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LNG儲罐壓力控制系統(tǒng)設(shè)計

文檔作者：周琳琳劉慶勝文檔來源：中國石化青島液化天然氣有限責任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年02月06日
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石油工程建設(shè)
LN G儲罐壓力控制 系統(tǒng)設(shè)訓
周琳琳，劉慶勝
中國石化青島液化天然氣有限責任公司，山東青島266400
工程設(shè)計_
文章對LNG儲罐壓力控制及聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的組成和理念進行了分析，考慮不同工況下，當儲罐超壓時，對儲罐吸熱
等原因引起的BOG蒸發(fā)量進行了計算，當儲罐負壓時，對儲罐需要的補氣量進行了計算，并根據(jù)計算結(jié)果對接收站
BOG壓縮機、LNG儲罐安全閥(PSV)、真空閥(vsv)的設(shè)計參數(shù)進行了確定。
關(guān)鍵訌
LNG儲罐；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儲罐內(nèi)儲存的LNG為飽和液體，溫度一155～
一1 63 cc，盡管儲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
壓下降等原因會產(chǎn)生閃蒸氣(BOG)，如果BOG不能及
時排出，儲罐將會超壓；當LNG儲罐罐內(nèi)泵外輸量超過
LNG蒸發(fā)量、儲罐低壓操作時大氣壓升高、BOG壓縮機
的抽氣量過大會造成儲罐出現(xiàn)負壓” 。超壓或負壓均會對
儲罐產(chǎn)生嚴重的威脅，故一套完整的LNG儲罐壓力保護
系統(tǒng)是儲罐“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行的重要保證 l。
1 LNG儲罐壓力保護系統(tǒng)
山東LNG接收站項目建設(shè)4臺LNG儲罐，單臺容
積為16萬m。，其壓力控制及保護系統(tǒng)如圖1所示，當
LNG接收站正常運行時，如果儲罐中產(chǎn)生的BOG量增
大，儲罐壓力就會升高，這時需開啟BOG壓縮機來調(diào)
節(jié)儲罐中的壓力。為選出最大壓力，在4個儲罐中分別
設(shè)置壓力變送器，然后通過高選模塊PY1選擇壓力最高
的一個，作為控制BOG壓縮機能力的信號。通過BOG
壓縮機處理量的變化可以調(diào)節(jié)儲罐內(nèi)壓力。山東LNG項
目設(shè)計時在BOG壓縮機內(nèi)部設(shè)置了4檔容量選擇，即
25％、50％ 、75％、100％ ，如果儲罐中的壓力增加到
超過高壓設(shè)定值時，運行中的BOG壓縮機會自動向上
跳一級；如果儲罐的壓力下降到低壓設(shè)定值時，運行中
的BOG壓縮機會自動降一級。
山東LNG項目儲罐的最大操作壓力為25 kPa，為
防止儲罐在運行中發(fā)生超壓事故，儲罐設(shè)置了超壓保
40卷麓5囂39■_
l 工程設(shè)計 石油工程建設(shè)
·一 ? ? 一一、 高高聯(lián)鎖切斷返回
護。當壓力變送器PT2檢測到儲罐壓力達到26 kPa
時，將信號送入PI2控制器打開火炬系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥，將超
壓部分氣體排入火炬燃燒。當壓力超過27．5 kPa時，
通過PT3、PT4、PT5檢測到壓力信號進行3選2邏輯
后，通過聯(lián)鎖保護切斷返回到儲罐的BOG。在儲罐頂
端下風向設(shè)置安全閥(PSV)，當儲罐壓力達到29 kPa
時，PSV打開，將超壓部分氣體直接排入大氣。
為了防止LNG儲罐在運行中發(fā)生負壓事故，儲罐設(shè)
置負壓保護。當儲罐壓力低于2．75 kPa時，通過PT3、
PT4、PT5檢測到壓力信號進行3選2邏輯后，切斷進
入BOG壓縮機的天然氣。當PT2檢測到儲罐壓力降至
2 kPa時，打開破真空閥，將外輸氣體經(jīng)兩級減壓后補
入儲罐，以維持儲罐內(nèi)壓力穩(wěn)定。另外，儲罐頂端設(shè)真
空閥(VSV)，如果罐內(nèi)壓力繼續(xù)降低至一0．22 kPa時。
VSV打開，將空氣引入至罐內(nèi)。
一
一
情況下，即儲罐內(nèi)蒸發(fā)量為LNG量的5／1 0 000且4臺
儲罐全部滿裝，此時儲罐從外部吸熱產(chǎn)生的BOG量為：
× =6 000 (kg／h) (1)
式中 ——儲罐從外部吸熱產(chǎn)生的BOG量／(kg／h)；
，vT } 一儲罐數(shù)／臺， 丁ANK=4；
K__一儲罐體積／m。， K=160 000；
pLNG_一LNG的密度／(kg／m。)，pLNG=450。
在LNG卸料過程中，LNG注入儲罐導致液位上升，
液面上層空間的BOG返回至LNG船的體積流量／j＼于進
入儲罐的LNG體積流量會造成儲罐壓力上升，卸料時產(chǎn)
生的體積置換為：
／1／2= ( NG一 oG) ×pBoG=5400 (kg／h) (2)
鰻 式中
通過對各種原因引起的儲罐超壓和負壓情況的定量
計算，為儲罐壓力監(jiān)控設(shè)計及BOG壓縮機、PSV、VSV
的參數(shù)選擇提供設(shè)計依據(jù)。
由于外部環(huán)境向LNG儲罐不斷傳遞熱量，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、太陽輻射等因素有較大變化，本文考慮極端
廣卸料時因 詈換產(chǎn)生的BOG量／(kg／h)；
凡-e一接收站全速卸料時的LNG流量／(mS／h)，
G=14000；
o廠卸料時儲罐內(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項目設(shè)5臺卸料臂，其中4臺為液相臂，
1臺為氣相臂，在卸料過程中，液相臂及卸料管道會從
環(huán)境中吸收熱量，產(chǎn)生大量的BOG，這些BOG也是造
成儲罐壓力上升的重要原因。
周琳琳等：LNG儲罐壓力控制系統(tǒng)設(shè)計
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，～ =4；
()．— —單臺卸料臂每d＼時從外界吸收的熱量／
(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． 一卸料管道長度／m，L刪． =1 500；
p 一卸料管道每平方米每／J＼時吸收的熱量
／(kJ／(h·m ))，pP：0 03×3 600。
則按9 以上計算，在正常運行狀態(tài)時，接收站儲罐
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項目設(shè)兩臺BOG壓
縮機，單臺BOG壓縮機氣體輸入量為8 800 kg／h(約
4 900 m3／h)。即在非卸料期間，開啟一臺壓縮機即可處
理BOG氣體，在卸料期間開啟兩臺壓縮機。
2．2 jE I卜常j {-T狀 量分析
， 、 一
現(xiàn)場大氣壓力范圍為99～1 04 kPa，大氣壓的下降
將導致儲罐內(nèi)表壓增大 ，為了維持儲罐內(nèi)壓力恒定，
需要排放出部分BOG氣體，根據(jù)EN1473標準附錄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氏液位時儲罐內(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
翻滾是一種比較復雜的工況，根據(jù)EN 1 473標準附
錄B．1 1 ，在翻滾狀態(tài)下BOG產(chǎn)生量大約為儲罐從環(huán)
境吸熱產(chǎn)生BOG量的1 00倍，則單臺儲罐在翻滾狀態(tài)
下產(chǎn)生的BOG量為：
： 1 00× ：1 50 000 (kg／h) (7)
工程設(shè)計_
翻滾作為非正常工況，其BOG產(chǎn)生量的計算可作
為PSV閥設(shè)計的依據(jù)，并考慮一定的裕量，山東LNG
接收站每臺儲罐設(shè)5臺PSV閥(4用1備)，單臺最大
流量46 000 kg／h。
儲罐負壓定量分析的目的是為儲罐VSV閥的設(shè)計及
補氣系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)，負壓定量分析是在考慮儲罐
本身不從外界吸收熱量、兩臺BOG壓縮機滿負荷運行、
罐內(nèi)3臺LNG泵同Bt~I,輸、大氣壓力升高時的極端工況
下計算的。
單臺儲罐罐內(nèi)泵的體積流量：
= 3 X 31 9=957 (m3／h) (8)
BOG壓縮機的體積流量：
= 2 X 4 900=9 800 (m3／h) (9)
大氣壓升高時單臺儲罐需要補充的BOG量：
= 慨／pBoG=4 1 51 (m3／h) (1 0)
則在極端工況下需要單臺儲罐VSV閥的補氣量為：
F= 呻+ 。 + =14 908 (m3／h) (1 1)
考慮一定的裕量，山東LNG項目單臺儲罐設(shè)4臺
VSV閥(3用1備)，單臺最大體積流量為5 305 m3／h。
3 結(jié)束語 ；
本文對山東LNG接收站項目儲罐壓力控制系統(tǒng)及壓
力聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的組成和控制理念進行了分析，對LNG
儲罐從外界吸熱、卸料BIaS體積置換、卸料臂及卸料管
道吸收熱量產(chǎn)生的BOG量進行了計算，并根據(jù)計算結(jié)果
確定壓縮機容量及臺數(shù)，對大氣壓變化、儲罐翻滾時產(chǎn)
生的BOG量進行了計算并根據(jù)計算結(jié)果確定了儲罐PSV
閥的數(shù)量及參數(shù)，對儲罐欠壓時需要的最大補氣量進行
了計算并根據(jù)計算結(jié)果確定了儲罐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，王強林，石曉宇LNG儲罐罐表系統(tǒng)選擇簡述【J]中國儀器
儀表，2010，(S)：177—182
【3】劉浩，周永春．LNG低溫儲罐壓力安全系統(tǒng)設(shè)計【J】化工設(shè)計，
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，遼寧營口人，2010年畢業(yè)于四JIj大學化學工
程專業(yè)，現(xiàn)從事LNG儲罐建設(shè)及研究工作。
≠ 40 5 41—●

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