LNG储罐安全保护系统及安全措施

目前，国内空气污染日益严峻，各大城市PM2.5指数居高不下，气作为清洁燃料，在能源、交通等将具有广泛的前景。液化气(LiquefiedNaturalGas，LN口在气利用中体现出了便于运输、方便存储、气液膨胀比大等优越，使我国LNG行业近几年了发展，各地建设了各种规模的LNG工厂和接收站以及调峰站。LNG储罐是LNG工厂、接收站以及调峰站核心关键设备。

LNG液体物理特性和化学特性决定了LNG液体大量泄漏容易造成、窒息、火灾、爆炸等危险。LNG储罐作为LNG工厂和接收站存储LNG液体的主要容器，LNG储罐保护系统的设计关系到LNG储罐乃至工厂的。关于LNG储罐的文章，较多关注储罐本体结构设计、设计、防翻滚操作、泄漏模型等方面。本文从仪表控制系统方向对LNG储罐的工艺联锁保护、泄漏警报、火灾警报等方面进行研讨，希望能为类似LNG储罐的保护系统设计提供参考，并为LNG工厂储罐的管理和平稳运行提供借鉴。

1LNG储罐类型及结构

LNG储罐类型主要包括真空隔热罐、双金属真空粉末隔热罐、子母罐、混泥土全容罐、双金属壁单容或全容罐等团。混泥土全容罐主要适用储量较大的接收站，其投资成本较高且建设工期较长；双金属壁单容或全容罐储量较小、投资相对较低、工期较短，因此一般中小型LNG工厂大多选用双金属壁单容或全容罐。早期国内建设的LNG工厂主要采用双金属壁单容罐，对距离要求加严格，加上对建设用地审查管控加谨慎，相对占地面积较大的单容罐使用开始逐步减少，外壁耐低温的双金属壁全容罐应用增多。

双金属壁全容罐，主要由内罐、外罐、绝热层、平台梯子、阀门仪表及基础平台等组成，结构型式为内罐吊顶、外罐拱顶。储罐基础采用架空式，整个设备座落在钢筋混凝土基础承台之上，基础承台底部利用混凝土立柱支撑，设备基础具有通风、隔潮等功能圆。双金属壁全容罐的内罐和外罐均采用低温奥氏体不锈钢(如06Gr19Ni10)制成，内罐与外罐之间填充保温绝热的珠光砂。国内已建成的双金属壁全容罐罐容一般为500030000m3，也有部分罐容达40000~80000m3。本文以应用较多的双金属壁全容罐(以下简称LNG储罐)为对象。

2LNG储罐保护系统

LNG储罐在正常生产过程中主要控制液位、压力、温度等工艺参数，通过计算机控制系统在控制室监控工艺参数是否在合理范围。LNG储罐液位是LNG工厂控制的主要参数，LNG注入储罐、装车泵外输LNG均可引起储罐液位变化。LNG储罐会产生闪蒸气(BoilOffGas，BOG)，BOG通过压缩机回收，进而控制储罐压力。温度参数属于LNG储罐的辅助参数，主要用于辅助分析储罐的LNG蒸发量以及泄漏情况。以上参数都控制在合理范围，当超出控制范围时应采取相应的保护措施，防止参数继续超出警报范围造成事故。LNG储罐通常设置以下保护系统：

1)液位保护系统。用于操作人员监控储罐的液位，及时了解储罐液位高度并核算LNG存储量，防止液体溢罐和LNG装车泵抽空。

2)压力保护系统。LNG储罐设计压力一般为-0.6~14kPa(部分储罐设计压力达20kPa)，BOG气体不能及时排出，储罐可能超压；反之如果压缩机抽气量过大造成储罐出现负压。无论是超压还是负压都将对储罐造成严重威胁甚至引发爆炸等危险，为此须设置压力保护系统因。

3)泄漏警报系统。在夹层底部环状区、外罐内壁、顶部吊顶空间等设置分布均匀的多点温度计，内罐泄漏LNG后能及时警报并采取相应的措施。

4)其他还应设置可燃 气体泄漏检测和火焰探测警报系统及自动火灾消防灭火系统。

2.1液位保护系统

LNG储罐的液位测量主要有差压液位计、伺服液位计、雷达液位计等类型回。差压液位计是利用差压与液位高度成正比的原理进行测量，具有原理简单、调校方便、价格便宜、供货周期短等优点。差压液位计对于安装高度、引压管走向等有严格要求，引压管需要从储罐顶部敷设到底部，分别在储罐顶部和底部测量压力。引压管长度由储罐高度决定，从十几米到几十米不等，且引压管安装在夹层中，在夹层填充珠光砂之后引压管将无法检修，因此一般要求减少焊点，采用一根整体无缝钢管。引出保冷层部分的引压管与空气进行热交换，该部分管内的LNG液体气化形成的气泡会影响测量精度。因此差压液位计在储罐高度几米到十几米的小型LNG储罐上应用较广泛，在5000时以上的大型LNG储罐中则应用较少。

2.2压力保护系统

LNG储罐虽有良好的绝热性能，但不能避免产生BOG，通常储罐压力控制比外界大气压略高5kPa。如果BOG不能及时排出，储罐可能会超压，反之如果BOG压缩机的抽气量过大会造成储罐出现负压。无论超压还是负压，对LNG储罐均会产生严重的威胁。LNG储罐压力控制总体思路是由于大气压变化，物料进出，正常吸热产生的常规压力波动通过调节BOG压缩机的抽气量维持罐压。火灾或翻滚等端情况下罐压剧烈变化，需要设置自动放空阀、阀和呼吸阀等保护性措施呵。因此归纳起来可以分为常规压力控制系统和压力保护系统。常规压力控制系统通过BOG压缩机抽气量的变化调节LNG储罐的压力。当LNG储罐压力超过BOG压缩机调节能力时，LNG储罐高压能自动泄放，低压应及时关闭压缩机和补充气。

LNG储罐设置3台压力变送器，同时检测LNG储罐的压力，3台压力变送器组成三取二的压力高高联锁，同时兼顾性和可用性。当3台压力变送器中任何2个或以上达到设定高高值时，自动打开罐顶泄压阀，将BOG放入火炬系统。如果压力仍然持续上升，储罐阀将自动打开，将BOG直接排放大气。