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LNG氣化站控制系統(tǒng)

更新時(shí)間:2011/1/20  來源:中國燃?xì)庠O(shè)備網(wǎng)  [收藏此信息]

    LNG作為目前西氣東輸管道天然氣的補(bǔ)充氣源或者備用氣源,已經(jīng)越來越引起全國各大中城市燃?xì)夤镜闹匾,LNG氣化站的安全運(yùn)行及先進(jìn)的控制顯得尤其重要。本文主要結(jié)合蘇州港華燃?xì)庥邢薰疽呀?jīng)建成并穩(wěn)定運(yùn)行的LNG氣化站來闡述控制系統(tǒng)的重要性。
1 LNG氣化站的危險(xiǎn)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(xiǎn)的液體,必須充分了解LNG氣化站的危險(xiǎn)性。
  ①低溫的危險(xiǎn)
  LNG泄漏后會(huì)迅速蒸發(fā),然后降至某一固定的蒸發(fā)速度。開始蒸發(fā)時(shí)氣體密度大于空氣密度,在地面形成一個(gè)流動(dòng)層,當(dāng)溫度上升到一110℃以上時(shí),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(tuán)。由于LNG泄漏時(shí)的溫度很低,其周圍大氣中的水蒸氣被冷凝成霧團(tuán),LNG再進(jìn)一步與空氣?昆合并完全氣化。LNG的低溫危險(xiǎn)還能使相關(guān)設(shè)備脆性斷裂和遇冷收縮,從而損壞設(shè)備和低溫灼傷操作者。
  ②BOG的危險(xiǎn)
  雖然LNG儲(chǔ)存于絕熱的儲(chǔ)罐中,但不可能完全無熱量交換,外界傳人的熱量會(huì)引起LNG蒸發(fā),產(chǎn)生BOG(蒸發(fā)氣體)。故要求LNG儲(chǔ)罐有一個(gè)極低的日蒸發(fā)率,要求儲(chǔ)罐本身設(shè)有合理的安全放散系統(tǒng)。否則,若BOG的量突增,使罐內(nèi)溫度、壓力迅速上升,致使儲(chǔ)罐破裂。
  ③著火的危險(xiǎn)
  天然氣的爆炸極限為5%~15%,遇明火可產(chǎn)生爆燃;鹧鏈囟雀、輻射熱強(qiáng),易形成大面積火災(zāi),且具有復(fù)燃性、復(fù)炸性。
    ④翻滾的危險(xiǎn)
    通常,儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG長期靜置或密度不同的LNG}昆裝,將形成兩個(gè)穩(wěn)定的液相層。當(dāng)外界熱量傳人罐內(nèi)時(shí),兩個(gè)液相居相互傳質(zhì)、傳熱并混合,液層表面開始蒸發(fā),下層由于吸收了上層的熱量,而處于過熱狀態(tài)。當(dāng)兩液相層密度接近時(shí),可在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量氣體,使罐內(nèi)壓力急劇上升,這就是翻滾現(xiàn)象。液體翻滾引起LNG蒸發(fā)率急增,若來不及排出大量的BOG,儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力將超過設(shè)計(jì)壓力,會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。
2 LNG氣化站運(yùn)行控制系統(tǒng)
  利用卸車增壓氣化器將LNG槽車內(nèi)的氣相壓力升高,將LNG通過管道卸至站內(nèi)儲(chǔ)罐。利用儲(chǔ)罐配套的自增壓氣化器來保證儲(chǔ)罐具有一定的壓力,并將LNG送人空溫式氣化器,通過環(huán)境空氣的熱量將LNG氣化為氣態(tài)天然氣。若氣態(tài)天然氣溫度大于5℃,則直接進(jìn)入調(diào)壓、計(jì)量、加臭裝置;若氣態(tài)天然氣溫度小于5℃,就需要經(jīng)過水浴式加熱器將氣態(tài)天然氣加熱到5℃以上,再送人調(diào)壓、計(jì)量、加臭裝置,最后送人中壓管網(wǎng)。LNG槽車和LNG儲(chǔ)罐產(chǎn)生的BOG排放至BOG加熱器,加熱后送入調(diào)壓、計(jì)量、加臭裝置,最后送入中壓管網(wǎng)。
    工藝裝置區(qū)中的氣化區(qū)是將LNG轉(zhuǎn)換為氣態(tài)天然氣的主要部位,也是整個(gè)氣化站的關(guān)鍵部位。在整個(gè)氣化區(qū)設(shè)置2組氣化器,在每組氣化器后設(shè)置2個(gè)溫度傳感器(減少溫度傳感器損壞引起誤動(dòng)作的概率)。當(dāng)一組氣化器結(jié)霜過多或發(fā)生故障時(shí),通過溫度檢測超限報(bào)警,連鎖關(guān)閉該組氣化器進(jìn)液管上的氣動(dòng)緊急切斷閥實(shí)現(xiàn)對氣化器的控制,同時(shí)打開另外一組氣化器的進(jìn)液管上的氣動(dòng)緊急切斷閥,保證供氣的連續(xù)性。
2.2 LNG氣化站運(yùn)行控制系統(tǒng)
    LNG氣化站是由儲(chǔ)罐區(qū)、工藝裝置區(qū)和輔助區(qū)3個(gè)區(qū)域組成。對每個(gè)區(qū)域都需進(jìn)行監(jiān)測或控制,關(guān)鍵地方還必須采用聯(lián)動(dòng)的方式來保證控制的及時(shí)性。要達(dá)到以上目的,必須要建設(shè)一套LNG氣化站的運(yùn)行控制系統(tǒng)(見圖2)。運(yùn)行控制系統(tǒng)分為PLC控制系統(tǒng)和現(xiàn)場調(diào)節(jié)設(shè)備的自動(dòng)連鎖控制2部分。
   儲(chǔ)罐區(qū)對于整個(gè)氣化站來說是核心部位,最主要的設(shè)備就是LNG儲(chǔ)罐,現(xiàn)以蘇州港華燃?xì)庥邢薰静捎玫恼婵辗勰┑蜏貕毫^熱儲(chǔ)罐為例,談?wù)凩NG氣化站運(yùn)行控制系統(tǒng)的配置。
    在儲(chǔ)罐上安裝壓力變送器和液位變送器來監(jiān)測儲(chǔ)罐壓力和液位。在進(jìn)、出液管上安裝氣動(dòng)緊急切斷閥,通過電磁閥和儀表來控制進(jìn)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(chǔ)罐進(jìn)行增壓。在氣相管上安裝減壓調(diào)節(jié)閥和安全閥,防止儲(chǔ)罐超壓。
    正常運(yùn)行中,必須將LNG儲(chǔ)罐的工作壓力控制在允許的范圍內(nèi)。LNG儲(chǔ)罐的正常工作壓力范圍為0.3~0.6 MPa,罐內(nèi)壓力低于設(shè)定值時(shí),可利用自增壓氣化器和自增壓閥對儲(chǔ)罐進(jìn)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(dòng)關(guān)閉壓力確定,其值通常比設(shè)定的自增壓閥開啟壓力高約15%。
    LNG在儲(chǔ)存過程中會(huì)由于儲(chǔ)罐不可能絕對無熱量交換,而緩慢蒸發(fā)(日靜態(tài)蒸發(fā)率≤O.3%),導(dǎo)致儲(chǔ)罐的壓力逐步升高,最終危及儲(chǔ)罐安全。為保證儲(chǔ)罐安全運(yùn)行,采用儲(chǔ)罐減壓調(diào)節(jié)閥、壓力報(bào)警手動(dòng)放散、安全閥起跳三級安全保護(hù)措施來進(jìn)行儲(chǔ)罐的超壓保護(hù)。
    其保護(hù)順序?yàn)楫?dāng)儲(chǔ)罐壓力上升到減壓調(diào)節(jié)閥設(shè)定的開啟值時(shí),減壓調(diào)節(jié)閥自動(dòng)打開泄放氣態(tài)天然氣。當(dāng)減壓調(diào)節(jié)閥失靈,罐內(nèi)壓力繼續(xù)上升,達(dá)到壓力報(bào)警值時(shí),壓力報(bào)警,手動(dòng)放散泄壓。當(dāng)減壓調(diào)節(jié)閥失靈且手動(dòng)放散未開啟時(shí),安全閥起跳泄壓,保證LNG儲(chǔ)罐的運(yùn)行安全。對于****工作壓力為0.600MPa的LNG儲(chǔ)罐,設(shè)計(jì)壓力為0.660 MPa,減壓調(diào)節(jié)閥的設(shè)定開啟壓力為0.615 MPa,儲(chǔ)罐報(bào)警壓力為0.620 MPa,安全閥開啟壓力為0.630 MPa。
    LNG儲(chǔ)罐在進(jìn)液或出液時(shí),液位產(chǎn)生變化。進(jìn)液時(shí)當(dāng)儲(chǔ)罐液位達(dá)到罐容的90%,由控制室發(fā)出報(bào)警信號,停止進(jìn)液。若控制失效,液位繼續(xù)上升,達(dá)到罐容的95%時(shí),通過PLC連鎖控制進(jìn)液管上的電磁閥,使之關(guān)閉氣動(dòng)緊急切斷閥,避免液位過高。
    若出液時(shí)儲(chǔ)罐液位達(dá)到罐容的10%時(shí),由控制室發(fā)出報(bào)警信號,停止出液。若控制失效,液位繼續(xù)下降,達(dá)到罐容的5%時(shí),通過PLC連鎖控制出液管上的電磁閥,使之關(guān)閉氣動(dòng)緊急切斷閥。避免罐內(nèi)無液,造成罐內(nèi)溫度上升,需要再次預(yù)冷。
    若發(fā)生緊急事故,可以通過罐區(qū)邊、卸車區(qū)旁或控制室內(nèi)的緊急切斷按鈕來切斷所有罐的進(jìn)、出液的氣動(dòng)緊急切斷閥和氣化器前的氣動(dòng)緊急切斷閥,避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。
3 LNG氣化站火氣控制系統(tǒng)
    LNG氣化站的火氣控制系統(tǒng)(F/G)功能是在火災(zāi)和可燃性氣體泄漏的情況下,能準(zhǔn)確探測火災(zāi)和氣體泄漏的程度和事故地點(diǎn),觸發(fā)聲光報(bào)警設(shè)備,并且根據(jù)事故發(fā)生的嚴(yán)重性等級而確定報(bào)警和啟動(dòng)消防設(shè)施,從而控制和避免災(zāi)難的發(fā)生,以防止對生產(chǎn)設(shè)備和人員的傷害及對環(huán)境的影響等。因而控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須遵循故障安全的原則,對整個(gè)系統(tǒng)的硬件和軟件的可靠性要求都很高。
3.1  火氣控制系統(tǒng)的設(shè)備
  ①溫度探測傳感器
  在儲(chǔ)罐區(qū)的導(dǎo)流槽上安裝低溫探測傳感器,通過對溫度的監(jiān)測來判斷是否有LNG泄漏。
  ②可燃?xì)怏w探頭
  在整個(gè)氣化站各個(gè)區(qū)域安裝催化燃燒型可燃?xì)怏w探頭,監(jiān)測空氣中的可燃?xì)怏w濃度,一般按可燃?xì)怏w的爆炸下限為最大量程,達(dá)到爆炸下限的20%視為警告(一級報(bào)警),達(dá)到爆炸下限的40%視為氣體泄漏報(bào)警(二級報(bào)警)。
③火焰探頭
    在LNG儲(chǔ)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(jiān)測來發(fā)現(xiàn)明火并發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號。
④手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕
    在LNG儲(chǔ)罐區(qū)周邊安裝按壓式手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕,在整個(gè)廠區(qū)分布設(shè)置破玻璃式手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕,通過敲碎玻璃觸發(fā)信號來啟動(dòng)消防系統(tǒng)。
  ⑤聲光報(bào)警器
  在氣化站分布設(shè)置聲光報(bào)警器,用于火災(zāi)報(bào)警時(shí)的聲音和光的提示功能,以確保所有現(xiàn)場人員都能及時(shí)知道火災(zāi)的發(fā)生,以采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。
  ⑥泡沫發(fā)生器
  在LNG儲(chǔ)罐邊設(shè)置一個(gè)泡沫發(fā)生器,主要對LNG泄漏時(shí)儲(chǔ)罐區(qū)的集液池實(shí)施全部泡沫覆蓋,減慢LNG氣化的速度。
  ⑦消防系統(tǒng)
  由消防控制柜、消防泵、穩(wěn)壓泵、穩(wěn)壓罐、噴淋管、電磁蝶閥和高壓水槍等組成。
3.2火氣控制系統(tǒng)的連鎖關(guān)系
    ①可燃?xì)怏w探測產(chǎn)生的連鎖
    a·單探頭可燃?xì)怏w探測:當(dāng)可燃?xì)怏w的一級報(bào)警設(shè)定值達(dá)到爆炸下限的20%時(shí),在控制室的火災(zāi)報(bào)警控制器上報(bào)警,在人機(jī)界面上低濃度可燃?xì)怏w報(bào)警并記錄事件。當(dāng)可燃?xì)怏w的二級報(bào)警設(shè)定值達(dá)到爆炸下限的40%時(shí),在控制室的火災(zāi)報(bào)警控制器上報(bào)警,在人機(jī)界面上高濃度可燃?xì)怏w報(bào)警并記錄
    b·多探頭可燃?xì)怏w探測:多個(gè)探頭中同時(shí)有2個(gè)探頭的一級報(bào)警設(shè)定值達(dá)到爆炸下限的20%時(shí),在控制室的火災(zāi)報(bào)警控制器上報(bào)警,在人機(jī)界面上多探頭低濃度報(bào)警并記錄事件。當(dāng)多個(gè)探頭中同時(shí)有2個(gè)探頭的二級報(bào)警設(shè)定值達(dá)到爆炸下限的40%時(shí),不僅在控制室的火災(zāi)報(bào)警控制器上報(bào)警,在人機(jī)界面上多探頭高濃度報(bào)警并記錄事件,通過手動(dòng)確認(rèn)高濃度可燃?xì)怏w報(bào)警,同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)現(xiàn)場的聲光報(bào)警器并將信號送給緊急停車系統(tǒng),關(guān)閉所有儲(chǔ)罐的進(jìn)、出液閥和氣化器的進(jìn)口閥。
  ②火焰探測產(chǎn)生的連鎖
  a·觸發(fā)單探頭火災(zāi)探測,在控制室人機(jī)界面上單探頭火災(zāi)報(bào)警并記錄事件。
    b·多個(gè)探頭中同時(shí)觸發(fā)2個(gè)探頭的火災(zāi)探測,在控制室人機(jī)界面上多探頭火災(zāi)報(bào)警并記錄事件,通過手動(dòng)確認(rèn)火災(zāi)報(bào)警,同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)現(xiàn)場的聲光報(bào)警器并打開泡沫閥、切斷污水泵電源、啟動(dòng)消防泵并發(fā)信號至緊急停車系統(tǒng),關(guān)閉所有儲(chǔ)罐的進(jìn)、出液閥和氣化器的進(jìn)口閥。
  ③低溫探測產(chǎn)生的蓮鎖
  a.單探頭低溫探測達(dá)一30℃,在控制室人機(jī)界面上低溫報(bào)警并記錄事件。單探頭低溫探測達(dá)一50℃,在控制室的人機(jī)界面上超低溫報(bào)警并記錄事件。
    b.多個(gè)探頭中同時(shí)有2個(gè)探頭檢測值達(dá)到一30
℃,不僅在控制室人機(jī)界面上多探頭低溫報(bào)警并記錄事件,還要啟動(dòng)現(xiàn)場的聲光報(bào)警器。
    c.多個(gè)探頭中同時(shí)有2個(gè)探頭檢測值達(dá)到一50℃,在控制室人機(jī)界面上多探頭超低溫報(bào)警并記錄事件,手動(dòng)確認(rèn)超低溫報(bào)警,同時(shí)自動(dòng)打開LNG儲(chǔ)罐區(qū)泡沫閥、切斷污水泵電源和啟動(dòng)1臺(tái)消防泵,同時(shí)發(fā)信號至緊急停車系統(tǒng),關(guān)閉所有儲(chǔ)罐的進(jìn)、出液閥和氣化器的進(jìn)口閥。
  d.若在控制室人機(jī)界面上手動(dòng)打開LNG儲(chǔ)罐區(qū)泡沫閥時(shí),會(huì)同時(shí)切斷污水泵電源和啟動(dòng)l臺(tái)消防泵,同時(shí)發(fā)信號至緊急停車系統(tǒng),關(guān)閉所有儲(chǔ)罐的進(jìn)、出液閥和氣化器的進(jìn)口閥。
  ④泡沫儲(chǔ)罐液位檢測產(chǎn)生的連鎖
  a.泡沫儲(chǔ)罐液位達(dá)到報(bào)警下限值(30%),在控制室人機(jī)界面上報(bào)警并記錄事件。
  b.泡沫儲(chǔ)罐液位達(dá)到報(bào)警下下限值(10%),在控制室人機(jī)界面上報(bào)警并記錄事件,同時(shí)使泡沫閥不能打開。以防只有水,沒有泡沫產(chǎn)生,而發(fā)生危險(xiǎn)。
結(jié)語
  氣化站運(yùn)行控制系統(tǒng)是整個(gè)LNG氣化站穩(wěn)定運(yùn)行的保證,緊急停車系統(tǒng)是LNG氣化站的安全保證,火氣控制系統(tǒng)是LNG氣化站發(fā)生泄漏和火災(zāi)時(shí)事故最小化的保證。這3個(gè)系統(tǒng)只有有機(jī)結(jié)合在一起,才能充分發(fā)揮作用。
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