LNG储罐检测仪表及储罐管理系统(TMS)的应用

LNG储罐检测仪表及储罐管理系统(TMS)的应用
祝岩青
【摘要】With the enhancement of the environment protection by the government and the pepole's awareness, the demand of green energy in resident heating, transportation and industrial production is getting bigger and bigger. In order to resolve the shortage of clean energy supply, LNG import become flourishing. LNG helps energy consumer countries diversity their energy supply, and secure the energy supply,so LNG international trade has become a hot spot in the global energy market. In order to ensure the safe and smooth operation of the LNG storage tank, the LNG storage tank management system emerges as the times requirement.%随着国家对环境保护要求的不断提高,人们的环保意识也在不断增强,民用和工业生产领域对清洁能源的需求越来越大.为了解决清洁能源供不应求的局面,LNG供应呈现出蓬勃发展的态势.进口LNG有助于能源消费国实现能源供应的多元化,保障能源供应安全.因此,LNG国际贸易已成为全球能源市场的一个热点.为了保障LNG储罐能够安全平稳地运行,储罐管理系统(TMS)便应运而生.
【期刊名称】《仪器仪表用户》
【年(卷),期】2018(025)006
【总页数】3页(P55-56,92)
【关键词】LNG;储罐;管理系统;安全
【作者】祝岩青
【作者单位】中国石油管道局工程有限公司设计分公司,河北廊坊 065000
【正文语种】中文
【中图分类】U463.5
0 概述
近年 LNG 项目进入大规模建设时期。

LNG低温储罐是LNG储存运输过程中关键的核心设备，也是投资最多的设备[1]。

LNG低温储罐的安全性至关重要。

LNG因其超低温特性在储运过程中存在很多急需解决的问题，如LNG大型储罐中的分层、翻滚和蒸发问题等[2]。

因此，应用LNG储罐检测仪表及储罐TMS管理系统对LNG储罐内的液位、温度、密度等信息进行实时监视、分析与管理，防止储罐内
发生危险事故。

1 储罐检测仪表的设置及应用
储罐TMS管理系统检测仪表包括：伺服液位计、雷达液位计、LTD（Level Temperature Density）液位温度密度计、多点平均温度计、罐组显示仪、储罐
冷却及泄漏检测，温度检测及采集系统等，检测仪表示意图如图1所示。

图1 检测仪表示意图Fig.1 Schematic diagram of instrumentation
1.1 伺服液位计
伺服液位计基于阿基米德原理，采用高精度力传感器、高精度伺服控制系统和测量磁鼓，通过测量位于漂浮在LNG液面上的浮子所受浮力的增减所引起的刚性拉力的变化，通过微处理器的高精度伺服控制系统，按照真实的液位提升或降低浮子的高度，然后利用电子传感器准确地测得液位的变化值，由控制器发出指令，伺服电机以一定的幅度带动测量的磁鼓转动，并带动浮子不断地跟踪液位的变化。

同时，计数器记录了伺服电机的转动步数，并自动地计算出测量浮子的位移量，即液位的
变化量[3]。

伺服液位计的现场处理单元应是基于微处理器的电子控制设备，并且带自诊断功能，具有很强的抗干扰能力，能有效地排除干扰信号对测量造成的影响。

该现场处理单元应适合安装在低温LNG储罐的顶部，现场处理单元应能够接受来自多点平均温度计的RTD热电阻信号，并将采集的数据进行处理后，将数据传送到设置在中央
控制室的TMS系统中。

在LNG储罐上安装2套拥有高精度、防雷及防浪涌设计的伺服液位计，用于精确测量储存介质的液位，其中一套为主伺服液位计，另一套为从伺服液位计；主伺服液位计和从伺服液位计分别通过各自的通讯总线将现场的液位、多点温度、仪表状态等信息上传至TMS系统。

伺服液位计表头带液晶显示，便于巡检人员在罐顶巡视时观测液位数据。

1.2 雷达液位计
发射→反射→接收是雷达液位计的基本工作原理。

雷达液位计传感器的天线以波束的形式发射电磁波信号，发射波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。

发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。

信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。

雷达液位计采用高频振荡器作为微波发生器，发生器产生的微波用波导管将它引到辐射天线，并向下射出。

当微波遇到障碍物，例如液体液面时，部分被吸收，部分被反射回来。

通过测量发射波与液位反射波之间某种参数关系来实现液位测量[4]。

在LNG储罐上安装1套拥有高精度、防雷及防浪涌设计的雷达液位计，用于高液位报警。

连续精确测量储存介质的液位，液位到达或超过报警值时输出报警信号，LNG液面上部产生的蒸发气对液位计测量无影响。

雷达液位计通过通讯总线将现
场的液位、仪表状态等信息上传至TMS系统，同时在罐底的罐旁显示仪进行显示。

雷达液位计需配备适用于导向管的平面天线。

1.3 LTD-液位温度密度计
带伺服机构的LTD测量仪表由机械驱动部件、多传感器组合的探头以及带微处理
器的现场处理单元组成。

在LTD工作时，探头在微处理器的指令下由电机驱动在LNG中垂直运动，探头的运动模式可设置成自动或手动。

探头内的传感器可分别
实时测量出液位、温度、密度信号[5]。

LTD测量仪表的现场处理单元应是基于微处理器的电子控制设备，并且带自诊断
功能，该现场处理单元适合安装在低温LNG储罐的顶部，将采集的数据进行处理，输出到罐底的罐组显示仪。

在标定模式下，LTD测量仪表必须能够自动/手动使驱动测量单元到达LNG储罐
底部。

当驱动测量单元到达LNG储罐底部时，将得到罐底的测量参考信号。

1.4 多点平均温度计
与伺服液位计配合使用的多点平均温度计，用于LNG不同高度液位处的温度检测。

应允许温度检测信号接入到液位计的现场处理单元。

多点平均温度计是一体化、集成化设计结构，每点采用独立的温度测量传感器。

多点平均温度计配备满量程均匀分布的温度检测点，任何连续测量传感器的垂直间距小于2m，并且单独接线至温度计接线盒，并由接线盒独立地将每个温度点的信号引出。

温度传感器安装在封闭的不锈钢温度计套管中，并带重锤，温度计套管及引出电缆具有耐低温性能。

1.5 罐组显示仪
罐组显示仪信号由伺服液位计、雷达液位计、LTD液位-温度-密度仪表，通过电缆直接传输或通信接口单元进行数据反传，通信接口应采用RS-485串行通信接口或现场总线通信接口，通信协议为MODBUS（RTU）或现场总线通信协议。

罐旁显
示仪为LCD液晶显示器。

并且能够显示平均温度、液位、密度值，所有数据的单位均采用国际单位制。

该显示仪应安装在罐旁地面上，便于现场观察的地方。

1.6 储罐冷却、泄漏检测及多路温度采集系统
1）在储罐顶部设置热电阻检测元件，用于测量罐内产生的蒸发气BOG的气相温度。

在内外罐环形空间均匀布置热电阻检测元件，在热角区域设置热电阻检测元件，用于LNG泄漏检测，在内罐的外罐壁上、吊顶板处分别设置表面温度检测器，一旦发生LNG泄漏，各点的温度会降低，通过检测温度即可以测出LNG是否发生泄漏。

2）在内罐的底部平均布置表面温度检测器，用于储罐初始冷却以及储罐正常使用时的温度测量。

3）现场接线箱内安装多路温度采集器。

多路温度采集器将所有采集的数据进行处理后，通过通讯总线传送到设置在控制室的储罐TMS管理系统。

多路温度采集器安装在现场危险区域，应配备防爆外壳和接线口。

多路温度采集器接入8～16路的3线制Pt100热电阻输入，与上位机通过RS485串口通信（Modbus RTU协议）或总线通讯。

图2 储罐管理系统简图Fig.2 Schematic diagram of storage tank management system
2 储罐管理系统
LNG储罐TMS管理系统将利用LNG储罐现场检测仪表的测量数据，并采用专用软件对LNG储罐内介质的液位、温度、密度等参数进行实时监测，并对LNG翻滚可能性进行预估，并提供操作指导，避免储罐内发生液体分层、翻滚以及气体超压、负压等危险情况。

此外，还可根据测量参数计算出储罐内LNG的体积、重量以及库存管理所需的其它信息，便于生产管理和实际运行操作。

LNG储罐管理系统采用专用软件，运行在专用的操作员工作站上，根据需要将所需数据通过通讯方式传输至DCS进行数据存储、处理及显示。

如图2储罐管理系统简图所示。

3 结论
LNG储罐通过两套伺服液位计及多点平均温度计、1套雷达液位计、LTD的综合设置，既实现了LNG储罐的过程检测需求，又为储罐TMS管理系统采集了精准的运行数据。

储罐TMS管理系统接收到的现场各测量仪表的数据，通过图文界面为用户提供了实时的储罐监控和管理，有效地解决了LNG大型储罐中的分层、翻滚和蒸发问题。

参考文献：
[1]蒋洋.LNG低温储罐发展研究[J].化工能源,2017,43(11):218,238.
[2]程旭东,徐剑,乔国发.大型液化天然气储罐内液体内分层和翻滚影响因素分析[J].化工学报,2009,60(12):2990-2996.
[3]薛永强.液氨储罐液位计选型探讨[J].仪器仪表用户,2016,23(05):39-41.
[4]周劲松,张霞.雷达液位计应用浅析[J].辽宁科技学院学报,2009,11(2):19-20.
[5]孔祥涛.LNG储罐的罐区仪表与监测系统选型[J].石油化工自动
化,2017,53(1):74-75.。