LNG储罐罐表系统选择简述

1、LNG储罐罐表系统选择简述LNG Storage Tanks InstrumentSelection Description天然气主要由甲烷（大约占90%）组成，另外还有少量的乙烷、丙烷以及更重的碳氢化合物等成分。在管道 天然气中还有少量的氮、氧、二氧化碳、硫化物和水。在 液化过程中会除去氧、二氧化碳、硫化物以及水。该过 程通常被设计成净化过程，将LNG的净化成几乎100% 的甲烷。1.2 LNG储罐LNG储罐属常压、低温大型储罐，分为地上式与地 下式，通常是平底双壁圆柱形结构，两层间是完全隔离 的。大型的储罐有较低的外型比（罐高和宽度），一般设 计成穹顶的立罐结构。这些储罐的压力非常低，一般

2、小 于35kPa。7000加仑或更小体积的LNG通常被储存在水 平的或立式的真空容器中。这些罐可以承受大于35k Pa 或小于1700k Pa的压力。LNG必须保持在冷却状态（通 常低于-83），保持液态，不受压力的约束。绝缘并不 能有效地保持LNG的低温。储存的LNG就象“沸腾的制 冷剂”，也就是LNG是被储存在沸点温度的非常冷的液 体。储存的LNG与沸水类似，只是温度低了260。沸水 的温度（100）即使在持续加热的过程中也不会变化， 因为蒸发的过程会使它冷却（产生水蒸汽）。和这种方 式类似，如果保持恒定的压力LNG也会一直处于几乎恒 定的温度下。这种现象被称为“自（动制）冷作用”。当蒸

3、汽（LNG气体）持续蒸发的过程中，温度会保持恒定。如 果气体不能被及时排除，容器内的压力和温度就会持续 上升。但是无论如何，甚至在690kPa的压力下，LNG的温 度也始终只有-130。正是因为天然气是一种石油产品，同时也是一种易 燃易爆的危险气体，所以LNG的储藏存在很大的危险 性。在LNG的低温冷储罐中，主要有3种潜在的风险：（1）在LNG进罐过程中存在的潜在的高气化率；（2）什么会导致LNG 进罐过程中发生分层，产生1 LNG特点1.1 LNG简介当天然气在常压下被冷却到大约-160时，就会转 变为液态，被称为液化天然气（LNG）。600m3的天然气 被液化后将转变为1m3的液化天然气。

4、LNG的密度大约 为水密度的45%。LNG是无嗅、无色、无腐蚀、无毒的。 当与空气的混合比例达到5%15%时会燃烧。LNG及气 体在达到极限条件时都会产生爆炸。177 HYPERLINK :/www im / www im 1 2 2李春龙王强林石晓宇（1 中国石油大连液化天然气 ， 辽宁 大连 116011；2 中国石油工程建设公司大连设计分公司， 辽宁 大连 116011）摘要：LNG储罐类型及特点，LNG储罐仪表选用原 则。关键词：LNG 储罐 仪表Abstract：Describes the type and characteristics of LNG storage tanks,

5、LNG storage tanks instr ument selection principlesKey words：LNG Tank Instrument解决方案SOLUTIONCHINA INSTRUMENTATION2010年 增刊LNG翻滚现象？（3）LNG分层的管理：必须控制好LNG的温度和 液位，否则将发生LNG快速而大量的气化，最终导致爆 炸，在194 4年美国俄亥俄州的克利夫兰就发生过一次 LNG储存的严重事故。3.2 液位测量仪表3.2.1液位温度密度（LTD）检测仪表带伺服机构的LNG储罐液位温度密度（LT D -Level, Temperature and Densit

6、y）测量仪表可以进行液 位、温度和密度的实时测量，测量范围包括约40 m 的 LT D测量仪表由机械驱动部件、一个多传感器组合的 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 传感器可分别测量出液位、温度、密度信号。LT D 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，且带自诊断功能，适合安装在低温 LNG储罐的顶部，将采集的数据进行处理，输出到就地 显示单元，并通过内部总线或通信接口将采集的数据传 送到设置在中央控制室的储罐管理系统。LTD测量仪表的伺服机构应采用磁耦合连接

7、至伺服 驱动变速位置调节器或其它类似设备，因此暴露于储罐 中的测量部分应与仪表驱动及信号部分进行物理隔离。 仪表部分应是密封的，防止易燃蒸气进入仪表部件。LTD测量仪表的安装需要套管，LTD测量仪表应配 套提供就地LCD显示单元，该显示仪应安装在储罐下 部、便于现场观查的地方，显示仪的安装不应破坏储罐 外罐壁的结构性能。LTD测量仪表至少应符合以下要求：（1）安装位置：LNG储罐顶部；（2）过程连接：6法兰，ANSI 150lb RF；（3）液位测量准确度：优于0.5mm；（4）温度测量准确度：优于0.3；（5）密度测量准确度：优于0.5kg/m3；（6）液位测量范围：040m；（7）温度测量

8、范围：-2000；（8）密度测量范围：400600kg/m3；（9）供电电源：220VAC, 50Hz；（10）通信接口：2个RS485接口，Modbus通信协议；（11）配套提供：就地LCD显示仪等。每一座LNG储罐的 LTD测量系统应该至少带有：1个液位传感器、1个振动型密度探头、1个RTD温度探头、1个底部参考开关。2 罐表防爆防护要求安装在危险区域的所有电动仪表都应适用于1区和2区，防爆气体组别为IIC，温度等级为T4的要求。储罐内 部危险区域划分为0区，储罐外部为2区。为保障仪表检测过程的正常进行，延长仪表使用寿 命，户外安装的现场仪表应选用全天候型，防护等级至 少为IP65。3 L

9、NG罐表选择3.1 综述在每座LNG储罐上安装自动、多传感器探测设备， 储罐的顶端安装的电子控制模块用于连续测量液位和密 度，并提供对温度和压力的监视。每座LNG 储罐内部应装有3套独立工作的液位系 统，如果需要，液位检测仪表的重力基础结构固定在罐 底。伺服型液位检测仪表的传感器将从罐顶进入储罐 内，并通过电动机械驱动装置来实现测量。根据控制 系统发出的命令，传感器可以通过驱动装置在罐内垂直 移动。储罐内所有的系统元件在任何时候都应能够从罐 内取出，以便进行检查和/或维修。液位测量仪表应具有在线维护功能。液位测量仪表安装在LNG储罐上的全通径球阀或 闸阀上，以便在储罐顶部可以对液位计进行校验或

10、抽出 后进行维护、维修、更换，而不影响储罐的正常运行。液位测量仪表拆卸后，LNG储罐必须用全通径球阀 或闸阀使储罐内部与外界隔离。任何现场仪表必须满足现场的防爆要求以及气候 环境要求，同时至少满足LNG接收站25年的设计要求。所有储罐测量仪表应具有安全防雷击及防浪涌电路设计，可预防雷电及浪涌电流对设备造成的损害。LNG储罐测量仪表配套提供的信号传输电缆（电 线）或检测电缆应是合金的，该合金应有低热膨胀性。178 HYPERLINK :/www im / www im 中国仪器仪表CHINA INSTRUMENTATIONSOLUTION解决方案2010年 增刊在标定模式下，LTD测量仪表必须能

11、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。3.2.2 雷达液位计LNG液面上部产生的蒸发气应对雷达液位计的测 量无影响。雷达液位计安装在储罐顶部的导向管上，采用法兰 连接方式安装。雷达液位计应是锥形天线（喇叭形）设计，需采用不 锈钢材质制造，天线及喇叭口尺寸必须与储罐导向管相 匹配。雷达液位计应是一体化结构，采用模块化及集成化 设计，卡件式安装，以保证液位计的可靠运行。雷达液位计应有自检、错误诊断功能，并有故障代 码显示。要求在测量范围内无测量死区，无零点漂移，并 具有杂波搜索、杂波干扰去除功能。雷达液位计的现场处理单元应是基于

12、微处理器的 电子控制设备，且带自诊断功能，适合安装在低温LNG 储罐的顶部；它能接收来自平均温度计的至少16点的 RTD信号，并将所有采集的数据进行处理后通过内部总 线或通信接口传送到设置在中央控制室的储罐管理系 统。其它技术指标（不限于此）：（1）精确度：优于1mm；（2）显示分辨率：1mm；（3）重复性：1mm；（4）供电电源：24VDC或220VAC，50Hz；（5）信号输出：现场总线、420m A、至少2个SPDT接点信号；（6 ）信号输入：至少18点RT D（Pt 1 0 0）信号、420mA；（7）测量范围：040m；（8）配套附件：现场总线信号解调器等。3.2.3 伺服液位计 对

13、于每座LNG储罐应配备2台独立的伺服液位计，伺服液位计应适用于LNG介质测量场合，直接接触 LNG的浮子材质应满足LNG的低温条件。伺服液位计应是利用一个电子传感器测量位于漂浮在LNG液面上的带有PTFE的浮子，通过微处理器的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，同时，微 处理器还应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。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，该现场处理单元应适 合安装在低温LNG储罐的顶部，将采集的数据进行处理 并通过内部总线或通信接口将采集的数据传送到设置 在中

14、央控制室的储罐管理系统。其它技术指标（不限于此）：（1）精确度：优于1mm；（2）显示分辨率：1mm；（3）重复性：1mm；（4）供电电源：24VDC或220VAC，50Hz；（5）信号输出：现场总线、420m A、至少2个SPDT接点信号；（6）测量范围：040m；（7）配套附件：现场总线信号解调器等。3.3 温度测量仪表3.3.1 多点平均温度计对于每座LNG 储罐应配备多点平均温度计，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。多点平均温度计应是一体化、集成化设计结构，每 点必须采用独立的温度测量传感器。多点平均温度计必 须配备满量程均匀分布的至

15、少16点温度检测点，任何连 续测量传感器的垂直间距必须小于2m。温度传感器应安装在封闭的温度计套管中。此温度 计套管材质必须是不锈钢，温度计套管及引出电缆应具 有耐低温性能。温度传感器不带有切断阀门，并且是柔性的，弯曲 半径为1.5m并且是可提出和盘式存放形式，温度传感器 必须是在0电阻值为100，= 0.00385/的铂金 属热电阻（根据IEC 60751 A级标准）。多点平均温度计的检测信号将通过雷达液位计的通 信总线传送到储罐管理系统中。3.3.2罐顶BOG（Boil Of Gas）温度检测179 HYPERLINK :/www im / www im 解决方案SOLUTIONCHINA

16、 INSTRUMENTATION2010年 增刊在储罐顶部设置1支热电阻，用于测量罐内产生的BOG的气相温度。热电阻需接至温度采集卡（变送器），转换成RS485信号，接入储罐管理系统和DCS。3.3.3 储罐泄漏温度检测 在内、外罐竖向环形空间均匀布置3支双支铠装热电阻，用于LNG泄漏检测，一旦发生LNG泄漏，各点温度 会降低，通过检测温度即可测出LNG是否发生泄漏。在内、外罐之间的环形空间底部沿罐周长设置24支 RTD温度传感器，通过检测温度可以测出LNG是否发生 泄漏。温度传感器热电阻必须是三线制，在0电阻值为10 0，=0.0 0385/的铂金属热电阻（根据 IEC60751 A级标准）

17、。温度传感器安装在不锈钢保护套管 内，保护套管的长度应满足温度测量要求。信号电缆连 接到温度传感器所带的接线盒内。测泄漏温度都通过1个大法兰口引出线。每个仪表 位号的RT D提供双支（SI L2级），安装在储罐内。每个 RTD都接线到接线箱的端子上，其中一支接420mA温 度变送器（SIL2级），放在接线箱中，再接到控制室FGS 火气系统。3.3.4 储罐表面冷却温度检测 在内罐的底部平均布置24支表面温度铠装热电阻，用于储罐初始冷却以及储罐正常使用时的温度测量。在内罐的外罐壁上应均匀分布安装8支表面温度热 电阻。应根据储罐的材质、密封性、测量要求等特点，选择 适宜安装在LNG储罐内罐外壁上的

18、表面温度传感器，表 面温度传感器的安装不得影响内罐的整体密封性能。测冷却温度都通过1个大法兰口引出线。热电阻需接 至温度采集卡（变送器），转换成RS485信号，接入储罐 管理系统和DCS。为可靠，一半温度接到一个温度转换 器或伺服液位计，另一半接到另一个温度转换器或伺服 液位计。冷却温度测量均采用双支热电阻，其中一支热电阻 作为备用，并将电缆接入现场接线箱内的端子上。3.4 压力/差压测量仪表压力（差压）变送器用于储罐压力低低、高高、低 低低的联锁和压力控制，根据储罐特点可设计为3选2形式。压力（差压）变送器应采用先进的传感器技术和微处理机为基础的电子系统，以确保其在准确度、复现性、 可靠性、

19、稳定性、可调量程范围、带负载能力、抗干扰能 力、通信能力等方面，具有较高的性能。应选用智能型变送器，测量原理宜为电容式或单晶 硅谐振式等。其测量精度要优于满量程的0.075%，信 号分辨率应大于 0.025%。输出信号为 420mADC（二 线制），并能输出基于HART通信协议的数字信号。变送器应具有承受最大量程的100的过载能力。 变送器应具有防止瞬变电压的保护功能。 变送器应带有LCD就地指示表头。 随变送器应配套提供安装支架及紧固件。3.5 储罐管理系统LNG储罐管理系统（TMS）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、压力、密度等参数

20、进行实时监测，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，运行在专用的计 算机工作站上。LNG储罐管理系统与 DCS采用网络的 形式连接，将现场传送到DCS中的其它储罐相关参数采 集到该系统中，进行数据存储、处理和显示。3.5.1 硬件用于运行LNG储罐管理系统（TMS）软件的计算机 工作站应不低于以下配置：（1）主频：2.4G；（2）内存：512MB；（3）硬盘：80 G；（4）显示器：20彩色LCD；（5）外存：DVD-CD-R

21、W 配键盘、鼠标等。3.5.2 软件LNG储罐管理系统专用软件应采用能够在Windows NT或Windows XP操作系统下运行的软件，必须包括： 液位、温度以及液位报警管理； 液位温度密度系 统； 基于使用API、ASTM进行LNG储罐容积、质量和180 HYPERLINK :/www im / www im 中国仪器仪表CHINA INSTRUMENTATIONSOLUTION解决方案2010年 增刊LNG蒸发量计算的 LNG储罐库存管理。软件应能够给操作员提供LNG 储罐出现“翻滚现 象”的预报警及处理方法。界面显示及其它功能，包括：（1）LNG液位显示及报警；（2）各点和平均温度值显

22、示；（3）液位、温度、密度、压力实时显示；（4）气、液相的界面位置显示；（5）LTD探头所在位置的温度和密度显示；（6）温度和密度的报警曲线显示；（7）库存量、蒸发气量显示；（8）液位、温度、密度、压力、泄漏等越限报警、记 录；（9）各类故障及报警、记录；（10）系统自诊断及报警、记录；（11）停止/手动/自动操作功能及切换；（12）其它与LNG储罐相关的设备运行状态显示；（13）与DCS进行数据交换。在测量周期中，温度和密度的数值应能够形成图表 形式，图表的生成时间和速率应满足工艺生产的要求。3.5.3 记录 任何操作、事故或报警将自动记录在硬盘上，此记录包括数据采集或报警时的时间标签和报警

23、形式。探头每个位置变化（上升100mm或下降100mm）的 密度和温度需同时记录（历史数据应随时可调出）。硬盘对数据存储的容量必须可以存储2年历史数据 和趋势数据。当存储数据达到90%容量时，系统应有一 个报警信号产生。3.5.4 与DCS的通信 网络通信的推荐形式是使用OPC技术。制造厂可以建议使用串行通信。通信数据应包括计算所需要的必要数据和需要在DCS显示的所有数据，具体如下：（1）LNG储罐液位状态数据和报警值、设定值；（2）LNG储罐各检测点温度状态数据和报警值；（3）LNG储罐密度计的密度、温度数据；（4）LNG储罐的近3个月罐体积容积的历史数据；（5）LNG储罐每日的质量输出量；

24、（6）历史趋势（液位/温度/密度）。上述要求仅是最低要求，所有在TMS计算机上的数据必须通信到 DCS。4Enraf公司LNG罐表的选用实例以Enraf公司产品举例如下：一般在现场使用3套ENRAF公司生产的854ATG伺 服液位计，选择同样的3台液位计有助于降低仪表的随机 失效，都用于测量LNG罐中的LNG液位，但在辅助功能 上又有区别。这些辅助的功能的主要有LNG平均温度的 测量、LNG密度的测量和报警输出等。有2台具备平均温 度测量的功能，这2台中的1台还同时具备密度测量的功 能。另外1台主要作为液位报警用，报警输出的信号用于 机泵的紧急联锁，这台液位计同时提供420m A信号输 出。这

25、3台液位计同时具有液位计测量的功能，达到冗余 的要求，同时可以通过Enraf 的Bi-phase Mark现场总线 将信号以数字量的方式送到操作室内。在操作室内安装完整的Enraf公司提供的Entis Pro 全冗余系统，包括两套在其中1套发生故障时可以相互 自动切换的独立系统，同时两个系统之间又有相互的联 系。当其中1套在进行工作时，另1套处于监视状态，一旦 工作中的系统发生故障，备用的系统就立刻开始工作， 不会影响整个系统的正常运行。全冗余的Entis Pro系统 主要包括两台CIU Prime、两台CIU Plus和一套有冗余功 能的Entis Pro库存管理软件。LNG储罐仪表在罐上安

26、装图，如图1所示。 NG储罐仪表系统典型结构图，如图2所示。 图中：LTD（Level Tempera-ture Density Gauge）液位温度密度计；ATG（Servo Level Gauge）为伺服液位计；MIT（Multi Thermo sensor Interface unit）多点温度 计接口单元；MTT（Multi Thermo sensor Thermometer）多点温 度计；TSI（Tank Side Indicator）罐旁指示仪；CIU（Communications Interface unit）通信接口单 元；TGIM（Tank Gauging Interface Module）罐表接口 单元；181 HYPERLINK :/www im / www im b bATG ATGMa n Ma n CCATG Ma nCC CC BVBV 6PVCC6BV 56BV6MTTMTTLTD ab c o ed 2 St10o 12The mowellng weTSTS LNG ank2A a mTo PCUTo C Ucon acsys em图1