浅谈LNG储罐温仪表的设计

浅谈LNG储罐温仪表的设计
摘要：现今lng接收站、液化站项目在全国范围内飞速发展，自动化行业也面临着新的挑战。

lng储罐作为此类项目的核心，更是受到广泛的重视。

本篇文章结合本人的实际工作经验，就应用在lng储罐系统的温度仪表、压力仪表、液位仪表的选型、设计及安装等方面进行粗浅的分析探讨，进而找到比较合理的设计方案。

关键词：lng储罐；低温；仪表选型；仪表安装
abstract: the current lng terminal and trunkline, liquefied station project in the national scope is developing rapidly, and automation industry faces new challenges. lng tanks such as the core of the project, but also by extensive attention. this article based on his own experience, in lng storage system application temperature instruments, pressure gauge, liquid level instrument selection, design and installation of the superficial aspects of analysis, and then find more reasonable design scheme.
keywords: lng tanks; low temperature; instrument selection; instrument installation
中图分类号：p634.3+6文献标识码：a文章编号：
引言
21世纪是天然气的时代。

目前，天然气在能源构成中所占的比例日益提高，在世界范围内已经成为继煤炭、石油后的第三大能源，
并逐渐成为煤炭的主要替代能源。

中国经济的可持续和高速发展要求加快传统能源经济向清洁能源经济转型的步伐，发展lng工业是清洁能源战略的重要组成部分。

国家十二五能源战略规划要求迅速扩大天然气在能源结构中的比例，围绕液化天然气产业相关的技术开发、规模化生产和产业化运作如雨后春笋般在全国范围内飞速发展。

液化天然气产业中先进完善的自动化设备起着至关重要的重要，而应用在lng储罐系统，且在深冷条件下（-170℃），仪表的选型及安装受到广泛的重视。

本文从温度、压力、液位三个方面分析应用在lng储罐系统中的仪表选型、设计及安装的方案。

1 温度仪表
对于lng项目，温度测量的重点是用在lng储罐内的储罐多点温度计。

设在lng储罐内的温度仪表不仅仅是用做温度检测，还通过温度的变化检测是否有lng泄露；并且在lng储罐预冷过程中对温度进行实时监视，控制整个预冷工艺的过程。

储罐多点温度计主要用在以下几个方面：
1.1 在lng储罐的内罐内壁、底部和吊顶上都设有储罐多点温度计，实现对
预冷过程和操作过程中的温度监测。

1.2 在lng储罐的外罐和内罐之间的环隙空间也设有储罐多点温度计，通过
温度变化进行储罐泄漏检测。

下面以内罐壁和内罐底为例介绍储罐多点温度计的应用及安装。

储罐多点温度计的热电阻末端用集热块固定在储罐内壁或罐底，沿罐壁向上
敷设，每隔3m做一处膨胀弯（最小为50倍热电阻外径的弯曲），并且用安装支架固定在罐壁上，然后通过lng储罐设备孔的多孔法兰（根据实际情况确定法兰的孔数及尺寸）接到罐顶外的接线箱内，最后以多芯电缆将pt100信号远传到控制系统，也可以通过变送器转换为4~20ma信号远传。

下面再介绍下表面温度计。

表面温度计安装在lng进料和外输管线的表面，测量管壁的温度，达到实时检测lng进料和外输管线的泄露情况，避免发生重大事故；并且可以通过温度变化，监控整个工艺流程的预冷情况。

对于公称直径≥8”低温液相管线设有表面温度计，每组设有两个测温点，分别位于管道底部和顶部，相邻的两组测温点距离不大于100m。

这里用到了双支热电阻温度计，将两支热电阻末端用集热块分别固定于管道顶部和底部，并采用分体式温度变送器安装在管道旁边并将信号远传到控制系统。

上文中多次提到“预冷”一词，预冷环节是在整个装置正式开车之前的重要步骤。

预冷是指用液态天然气或者液氮等低温物料，将所有低温管线、设备、储罐冷却，使其温度达到lng的操作温度（-161℃）。

整个预冷过程是从常温（室外温度）逐渐变化到-161℃
这一变化，所以建议温度计的量程可以选在30℃~-170℃。

2压力仪表
由于被测介质为液态天然气，操作温度为-170℃，需采用分体式在线取压的方法来测量，因此，为了节约成本，在lng工厂里采用压力变送器来测量低温介质的压力。

对于低温介质的在线取压，为了保护变送器不会因为温度过低而损坏，必须使其气化后才能测量。

而在lng气化时，其体积比为1:600，会瞬间产生巨大的压力，将会对仪器造成不可预估的损坏。

因此，需要使lng尽可能缓慢的气化，这里我们就要用到限流孔板法兰（参见“图2-1限流孔板法兰”）。

图2-1 限流孔板法兰
限流孔板法兰作为承插焊-法兰转换接头，其与管道设备接口一面是一个2mm的小孔，这样可以使lng气化速度减缓，并且为导压管入口侧做保冷，如此达到保护变送器膜盒的目的。

通常情况下，导压管的走向为：液态介质向下引压，气态介质向上引压，但对于液态天然气则不能完全按照液态介质来引压。

在管道或设备上取压时，首先按照液态介质采用水平向下5°取压，然后尽快垂直向上引压（lng气化速度很快）并引到足够的高度（3000mm min.）使其充分气化。

3 液位仪表
lng储罐仪表系统中，储罐液位的测量为另一个重点。

在低温环境下，不仅要对液位进行准确的测量、报警、连锁等功能，还可以
同过液位计来预测储罐内lng介质的翻滚等状态。

一套lng储罐的液位测量系统由1台ltd液位/温度/密度计、2台伺服液位计、2台16点平均温度计（用于伺服液位计温度补偿）、1台雷达液位计和1台罐旁显示仪等组成，其中每台液位计的作用如下：
3.1 ltd液位温度密度计，用来测量储罐的液位、温度、密度。

ltd成多点分布，可以在任意高度进行特定的分布测量，显示精确的温度和密度，其精度可达到t ±0.1℃、d ±0.05kg/m3；ltd的探头可在整个罐高范围内移动，达到精确液态液位计量，其精度可达到l ±2mm。

ltd输出信号通过rs-485通讯协议输送到控制室。

3.2 伺服液位计，一个lng储罐设置2台伺服液位计，用来精确计量及就地、远程显示，其精度可达到：液位±0.4mm，灵敏度±0.1mm，重复性±0.1mm；
并且伺服液位计具有高度可靠的报警功能，可提供高、高高、低、低低液位报警，2台伺服液位计的低低液位报警做2选1联锁停装车泵，2台伺服液位计的液位高高液位报警与雷达液位计的液位高高报警做3选2联锁关进料阀。

伺服液位计输出信号通过通讯总线输送到控制室。

3.3 平均温度计，每台伺服液位计配一台16点平均温度计，作为温度补偿用，并可提供lng的平均温度计温度分布信息，其精度为＜±0.1℃。

平均温度信号通过hart协议接入到伺服液位计。

并且可以通过平均温度计对伺服液位计进行粗略的校对，如果该点的
温度达到-160℃以下，则证明lng的液位已经到达此高度。

3.4 雷达液位计，用于高高液位报警，并且可连续精确测量储罐内lng的液位，测量精度为±3mm。

雷达液位计通过通讯总线将现场的液位、仪表状态等信息输出到控制室。

3.5 罐旁显示仪，2台伺服液位计可配置1台罐旁显示仪，用于现场显示各点温度、平均温度、液位、密度、体积、质量以及报警等各种状态信息。

4 结语
以上为本人在做lng项目中的一些心得体会，希望可以与广大同仁分享，希望可以有所帮助。

并且由于本人工作经验不足而出现的纰漏，也希望同仁批评指正。

为我国自控行业的发展做出微薄之力。

参考文献
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[6] 《工业热电阻》[s]，iec 60751
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。