目前，國(guó)內(nèi)空氣污染日益嚴(yán)峻，各大城市PM2.5指數(shù)居高不下，氣作為清潔燃料，在能源、交通等將具有廣泛的前景。液化氣(LiquefiedNaturalGas，LN口在氣利用中體現(xiàn)出了便于運(yùn)輸、方便存儲(chǔ)、氣液膨脹比大等優(yōu)越，使我國(guó)LNG行業(yè)近幾年了發(fā)展，各地建設(shè)了各種規(guī)模的LNG工廠和接收站以及調(diào)峰站。LNG儲(chǔ)罐是LNG工廠、接收站以及調(diào)峰站核心關(guān)鍵設(shè)備。

LNG液體物理特性和化學(xué)特性決定了LNG液體大量泄漏容易造成、窒息、火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)。LNG儲(chǔ)罐作為L(zhǎng)NG工廠和接收站存儲(chǔ)LNG液體的主要容器，LNG儲(chǔ)罐保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)系到LNG儲(chǔ)罐乃至工廠的。關(guān)于LNG儲(chǔ)罐的文章，較多關(guān)注儲(chǔ)罐本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)、防翻滾操作、泄漏模型等方面。本文從儀表控制系統(tǒng)方向?qū)NG儲(chǔ)罐的工藝聯(lián)鎖保護(hù)、泄漏警報(bào)、火災(zāi)警報(bào)等方面進(jìn)行研討，希望能為類似LNG儲(chǔ)罐的保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考，并為L(zhǎng)NG工廠儲(chǔ)罐的管理和平穩(wěn)運(yùn)行提供借鑒。

1LNG儲(chǔ)罐類型及結(jié)構(gòu)

LNG儲(chǔ)罐類型主要包括真空隔熱罐、雙金屬真空粉末隔熱罐、子母罐、混泥土全容罐、雙金屬壁單容或全容罐等團(tuán)。混泥土全容罐主要適用儲(chǔ)量較大的接收站，其投資成本較高且建設(shè)工期較長(zhǎng)；雙金屬壁單容或全容罐儲(chǔ)量較小、投資相對(duì)較低、工期較短，因此一般中小型LNG工廠大多選用雙金屬壁單容或全容罐。早期國(guó)內(nèi)建設(shè)的LNG工廠主要采用雙金屬壁單容罐，對(duì)距離要求加嚴(yán)格，加上對(duì)建設(shè)用地審查管控加謹(jǐn)慎，相對(duì)占地面積較大的單容罐使用開(kāi)始逐步減少，外壁耐低溫的雙金屬壁全容罐應(yīng)用增多。

雙金屬壁全容罐，主要由內(nèi)罐、外罐、絕熱層、平臺(tái)梯子、閥門(mén)儀表及基礎(chǔ)平臺(tái)等組成，結(jié)構(gòu)型式為內(nèi)罐吊頂、外罐拱頂。儲(chǔ)罐基礎(chǔ)采用架空式，整個(gè)設(shè)備座落在鋼筋混凝土基礎(chǔ)承臺(tái)之上，基礎(chǔ)承臺(tái)底部利用混凝土立柱支撐，設(shè)備基礎(chǔ)具有通風(fēng)、隔潮等功能圓。雙金屬壁全容罐的內(nèi)罐和外罐均采用低溫奧氏體不銹鋼(如06Gr19Ni10)制成，內(nèi)罐與外罐之間填充保溫絕熱的珠光砂。國(guó)內(nèi)已建成的雙金屬壁全容罐罐容一般為500030000m3，也有部分罐容達(dá)40000~80000m3。本文以應(yīng)用較多的雙金屬壁全容罐(以下簡(jiǎn)稱LNG儲(chǔ)罐)為對(duì)象。

2LNG儲(chǔ)罐保護(hù)系統(tǒng)

LNG儲(chǔ)罐在正常生產(chǎn)過(guò)程中主要控制液位、壓力、溫度等工藝參數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在控制室監(jiān)控工藝參數(shù)是否在合理范圍。LNG儲(chǔ)罐液位是LNG工廠控制的主要參數(shù)，LNG注入儲(chǔ)罐、裝車(chē)泵外輸LNG均可引起儲(chǔ)罐液位變化。LNG儲(chǔ)罐會(huì)產(chǎn)生閃蒸氣(BoilOffGas，BOG)，BOG通過(guò)壓縮機(jī)回收，進(jìn)而控制儲(chǔ)罐壓力。溫度參數(shù)屬于LNG儲(chǔ)罐的輔助參數(shù)，主要用于輔助分析儲(chǔ)罐的LNG蒸發(fā)量以及泄漏情況。以上參數(shù)都控制在合理范圍，當(dāng)超出控制范圍時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，防止參數(shù)繼續(xù)超出警報(bào)范圍造成事故。LNG儲(chǔ)罐通常設(shè)置以下保護(hù)系統(tǒng)：

1)液位保護(hù)系統(tǒng)。用于操作人員監(jiān)控儲(chǔ)罐的液位，及時(shí)了解儲(chǔ)罐液位高度并核算LNG存儲(chǔ)量，防止液體溢罐和LNG裝車(chē)泵抽空。

2)壓力保護(hù)系統(tǒng)。LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力一般為-0.6~14kPa(部分儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力達(dá)20kPa)，BOG氣體不能及時(shí)排出，儲(chǔ)罐可能超壓；反之如果壓縮機(jī)抽氣量過(guò)大造成儲(chǔ)罐出現(xiàn)負(fù)壓。無(wú)論是超壓還是負(fù)壓都將對(duì)儲(chǔ)罐造成嚴(yán)重威脅甚至引發(fā)爆炸等危險(xiǎn)，為此須設(shè)置壓力保護(hù)系統(tǒng)因。

3)泄漏警報(bào)系統(tǒng)。在夾層底部環(huán)狀區(qū)、外罐內(nèi)壁、頂部吊頂空間等設(shè)置分布均勻的多點(diǎn)溫度計(jì)，內(nèi)罐泄漏LNG后能及時(shí)警報(bào)并采取相應(yīng)的措施。

4)其他還應(yīng)設(shè)置可燃 氣體泄漏檢測(cè)和火焰探測(cè)警報(bào)系統(tǒng)及自動(dòng)火災(zāi)消防滅火系統(tǒng)。

2.1液位保護(hù)系統(tǒng)

LNG儲(chǔ)罐的液位測(cè)量主要有差壓液位計(jì)、伺服液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)等類型回。差壓液位計(jì)是利用差壓與液位高度成正比的原理進(jìn)行測(cè)量，具有原理簡(jiǎn)單、調(diào)校方便、價(jià)格便宜、供貨周期短等優(yōu)點(diǎn)。差壓液位計(jì)對(duì)于安裝高度、引壓管走向等有嚴(yán)格要求，引壓管需要從儲(chǔ)罐頂部敷設(shè)到底部，分別在儲(chǔ)罐頂部和底部測(cè)量壓力。引壓管長(zhǎng)度由儲(chǔ)罐高度決定，從十幾米到幾十米不等，且引壓管安裝在夾層中，在夾層填充珠光砂之后引壓管將無(wú)法檢修，因此一般要求減少焊點(diǎn)，采用一根整體無(wú)縫鋼管。引出保冷層部分的引壓管與空氣進(jìn)行熱交換，該部分管內(nèi)的LNG液體氣化形成的氣泡會(huì)影響測(cè)量精度。因此差壓液位計(jì)在儲(chǔ)罐高度幾米到十幾米的小型LNG儲(chǔ)罐上應(yīng)用較廣泛，在5000時(shí)以上的大型LNG儲(chǔ)罐中則應(yīng)用較少。

2.2壓力保護(hù)系統(tǒng)

LNG儲(chǔ)罐雖有良好的絕熱性能，但不能避免產(chǎn)生BOG，通常儲(chǔ)罐壓力控制比外界大氣壓略高5kPa。如果BOG不能及時(shí)排出，儲(chǔ)罐可能會(huì)超壓，反之如果BOG壓縮機(jī)的抽氣量過(guò)大會(huì)造成儲(chǔ)罐出現(xiàn)負(fù)壓。無(wú)論超壓還是負(fù)壓，對(duì)LNG儲(chǔ)罐均會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅。LNG儲(chǔ)罐壓力控制總體思路是由于大氣壓變化，物料進(jìn)出，正常吸熱產(chǎn)生的常規(guī)壓力波動(dòng)通過(guò)調(diào)節(jié)BOG壓縮機(jī)的抽氣量維持罐壓?；馂?zāi)或翻滾等端情況下罐壓劇烈變化，需要設(shè)置自動(dòng)放空閥、閥和呼吸閥等保護(hù)性措施呵。因此歸納起來(lái)可以分為常規(guī)壓力控制系統(tǒng)和壓力保護(hù)系統(tǒng)。常規(guī)壓力控制系統(tǒng)通過(guò)BOG壓縮機(jī)抽氣量的變化調(diào)節(jié)LNG儲(chǔ)罐的壓力。當(dāng)LNG儲(chǔ)罐壓力超過(guò)BOG壓縮機(jī)調(diào)節(jié)能力時(shí)，LNG儲(chǔ)罐高壓能自動(dòng)泄放，低壓應(yīng)及時(shí)關(guān)閉壓縮機(jī)和補(bǔ)充氣。

LNG儲(chǔ)罐設(shè)置3臺(tái)壓力變送器，同時(shí)檢測(cè)LNG儲(chǔ)罐的壓力，3臺(tái)壓力變送器組成三取二的壓力高高聯(lián)鎖，同時(shí)兼顧性和可用性。當(dāng)3臺(tái)壓力變送器中任何2個(gè)或以上達(dá)到設(shè)定高高值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)罐頂泄壓閥，將BOG放入火炬系統(tǒng)。如果壓力仍然持續(xù)上升，儲(chǔ)罐閥將自動(dòng)打開(kāi)，將BOG直接排放大氣。