LNG气化站控制系统_工程实践_E网燃气（燃规在线）

摘要

摘要：LNG气化站控制系统是气化站安全运行的必要保证，介绍了LNG气化站的工艺流程、运行控制系统、火气控制系统以及与紧急停车系统的有机结合，确保LNG气化站安全最大化。关键词：

摘要：LNG气化站控制系统是气化站安全运行的必要保证，介绍了LNG气化站的工艺流程、运行控制系统、火气控制系统以及与紧急停车系统的有机结合，确保LNG气化站安全最大化。

关键词：连锁；PLC控制；低温压力储罐；火气控制系统

Control System for LNG Vaporizing Station

SUN Neng，LIU Lan-hui，CHEN Jin，ZHANG Ming-ruing

Abstract：The control system for LNG vaporizing station is an essential guarantee for safe operation of the station. The process flow of LNG vaporizing station，operation control system，fire and gas control system and the combination with emergency shutdown system are introduced to ensure maximum safety of the station.

Key words：interlocking；PLC control；low-temperature pressure storage tank；fire and gas control system

LNG作为目前西气东输管道天然气的补充气源或者备用气源，已经越来越引起全国各大中城市燃气公司的重视，LNG气化站的安全运行及先进的控制显得尤其重要^[1～8]。本文主要结合苏州港华燃气有限公司已经建成并稳定运行的LNG气化站来阐述控制系统的重要性。

1 LNG气化站的危险性

由于LNG是由天然气冷却到-162℃而成的深冷液体，又具有天然气易燃易爆的特性，因此LNG是一种非常危险的液体，必须充分了解LNG气化站的危险性^[9]。

① 低温的危险

LNG泄漏后会迅速蒸发，然后降至某一固定的蒸发速度。开始蒸发时气体密度大于空气密度，在地面形成一个流动层，当温度上升到-110℃以上时，LNG蒸气与空气的混合物在温度上升过程中形成了密度小于空气的云团。由于LNG泄漏时的温度很低，其周围大气中的水蒸气被冷凝成雾团，LNG再进一步与空气混合并完全气化。LNG的低温危险还能使相关设备脆性断裂和遇冷收缩，从而损坏设备和低温灼伤操作者。

② BOG的危险

虽然LNG储存于绝热的储罐中，但不可能完全无热量交换，外界传入的热量会引起LNG蒸发，产生BOG(蒸发气体)。故要求LNG储罐有一个极低的日蒸发率，要求储罐本身设有合理的安全放散系统。否则，若BOG的量突增，使罐内温度、压力迅速上升，致使储罐破裂。

③ 着火的危险

天然气的爆炸极限为5%～15%，遇明火可产生爆燃。火焰温度高、辐射热强，易形成大面积火灾，且具有复燃性、复炸性。

④ 翻滚的危险

通常，储罐内的LNG长期静置或密度不同的LNG混装，将形成两个稳定的液相层。当外界热量传入罐内时，两个液相层相互传质、传热并混合，液层表面开始蒸发，下层由于吸收了上层的热量，而处于过热状态。当两液相层密度接近时，可在短时间内产生大量气体，使罐内压力急剧上升，这就是翻滚现象。液体翻滚引起LNG蒸发率急增，若来不及排出大量的BOG，储罐内的压力将超过设计压力，会发生危险。

2 LNG气化站运行控制系统

2.1 LNG气化站工艺流程

LNG气化站工艺流程见图1。

利用卸车增压气化器将LNG槽车内的气相压力升高，将LNG通过管道卸至站内储罐。利用储罐配套的自增压气化器来保证储罐具有一定的压力，并将LNG送入空温式气化器，通过环境空气的热量将LNG气化为气态天然气。若气态天然气温度大于5℃，则直接进入调压、计量、加臭装置；若气态天然气温度小于5℃，就需要经过水浴式加热器将气态天然气加热到5℃以上，再送入调压、计量、加臭装置，最后送入中压管网。LNG槽车和LNG储罐产生的BOG排放至BOG加热器，加热后送入调压、计量、加臭装置，最后送入中压管网。

工艺装置区中的气化区是将LNG转换为气态天然气的主要部位，也是整个气化站的关键部位。在整个气化区设置2组气化器，在每组气化器后设置2个温度传感器(减少温度传感器损坏引起误动作的概率)。当一组气化器结霜过多或发生故障时，通过温度检测超限报警，连锁关闭该组气化器进液管上的气动紧急切断阀实现对气化器的控制，同时打开另外一组气化器的进液管上的气动紧急切断阀，保证供气的连续性。

2.2 LNG气化站运行控制系统

LNG气化站是由储罐区、工艺装置区和辅助区3个区域组成。对每个区域都需进行监测或控制，关键地方还必须采用联动的方式来保证控制的及时性。要达到以上目的，必须要建设一套LNG气化站的运行控制系统(见图2)。运行控制系统分为PLC控制系统和现场调节设备的自动连锁控制2部分。

储罐区对于整个气化站来说是核心部位，最主要的设备就是LNG储罐，现以苏州港华燃气有限公司采用的真空粉末低温压力绝热储罐为例，谈谈LNG气化站运行控制系统的配置。

在储罐上安装压力变送器和液位变送器来监测储罐压力和液位。在进、出液管上安装气动紧急切断阀，通过电磁阀和仪表来控制进液或出液。在气、液相管之间安装自增压气化器和自增压阀，对储罐进行增压。在气相管上安装减压调节阀和安全阀，防止储罐超压。

正常运行中，必须将LNG储罐的工作压力控制在允许的范围内。LNG储罐的正常工作压力范围为0.3～0.6MPa，罐内压力低于设定值时，可利用自增压气化器和自增压阀对储罐进行增压。增压下限由自增压阀开启压力确定，增压上限由自增压阀的自动关闭压力确定，其值通常比设定的自增压阀开启压力高约15%。

LNG在储存过程中会由于储罐不可能绝对无热量交换，而缓慢蒸发(日静态蒸发率≤0.3%)，导致储罐的压力逐步升高，最终危及储罐安全。为保证储罐安全运行，采用储罐减压调节阀、压力报警手动放散、安全阀起跳三级安全保护措施来进行储罐的超压保护。

其保护顺序为当储罐压力上升到减压调节阀设定的开启值时，减压调节阀自动打开泄放气态天然气。当减压调节阀失灵，罐内压力继续上升，达到压力报警值时，压力报警，手动放散泄压。当减压调节阀失灵且手动放散未开启时，安全阀起跳泄压，保证LNG储罐的运行安全。对于最大工作压力为0.600MPa的LNG储罐，设计压力为0.660MPa，减压调节阀的设定开启压力为0.615 Pa，储罐报警压力为0.620MPa，安全阀开启压力为0.630MPa。

LNG储罐在进液或出液时，液位产生变化。进液时当储罐液位达到罐容的90%，由控制室发出报警信号，停止进液。若控制失效，液位继续上升，达到罐容的95%时，通过PLC连锁控制进液管上的电磁阀，使之关闭气动紧急切断阀，避免液位过高。

若出液时储罐液位达到罐容的10%时，由控制室发出报警信号，停止出液。若控制失效，液位继续下降，达到罐容的5%时，通过PLC连锁控制出液管上的电磁阀，使之关闭气动紧急切断阀。避免罐内无液，造成罐内温度上升，需要再次预冷。

若发生紧急事故，可以通过罐区边、卸车区旁或控制室内的紧急切断按钮来切断所有罐的进、出液的气动紧急切断阀和气化器前的气动紧急切断阀，避免事故进一步扩大。

3 LNG气化站火气控制系统

LNG气化站的火气控制系统(F/G)功能是在火灾和可燃性气体泄漏的情况下，能准确探测火灾和气体泄漏的程度和事故地点，触发声光报警设备，并且根据事故发生的严重性等级而确定报警和启动消防设施，从而控制和避免灾难的发生，以防止对生产设备和人员的伤害及对环境的影响等。因而控制系统的设计必须遵循故障安全的原则，对整个系统的硬件和软件的可靠性要求都很高。

3.1 火气控制系统的设备

① 温度探测传感器

在储罐区的导流槽上安装低温探测传感器，通过对温度的监测来判断是否有LNG泄漏。

② 可燃气体探头

在整个气化站各个区域安装催化燃烧型可燃气体探头，监测空气中的可燃气体浓度，一般按可燃气体的爆炸下限为最大量程，达到爆炸下限的20%视为警告(一级报警)，达到爆炸下限的40%视为气体泄漏报警(二级报警)。

③ 火焰探头

在LNG储罐四周安装红外紫外加频率的火焰探头，通过对可燃性气体或液体火焰的监测来发现明火并发出火灾报警信号。

④ 手动火灾报警按钮

在LNG储罐区周边安装按压式手动火灾报警按钮，在整个厂区分布设置破玻璃式手动火灾报警按钮，通过敲碎玻璃触发信号来启动消防系统。

⑤ 声光报警器

在气化站分布设置声光报警器，用于火灾报警时的声音和光的提示功能，以确保所有现场人员都能及时知道火灾的发生，以采取相应的应急措施。

⑥ 泡沫发生器

在LNG储罐边设置一个泡沫发生器，主要对LNG泄漏时储罐区的集液池实施全部泡沫覆盖，减慢LNG气化的速度。

⑦ 消防系统

由消防控制柜、消防泵、稳压泵、稳压罐、喷淋管、电磁蝶阀和高压水枪等组成。

3.2 火气控制系统的连锁关系

① 可燃气体探测产生的连锁

a. 单探头可燃气体探测：当可燃气体的一级报警设定值达到爆炸下限的20%时，在控制室的火灾报警控制器上报警，在人机界面上低浓度可燃气体报警并记录事件。当可燃气体的二级报警设定值达到爆炸下限的40%时，在控制室的火灾报警控制器上报警，在人机界面上高浓度可燃气体报警并记录事件。

b. 多探头可燃气体探测：多个探头中同时有2个探头的一级报警设定值达到爆炸下限的20%时，在控制室的火灾报警控制器上报警，在人机界面上多探头低浓度报警并记录事件。当多个探头中同时有2个探头的二级报警设定值达到爆炸下限的40%时，不仅在控制室的火灾报警控制器上报警，在人机界面上多探头高浓度报警并记录事件，通过手动确认高浓度可燃气体报警，同时自动启动现场的声光报警器并将信号送给紧急停车系统，关闭所有储罐的进、出液阀和气化器的进口阀。

② 火焰探测产生的连锁

a. 触发单探头火灾探测，在控制室人机界面上单探头火灾报警并记录事件。

b. 多个探头中同时触发2个探头的火灾探测，在控制室人机界面上多探头火灾报警并记录事件，通过手动确认火灾报警，同时自动启动现场的声光报警器并打开泡沫阀、切断污水泵电源、启动消防泵并发信号至紧急停车系统，关闭所有储罐的进、出液阀和气化器的进口阀。

③ 低温探测产生的连锁

a. 单探头低温探测达-30℃，在控制室人机界面上低温报警并记录事件。单探头低温探测达-50℃，在控制室的人机界面上超低温报警并记录事件。

b. 多个探头中同时有2个探头检测值达到-30℃，不仅在控制室人机界面上多探头低温报警并记录事件，还要启动现场的声光报警器。

c. 多个探头中同时有2个探头检测值达到-50℃，在控制室人机界面上多探头超低温报警并记录事件，手动确认超低温报警，同时自动打开LNG储罐区泡沫阀、切断污水泵电源和启动1台消防泵，同时发信号至紧急停车系统，关闭所有储罐的进、出液阀和气化器的进口阀。

d. 若在控制室人机界面上手动打开LNG储罐区泡沫阀时，会同时切断污水泵电源和启动1台消防泵，同时发信号至紧急停车系统，关闭所有储罐的进、出液阀和气化器的进口阀。

④ 泡沫储罐液位检测产生的连锁

a. 泡沫储罐液位达到报警下限值(30%)，在控制室人机界面上报警并记录事件。

b. 泡沫储罐液位达到报警下下限值(10%)，在控制室人机界面上报警并记录事件，同时使泡沫阀不能打开。以防只有水，没有泡沫产生，而发生危险。

4 结语

气化站运行控制系统是整个LNG气化站稳定运行的保证，紧急停车系统是LNG气化站的安全保证，火气控制系统是LNG气化站发生泄漏和火灾时事故最小化的保证。这3个系统只有有机结合在一起，才能充分发挥作用。

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(本文作者：孙能¹ 刘兰慧² 陈进¹ 张明明¹ 1.苏州港华燃气有限公司江苏苏州 215021；2.中国市政工程华北设计研究总院天津 300074)