣中的水蒸氣被冷凝成霧團，LNG再進一步與空氣?昆合并完全氣化。LNG的低溫危險還能使相關設備脆性斷裂和遇冷收縮，從而損壞設備和低溫灼傷操作者。

  ②BOG的危險

  雖然LNG儲存于絕熱的儲罐中，但不可能完全無熱量交換，外界傳人的熱量會引起LNG蒸發，產生BOG(蒸發氣體)。故要求LNG儲罐有一個極低的日蒸發率，要求儲罐本身設有合理的安全放散系統。否則，若BOG的量突增，使罐內溫度、壓力迅速上升，致使儲罐破裂。

  ③著火的危險

  天然氣的爆炸極限為5％～15％，遇明火可產生爆燃。火焰溫度高、輻射熱強，易形成大面積火災，且具有復燃性、復炸性。

    ④翻滾的危險

    通常，儲罐內的LNG長期靜置或密度不同的LNG}昆裝，將形成兩個穩定的液相層。當外界熱量傳人罐內時，兩個液相居相互傳質、傳熱并混合，液層表面開始蒸發，下層由于吸收了上層的熱量，而處于過熱狀態。當兩液相層密度接近時，可在短時間內產生大量氣體，使罐內壓力急劇上升，這就是翻滾現象。液體翻滾引起LNG蒸發率急增，若來不及排出大量的BOG，儲罐內的壓力將超過設計壓力，會發生危險。

2 LNG氣化站運行控制系統

  利用卸車增壓氣化器將LNG槽車內的氣相壓力升高，將LNG通過管道卸至站內儲罐。利用儲罐配套的自增壓氣化器來保證儲罐具有一定的壓力，并將LNG送人空溫式氣化器，通過環境空氣的熱量將LNG氣化為氣態天然氣。若氣態天然氣溫度大于5℃，則直接進入調壓、計量、加臭裝置；若氣態天然氣溫度小于5℃，就需要經過水浴式加熱器將氣態天然氣加熱到5℃以上，再送人調壓、計量、加臭裝置，最后送人中壓管網。LNG槽車和LNG儲罐產生的BOG排放至BOG加熱器，加熱后送入調壓、計量、加臭裝置，最后送入中壓管網。

    工藝裝置區中的氣化區是將LNG轉換為氣態天然氣的主要部位，也是整個氣化站的關鍵部位。在整個氣化區設置2組氣化器，在每組氣化器后設置2個溫度傳感器(減少溫度傳感器損壞引起誤動作的概率)。當一組氣化器結霜過多或發生故障時，通過溫度檢測超限報警，連鎖關閉該組氣化器進液管上的氣動緊急切斷閥實現對氣化器的控制，同時打開另外一組氣化器的進液管上的氣動緊急切斷閥，保證供氣的連續性。

2．2 LNG氣化站運行控制系統

    LNG氣化站是由儲罐區、工藝裝置區和輔助區3個區域組成。對每個區域都需進行監測或控制，關鍵地方還必須采用聯動的方式來保證控制的及時性。要達到以上目的，必須要建設一套LNG氣化站的運行控制系統(見圖2)。運行控制系統分為PLC控制系統和現場調節設備的自動連鎖控制2部分。

   儲罐區對于整個氣化站來說是核心部位，最主要的設備就是LNG儲罐，現以蘇州港華燃氣有限公司采用的真空粉末低溫壓力絕熱儲罐為例，談談LNG氣化站運行控制系統的配置。

    在儲罐上安裝壓力變送器和液位變送器來監測儲罐壓力和液位。在進、出液管上安裝氣動緊急切斷閥，通過電磁閥和儀表來控制進液或出液。在氣、液相管之間安裝自增壓氣化器和自增壓閥，對儲罐進行增壓。在氣相管上安裝減壓調節閥和安全閥，防止儲罐超壓。

    正常運行中，必須將LNG儲罐的工作壓力控制在允許的范圍內。LNG儲罐的正常工作壓力范圍為0.3～0.6 MPa，罐內壓力低于設定值時，可利用自增壓氣化器和自增壓閥對儲罐進行增壓。增壓下限由自增壓閥開啟壓力確定，增壓上限由自增壓閥的自動關閉壓力確定，其值通常比設定的自增壓閥開啟壓力高約15％。

    LNG在儲存過程中會由于儲罐不可能絕對無熱量交換，而緩慢蒸發(日靜態蒸發率≤O.3％)，導致儲罐的壓力逐步升高，最終危及儲罐安全。為保證儲罐安全運行，采用儲罐減壓調節閥、壓力報警手動放散、安全閥起跳三級安全保護措施來進行儲罐的超壓保護。

    其保護順序為當儲罐壓力上升到減壓調節閥設定的開啟值時，減壓調節閥自動打開泄放氣態天然氣。當減壓調節閥失靈，罐內壓力繼續上升，達到壓力報警值時，壓力報警，手動放散泄壓。當減壓調節閥失靈且手動放散未開啟時，安全閥起跳泄壓，保證LNG儲罐的運行安全。對于****工作壓力為0.600MPa的LNG儲罐，設計壓力為0.660 MPa，減壓調節閥的設定開啟壓力為0.615 MPa，儲罐報警壓力為0.620 MPa，安全閥開啟壓力為0.630 MPa。

    LNG儲罐在進液或出液時，液位產生變化。進液時當儲罐液位達到罐容的90％，由控制室發出報警信號，停止進液。若控制失效，液位繼續上升，達到罐容的95％時，通過PLC連鎖控制進液管上的電磁閥，使之關閉氣動緊急切斷閥，避免液位過高。

    若出液時儲罐液位達到罐容的10％時，由控制室發出報警信號，停止出液。若控制失效，液位繼續下降，達到罐容的5％時，通過PLC連鎖控制出液管上的電磁閥，使之關閉氣動緊急切斷閥。避免罐內無液，造成罐內溫度上升，需要再次預冷。

    若發生緊急事故，可以通過罐區邊、卸車區旁或控制室內的緊急切斷按鈕來切斷所有罐的進、出液的氣動緊急切斷閥和氣化器前的氣動緊急切斷閥，避免事故進一步擴大。

    LNG氣化站的火氣控制系統(F／G)功能是在火災和可燃性氣體泄漏的情況下，能準確探測火災和氣體泄漏的程度和事故地點，觸發聲光報警設備，并且根據事故發生的嚴重性等級而確定報警和啟動消防設施，從而控制和避免災難的發生，以防止對生產設備和人員的傷害及對環境的影響等。因而控制系統的設計必須遵循故障安全的原則，對整個系統的硬件和軟件的可靠性要求都很高。

  ①溫度探測傳感器

  在儲罐區的導流槽上安裝低溫探測傳感器，通過對溫度的監測來判斷是否有LNG泄漏。

  ②可燃氣體探頭

  在整個氣化站各個區域安裝催化燃燒型可燃氣體探頭，監測空氣中的可燃氣體濃度，一般按可燃氣體的爆炸下限為最大量程，達到爆炸下限的20％視為警告(一級報警)，達到爆炸下限的40％視為氣體泄漏報警(二級報警)。

③火焰探頭

    在LNG儲罐四周安裝紅外紫外加頻率的火焰探頭，通過對可燃性氣體或液體火焰的監測來發現明火并發出火災報警信號。

④手動火災報警按鈕

    在LNG儲罐區周邊安裝按壓式手動火災報警按鈕，在整個廠區分布設置破玻璃式手動火災報警按鈕，通過敲碎玻璃觸發信號來啟動消防系統。

  ⑤聲光報警器

  在氣化站分布設置聲光報警器，用于火災報警時的聲音和光的提示功能，以確保所有現場人員都能及時知道火災的發生，以采取相應的應急措施。

  ⑥泡沫發生器

  在LNG儲罐邊設置一個泡沫發生器，主要對LNG泄漏時儲罐區的集液池實施全部泡沫覆蓋，減慢LNG氣化的速度。

  ⑦消防系統

  由消防控制柜、消防泵、穩壓泵、穩壓罐、噴淋管、電磁蝶閥和高壓水槍等組成。

    ①可燃氣體探測產生的連鎖

    a·單探頭可燃氣體探測：當可燃氣體的一級報警設定值達到爆炸下限的20％時，在控制室的火災報警控制器上報警，在人機界面上低濃度可燃氣體報警并記錄事件。當可燃氣體的二級報警設定值達到爆炸下限的40％時，在控制室的火災報警控制器上報警，在人機界面上高濃度可燃氣體報警并記錄

    b·多探頭可燃氣體探測：多個探頭中同時有2個探頭的一級報警設定值達到爆炸下限的20％時，在控制室的火災報警控制器上報警，在人機界面上多探頭低濃度報警并記錄事件。當多個探頭中同時有2個探頭的二級報警設定值達到爆炸下限的40％時，不僅在控制室的火災報警控制器上報警，在人機界面上多探頭高濃度報警并記錄事件，通過手動確認高濃度可燃氣體報警，同時自動啟動現場的聲光報警器并將信號送給緊急停車系統，關閉所有儲罐的進、出液閥和氣化器的進口閥。

  ②火焰探測產生的連鎖

  a·觸發單探頭火災探測，在控制室人機界面上單探頭火災報警并記錄事件。

    b·多個探頭中同時觸發2個探頭的火災探測，在控制室人機界面上多探頭火災報警并記錄事件，通過手動確認火災報警，同時自動啟動現場的聲光報警器并打開泡沫閥、切斷污水泵電源、啟動消防泵并發信號至緊急停車系統，關閉所有儲罐的進、出液閥和氣化器的進口閥。

  ③低溫探測產生的蓮鎖

  a．單探頭低溫探測達一30℃，在控制室人機界面上低溫報警并記錄事件。單探頭低溫探測達一50℃，在控制室的人機界面上超低溫報警并記錄事件。

    b．多個探頭中同時有2個探頭檢測值達到一30

℃，不僅在控制室人機界面上多探頭低溫報警并記錄事件，還要啟動現場的聲光報警器。

    c．多個探頭中同時有2個探頭檢測值達到一50℃，在控制室人機界面上多探頭超低溫報警并記錄事件，手動確認超低溫報警，同時自動打開LNG儲罐區泡沫閥、切斷污水泵電源和啟動1臺消防泵，同時發信號至緊急停車系統，關閉所有儲罐的進、出液閥和氣化器的進口閥。

  d．若在控制室人機界面上手動打開LNG儲罐區泡沫閥時，會同時切斷污水泵電源和啟動l臺消防泵，同時發信號至緊急停車系統，關閉所有儲罐的進、出液閥和氣化器的進口閥。

  ④泡沫儲罐液位檢測產生的連鎖

  a．泡沫儲罐液位達到報警下限值(30％)，在控制室人機界面上報警并記錄事件。

  b．泡沫儲罐液位達到報警下下限值(10％)，在控制室人機界面上報警并記錄事件，同時使泡沫閥不能打開。以防只有水，沒有泡沫產生，而發生危險。

  氣化站運行控制系統是整個LNG氣化站穩定運行的保證，緊急停車系統是LNG氣化站的安全保證，火氣控制系統是LNG氣化站發生泄漏和火災時事故最小化的保證。這3個系統只有有機結合在一起，才能充分發揮作用。