LNG气化站控制系统

书书书 ＬＮＧ气化站控制系统 孙　能１，　刘兰慧２，　陈　进１，　张明明１ （１．苏州港华燃气有限公司，江苏 苏州 ２１５０２１；２．中国市政工程华北设计研究总院，天津 ３０００７４） 　　摘　要：　ＬＮＧ气化站控制系统是气化站安全运行的必要保证，介绍了 ＬＮＧ气化站的工艺流 程、运行控制系统、火气控制系统以及与紧急停车系统的有机结合，确保ＬＮＧ气化站安全最大化。 　　关键词：　连锁；　ＰＬＣ控制；　低温压力储罐；　火气控制系统 中图分类号：ＴＵ９９６　　文献标识码：Ｂ　　文章编号：１０００－４４１６（２０１０）１２－０Ｂ１０－０４ ＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＬＮＧＶａｐｏｒｉｚｉｎｇＳｔａｔｉｏｎ ＳＵＮＮｅｎｇ，　ＬＩＵＬａｎｈｕｉ，　ＣＨＥＮＪｉｎ，　ＺＨＡＮＧＭｉｎｇｍｉｎｇ 　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　ＴｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒＬＮＧｖａｐｏｒｉｚｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｉｓａｎｅｓｓｅｎｔｉａｌｇｕａｒａｎｔｅｅｆｏｒｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅｓｔａｔｉｏｎ．ＴｈｅｐｒｏｃｅｓｓｆｌｏｗｏｆＬＮＧｖａｐｏｒｉｚｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｆｉｒｅａｎｄｇａｓｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｅｍｅｒｇｅｎｃｙｓｈｕｔｄｏｗｎｓｙｓｔｅｍａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｅｎｓｕｒｅｍａｘｉｍｕｍｓａｆｅｔｙｏｆ ｔｈｅｓｔａｔｉｏｎ． 　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ；　ＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌ；　ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋ；　ｆｉｒｅａｎｄｇａｓ ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ 　　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［１～８］。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 －１６２℃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［９］。 ①　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 －１１０℃以上 时，ＬＮＧ蒸气与空气的混合物在温度上升过程中形 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。 ②　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。 ③　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，且具有复燃性、复炸性。 ④　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 ·０１Ｂ· 第３０卷　第１２期 ２０１０年１２月 煤 气 与 热 力 ＧＡＳ＆ＨＥＡＴ Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．１２ Ｄｅｃ．２０１０ 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。 !"# 槽车 $%# 加热器 卸车台 空温式气化器 自增压气化器 !"# 储罐 热水炉 水浴式加热器 循环水泵 调压装置计量!加臭装置中压管网 回水 供水 天然气 图１　ＬＮＧ气化站工艺流程 利用卸车增压气化器将 ＬＮＧ槽车内的气相压 力升高，将ＬＮＧ通过管道卸至站内储罐。利用储罐 配套的自增压气化器来保证储罐具有一定的压力， 并将ＬＮＧ送入空温式气化器，通过环境空气的热量 将ＬＮＧ气化为气态天然气。若气态天然气温度大 于５℃，则直接进入调压、计量、加臭装置；若气态天 然气温度小于５℃，就需要经过水浴式加热器将气 态天然气加热到５℃以上，再送入调压、计量、加臭 装置，最后送入中压管网。ＬＮＧ槽车和ＬＮＧ储罐产 生的ＢＯＧ排放至ＢＯＧ加热器，加热后送入调压、计 量、加臭装置，最后送入中压管网。 工艺装置区中的气化区是将 ＬＮＧ转换为气态 天然气的主要部位，也是整个气化站的关键部位。 在整个气化区设置２组气化器，在每组气化器后设 置２个温度传感器（减少温度传感器损坏引起误动 作的概率）。当一组气化器结霜过多或发生故障 时，通过温度检测超限报警，连锁关闭该组气化器进 液管上的气动紧急切断阀实现对气化器的控制，同 时打开另外一组气化器的进液管上的气动紧急切断 阀，保证供气的连续性。 ２．２　ＬＮＧ气化站运行控制系统 ＬＮＧ气化站是由储罐区、工艺装置区和辅助区 ３个区域组成。对每个区域都需进行监测或控制， 关键地方还必须采用联动的方式来保证控制的及时 性。要达到以上目的，必须要建设一套 ＬＮＧ气化站 的运行控制系统（见图２）。运行控制系统分为ＰＬＣ 控制系统和现场调节设备的自动连锁控制２部分。 触摸屏 !"# 控制器 浪涌保护器 接线端子排 "$% 气化站现场调节设备 上位 服务器 仪表柜 控制室 现场 图２　ＬＮＧ气化站运行控制系统 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０．６００ ＭＰａ的ＬＮＧ储罐，设计压力为０．６６０ＭＰａ，减压调 节阀的设定开启压力为０．６１５ＭＰａ，储罐报警压力 为０．６２０ＭＰａ，安全阀开启压力为０．６３０ＭＰａ。 ·１１Ｂ· ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ 孙　能，等：ＬＮＧ气化站控制系统　 第３０卷　第１２期 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 ①　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。 ②　可燃气体探头 在整个气化站各个区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）。 ③　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。 ④　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。 ⑤　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施。 ⑥　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。 ⑦　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 ①　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。 ②　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。 ③　低温探测产生的连锁 ａ．单探头低温探测达－３０℃，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－５０ ℃，在控制室的人机界面上超低温报警并记录事件。 ·２１Ｂ· 第３０卷　第１２期 　煤 气 与 热 力 ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ ｂ．多个探头中同时有２个探头检测值达到－３０ ℃，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－５０ ℃，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。 ④ 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． ［３］　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． ［７］　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． 作者简介：孙能（１９７３－　），男，江苏苏州人，大学，主要从 事燃气管网监控系统建设和管理，现任苏州港华 燃气有限公司资讯科技部主任。 电话：（０５１２）８８１８４３２８ Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｕｎｎｅｎｇ＠１６３．ｃｏｍ 收稿日期：２０１０－０６－１７；　修回日期： 櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵 ２０１０－１０－２９ ·工程信息· 四川绵阳市天然气储配站工程简介 建设单位：绵阳市燃气集团。 工程内容：占地面积为３９６４９ｍ２，工程主要内容为：生产调度中心、办公楼、仪表控制室、消防泵房、压缩 机房、６台３０００ｍ３球罐、高压球罐基础及其他附属设施。 总造价：１．３３×１０８元。 建设期：２０１０年—２０１２年。 （本刊通讯员　供稿） ·３１Ｂ· ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ 孙　能，等：ＬＮＧ气化站控制系统　 第３０卷　第１２期 LNG气化站控制系统 作者： 孙能， 刘兰慧， 陈进， 张明明， SUN Neng， LIU Lan-hui， CHEN Jin， ZHANG Ming-ming 作者单位： 孙能,陈进,张明明,SUN Neng,CHEN Jin,ZHANG Ming-ming(苏州港华燃气有限公司,江苏,苏州,215021)， 刘 兰慧,LIU Lan-hui(中国市政工程华北设计研究总院,天津,300074) 刊名： 煤气与热力 英文刊名： GAS & HEAT 年，卷(期)： 2010,30(12) 参考文献(9条) 1.张红威.王启昆 LNG气化站工程的安全预评价 2009(5) 2.毛建中 LNG气化站技术安全分析 2009(4) 3.赵淑君.朱万美.王丽娟 LNG的应用与气化站设计的探讨 2005(8) 4.王蕾.李帆 LNG气化站的安全设计 2005(6) 5.李志达 LNG气化站的安全技术措施与事故应急预案 2007(3) 6.朱昌伟.马国光.李刚 LNG气化站的安全设计 2007(7) 7.刘力宾 LNG气化站安全保护系统 2009(3) 8.黄增 城镇中小型LNG气化站罐区消防设计 2007(4) 9.郑欣.王遇冬.范君来 天然气气质对LNG、CNG生产的影响 2006(2) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_mqyrl201012016.aspx