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LNG儲(chǔ)罐壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文檔作者：周琳琳劉慶勝文檔來(lái)源：中國(guó)石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年02月06日
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石油工程建設(shè)
LN G儲(chǔ)罐壓力控制 系統(tǒng)設(shè)訓(xùn)
周琳琳，劉慶勝
中國(guó)石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司，山東青島266400
工程設(shè)計(jì)_
文章對(duì)LNG儲(chǔ)罐壓力控制及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的組成和理念進(jìn)行了分析，考慮不同工況下，當(dāng)儲(chǔ)罐超壓時(shí)，對(duì)儲(chǔ)罐吸熱
等原因引起的BOG蒸發(fā)量進(jìn)行了計(jì)算，當(dāng)儲(chǔ)罐負(fù)壓時(shí)，對(duì)儲(chǔ)罐需要的補(bǔ)氣量進(jìn)行了計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)接收站
BOG壓縮機(jī)、LNG儲(chǔ)罐安全閥(PSV)、真空閥(vsv)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了確定。
關(guān)鍵訌
LNG儲(chǔ)罐；壓力控制；安全閥； 真空閥
Design of Pressure Control System of LNG Storage Tank
Zhou Linlin，Liu Qingsheng
Sinopec Qingdao Liquefied Natural Gas Co．，Ltd．，Qingdao 266400，China
＼ 0S ：
This paper analyzes LNG terminal tank pressure control and pressu re interlock protection system．The different
working conditions are considered．W hen storage tank is overpressu re， the amount of BOG generated by heat
absorption of the storage tank is calculated．W hen storage tank is underpressure， the tank com pensative gas volume
is calculated．According to the results，this paper determines the design parameters of BOG compressor， pressure
safety valve and vacuum safety valve at the terminal station．
： 、?！?v f ：
LNG storage tank；pressu re control；pressure safety valve；vacuum solenoid valve
0 引言 ：
LNG儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存的LNG為飽和液體，溫度一155～
一1 63 cc，盡管儲(chǔ)罐有良好的絕熱性能，但罐內(nèi)物料由于
罐壁和環(huán)境的熱量交換、卸料臂和卸船管道冷損、大氣
壓下降等原因會(huì)產(chǎn)生閃蒸氣(BOG)，如果BOG不能及
時(shí)排出，儲(chǔ)罐將會(huì)超壓；當(dāng)LNG儲(chǔ)罐罐內(nèi)泵外輸量超過(guò)
LNG蒸發(fā)量、儲(chǔ)罐低壓操作時(shí)大氣壓升高、BOG壓縮機(jī)
的抽氣量過(guò)大會(huì)造成儲(chǔ)罐出現(xiàn)負(fù)壓” 。超壓或負(fù)壓均會(huì)對(duì)
儲(chǔ)罐產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅，故一套完整的LNG儲(chǔ)罐壓力保護(hù)
系統(tǒng)是儲(chǔ)罐“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿(mǎn)、優(yōu)”運(yùn)行的重要保證 l。
1 LNG儲(chǔ)罐壓力保護(hù)系統(tǒng)
山東LNG接收站項(xiàng)目建設(shè)4臺(tái)LNG儲(chǔ)罐，單臺(tái)容
積為16萬(wàn)m。，其壓力控制及保護(hù)系統(tǒng)如圖1所示，當(dāng)
LNG接收站正常運(yùn)行時(shí)，如果儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG量增
大，儲(chǔ)罐壓力就會(huì)升高，這時(shí)需開(kāi)啟BOG壓縮機(jī)來(lái)調(diào)
節(jié)儲(chǔ)罐中的壓力。為選出最大壓力，在4個(gè)儲(chǔ)罐中分別
設(shè)置壓力變送器，然后通過(guò)高選模塊PY1選擇壓力最高
的一個(gè)，作為控制BOG壓縮機(jī)能力的信號(hào)。通過(guò)BOG
壓縮機(jī)處理量的變化可以調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力。山東LNG項(xiàng)
目設(shè)計(jì)時(shí)在BOG壓縮機(jī)內(nèi)部設(shè)置了4檔容量選擇，即
25％、50％ 、75％、100％ ，如果儲(chǔ)罐中的壓力增加到
超過(guò)高壓設(shè)定值時(shí)，運(yùn)行中的BOG壓縮機(jī)會(huì)自動(dòng)向上
跳一級(jí)；如果儲(chǔ)罐的壓力下降到低壓設(shè)定值時(shí)，運(yùn)行中
的BOG壓縮機(jī)會(huì)自動(dòng)降一級(jí)。
山東LNG項(xiàng)目?jī)?chǔ)罐的最大操作壓力為25 kPa，為
防止儲(chǔ)罐在運(yùn)行中發(fā)生超壓事故，儲(chǔ)罐設(shè)置了超壓保
40卷麓5囂39■_
l 工程設(shè)計(jì) 石油工程建設(shè)
·一 ? ? 一一、 高高聯(lián)鎖切斷返回
護(hù)。當(dāng)壓力變送器PT2檢測(cè)到儲(chǔ)罐壓力達(dá)到26 kPa
時(shí)，將信號(hào)送入PI2控制器打開(kāi)火炬系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥，將超
壓部分氣體排入火炬燃燒。當(dāng)壓力超過(guò)27．5 kPa時(shí)，
通過(guò)PT3、PT4、PT5檢測(cè)到壓力信號(hào)進(jìn)行3選2邏輯
后，通過(guò)聯(lián)鎖保護(hù)切斷返回到儲(chǔ)罐的BOG。在儲(chǔ)罐頂
端下風(fēng)向設(shè)置安全閥(PSV)，當(dāng)儲(chǔ)罐壓力達(dá)到29 kPa
時(shí)，PSV打開(kāi)，將超壓部分氣體直接排入大氣。
為了防止LNG儲(chǔ)罐在運(yùn)行中發(fā)生負(fù)壓事故，儲(chǔ)罐設(shè)
置負(fù)壓保護(hù)。當(dāng)儲(chǔ)罐壓力低于2．75 kPa時(shí)，通過(guò)PT3、
PT4、PT5檢測(cè)到壓力信號(hào)進(jìn)行3選2邏輯后，切斷進(jìn)
入BOG壓縮機(jī)的天然氣。當(dāng)PT2檢測(cè)到儲(chǔ)罐壓力降至
2 kPa時(shí)，打開(kāi)破真空閥，將外輸氣體經(jīng)兩級(jí)減壓后補(bǔ)
入儲(chǔ)罐，以維持儲(chǔ)罐內(nèi)壓力穩(wěn)定。另外，儲(chǔ)罐頂端設(shè)真
空閥(VSV)，如果罐內(nèi)壓力繼續(xù)降低至一0．22 kPa時(shí)。
VSV打開(kāi)，將空氣引入至罐內(nèi)。
一
一
情況下，即儲(chǔ)罐內(nèi)蒸發(fā)量為L(zhǎng)NG量的5／1 0 000且4臺(tái)
儲(chǔ)罐全部滿(mǎn)裝，此時(shí)儲(chǔ)罐從外部吸熱產(chǎn)生的BOG量為：
× =6 000 (kg／h) (1)
式中 ——儲(chǔ)罐從外部吸熱產(chǎn)生的BOG量／(kg／h)；
，vT } 一儲(chǔ)罐數(shù)／臺(tái)， 丁ANK=4；
K__一儲(chǔ)罐體積／m。， K=160 000；
pLNG_一LNG的密度／(kg／m。)，pLNG=450。
在LNG卸料過(guò)程中，LNG注入儲(chǔ)罐導(dǎo)致液位上升，
液面上層空間的BOG返回至LNG船的體積流量／j＼于進(jìn)
入儲(chǔ)罐的LNG體積流量會(huì)造成儲(chǔ)罐壓力上升，卸料時(shí)產(chǎn)
生的體積置換為：
／1／2= ( NG一 oG) ×pBoG=5400 (kg／h) (2)
鰻 式中
通過(guò)對(duì)各種原因引起的儲(chǔ)罐超壓和負(fù)壓情況的定量
計(jì)算，為儲(chǔ)罐壓力監(jiān)控設(shè)計(jì)及BOG壓縮機(jī)、PSV、VSV
的參數(shù)選擇提供設(shè)計(jì)依據(jù)。
由于外部環(huán)境向LNG儲(chǔ)罐不斷傳遞熱量，使得罐
內(nèi)LNG氣化而產(chǎn)生BOG。從外部環(huán)境吸熱產(chǎn)生的BOG
量因天氣、太陽(yáng)輻射等因素有較大變化，本文考慮極端
廣卸料時(shí)因 詈換產(chǎn)生的BOG量／(kg／h)；
凡-e一接收站全速卸料時(shí)的LNG流量／(mS／h)，
G=14000；
o廠(chǎng)卸料時(shí)儲(chǔ)罐內(nèi)BOG經(jīng)卸料氣體臂返回至
船艙內(nèi)的流量／(m3／h)， 1B。G：1 1 000；
pBOG——B0G的密度／(kg／m。)，pBoG=1．8。
山東LNG項(xiàng)目設(shè)5臺(tái)卸料臂，其中4臺(tái)為液相臂，
1臺(tái)為氣相臂，在卸料過(guò)程中，液相臂及卸料管道會(huì)從
環(huán)境中吸收熱量，產(chǎn)生大量的BOG，這些BOG也是造
成儲(chǔ)罐壓力上升的重要原因。
周琳琳等：LNG儲(chǔ)罐壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
卸料臂吸熱產(chǎn)生的BOG量為：
／V／3： ：1 976 (kg／h) (3)
^
式中 ?！读媳畚諢崃慨a(chǎn)生的BOG量／(kg／h)；
，、I—— 液相卸料臂數(shù)／臺(tái)，～ =4；
()．— —單臺(tái)卸料臂每d＼時(shí)從外界吸收的熱量／
(kJ／h)，pL=252 000；
A—— 每產(chǎn)生一千克BOG所需的熱量／(kJ／kg)，
A = 51 0。
卸料管道吸熱產(chǎn)生的BOG量為：
=1T×D pe}．ne×，J pe¨n。×— =1 047 ([kg／h) (4)
^
式中M ——卸 管道吸收熱量產(chǎn)生的BOG量／([kg／h)；
D 一卸料管道直徑／m，D 。=1．050；
，J刪． 一卸料管道長(zhǎng)度／m，L刪． =1 500；
p 一卸料管道每平方米每／J＼時(shí)吸收的熱量
／(kJ／(h·m ))，pP：0 03×3 600。
則按9 以上計(jì)算，在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，接收站儲(chǔ)罐
內(nèi)最大BOG產(chǎn)生量為：
M= 1+ +M3+M4=14 423 (kg／h) (5)
考慮一定的裕量，山東LNG項(xiàng)目設(shè)兩臺(tái)BOG壓
縮機(jī)，單臺(tái)BOG壓縮機(jī)氣體輸入量為8 800 kg／h(約
4 900 m3／h)。即在非卸料期間，開(kāi)啟一臺(tái)壓縮機(jī)即可處
理BOG氣體，在卸料期間開(kāi)啟兩臺(tái)壓縮機(jī)。
2．2 jE I卜常j {-T狀 量分析
， 、 一
現(xiàn)場(chǎng)大氣壓力范圍為99～1 04 kPa，大氣壓的下降
將導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)表壓增大 ，為了維持儲(chǔ)罐內(nèi)壓力恒定，
需要排放出部分BOG氣體，根據(jù)EN1473標(biāo)準(zhǔn)附錄B
公式，大氣壓下降需排放的BOG量為：
s= × ×PB∞=7 473 ([kg／h) (6)
式中M廠(chǎng)一大氣壓下降極端情況下需排放的BOG量／
(kg／h)；
吁—_1氏液位時(shí)儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間／m。， OG：
205 500；
P一最低環(huán)境壓力／kPa，P=99；
／d￡——大氣壓最 率／(kPa／h)， ／dr=1．5。
I
翻滾是一種比較復(fù)雜的工況，根據(jù)EN 1 473標(biāo)準(zhǔn)附
錄B．1 1 ，在翻滾狀態(tài)下BOG產(chǎn)生量大約為儲(chǔ)罐從環(huán)
境吸熱產(chǎn)生BOG量的1 00倍，則單臺(tái)儲(chǔ)罐在翻滾狀態(tài)
下產(chǎn)生的BOG量為：
： 1 00× ：1 50 000 (kg／h) (7)
工程設(shè)計(jì)_
翻滾作為非正常工況，其BOG產(chǎn)生量的計(jì)算可作
為PSV閥設(shè)計(jì)的依據(jù)，并考慮一定的裕量，山東LNG
接收站每臺(tái)儲(chǔ)罐設(shè)5臺(tái)PSV閥(4用1備)，單臺(tái)最大
流量46 000 kg／h。
儲(chǔ)罐負(fù)壓定量分析的目的是為儲(chǔ)罐VSV閥的設(shè)計(jì)及
補(bǔ)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，負(fù)壓定量分析是在考慮儲(chǔ)罐
本身不從外界吸收熱量、兩臺(tái)BOG壓縮機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行、
罐內(nèi)3臺(tái)LNG泵同Bt~I,輸、大氣壓力升高時(shí)的極端工況
下計(jì)算的。
單臺(tái)儲(chǔ)罐罐內(nèi)泵的體積流量：
= 3 X 31 9=957 (m3／h) (8)
BOG壓縮機(jī)的體積流量：
= 2 X 4 900=9 800 (m3／h) (9)
大氣壓升高時(shí)單臺(tái)儲(chǔ)罐需要補(bǔ)充的BOG量：
= 慨／pBoG=4 1 51 (m3／h) (1 0)
則在極端工況下需要單臺(tái)儲(chǔ)罐VSV閥的補(bǔ)氣量為：
F= 呻+ 。 + =14 908 (m3／h) (1 1)
考慮一定的裕量，山東LNG項(xiàng)目單臺(tái)儲(chǔ)罐設(shè)4臺(tái)
VSV閥(3用1備)，單臺(tái)最大體積流量為5 305 m3／h。
3 結(jié)束語(yǔ) ；
本文對(duì)山東LNG接收站項(xiàng)目?jī)?chǔ)罐壓力控制系統(tǒng)及壓
力聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的組成和控制理念進(jìn)行了分析，對(duì)LNG
儲(chǔ)罐從外界吸熱、卸料BIaS體積置換、卸料臂及卸料管
道吸收熱量產(chǎn)生的BOG量進(jìn)行了計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果
確定壓縮機(jī)容量及臺(tái)數(shù)，對(duì)大氣壓變化、儲(chǔ)罐翻滾時(shí)產(chǎn)
生的BOG量進(jìn)行了計(jì)算并根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定了儲(chǔ)罐PSV
閥的數(shù)量及參數(shù)，對(duì)儲(chǔ)罐欠壓時(shí)需要的最大補(bǔ)氣量進(jìn)行
了計(jì)算并根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定了儲(chǔ)罐VSV閥的數(shù)量及參數(shù)。
_0蠹一 。 llll — 。 。÷一Il一鼉◆ = ’
?舞黧黧簍 。 鬟i ■ |¨≯ 。 ¨¨
¨l王武昌，李玉星，孫法峰，等大型LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壓力及蒸發(fā)率的影響
因素分析【J]天然氣工業(yè)，201 O，30(7)：1—7
【2】李春龍，王強(qiáng)林，石曉宇LNG儲(chǔ)罐罐表系統(tǒng)選擇簡(jiǎn)述【J]中國(guó)儀器
儀表，2010，(S)：177—182
【3】劉浩，周永春．LNG低溫儲(chǔ)罐壓力安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)【J】化工設(shè)計(jì)，
2007，17(1)：7—10
【4】BSEN 1 473．Installation and Equipment for Liquefied Natural Gas
Design of Onshore Installation[S]．
曩 一■
周琳琳(1987一)，女，遼寧營(yíng)口人，2010年畢業(yè)于四JIj大學(xué)化學(xué)工
程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事LNG儲(chǔ)罐建設(shè)及研究工作。
≠ 40 5 41—●

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