摘　要：以1750m³液化天然氣(LNG)子母罐的安全保護系統(tǒng)為例，探討四級安全保障系統(tǒng)(自力式降壓調(diào)節(jié)閥—BOG壓力控制閥—安全閥—泄放閥和呼吸閥)的設(shè)置方式和工藝過程，從經(jīng)濟上分析了設(shè)置BOG壓力控制閥的必要性。

關(guān)鍵詞：LNG儲罐；  安全保護；  自力式降壓調(diào)節(jié)閥；  BOG壓力控制閥；  安全閥

Setting of Four-level Safety Protection System of Liquefied Natural Gas Tank

Abstract：Taking the safety protection system of 1750m³ liquefied natural gas(LNG)cluster tanks for example，the setting mode and process flow of the fourlevel safety protection system composed of self-operated depressurization regulating valve，BOG pressure control valve，relief valve，discharge valve and breather valve are described．The necessity for setting BOG pressure control valve iS analyzed economically．

Keywords：liquefied natural gas tank；safety protection；self-operated depressurization regulating valve；BOG pressure eontrol valve：relief valve

1　概述

由于LNG工廠、衛(wèi)星站、儲配站的產(chǎn)量或儲存量較大，均需要設(shè)置大容量的LNG儲罐，其安全可靠性要求較高，事故情況下造成的損失和影響也較大，因此設(shè)置一套安全、可靠、成熟、經(jīng)濟的儲罐安全保障系統(tǒng)尤為必要。本文以傳統(tǒng)1750m³LNG子母罐為例，介紹一套較為安全可靠、經(jīng)濟實用的安全保障系統(tǒng)——四級安全保障系統(tǒng)。

傳統(tǒng)1750m³LNG子母罐內(nèi)部設(shè)置7個子罐，每個子罐罐容為250m³，材質(zhì)為06Crl9Ni10，最高工作壓力為0.6MPa，設(shè)計壓力為0.66MPa，設(shè)計溫度為-196℃；母罐為平底拱蓋結(jié)構(gòu)，幾何容積(子母罐夾層)為2515m³，材質(zhì)為Q345R，最高工作壓力為1kPa，設(shè)計壓力為3kPa；子母罐夾層保冷方式為填充珠光砂，并通入氮氣保持正壓。

2　LNG儲罐四級安全保障系統(tǒng)的設(shè)置

為使儲罐安全，防止超壓，確保穩(wěn)定、可靠供氣，設(shè)置了四級安全保障系統(tǒng)，即自力式降壓調(diào)節(jié)閥—BOG壓力控制閥—安全閥—泄放閥和呼吸閥。該安全保障系統(tǒng)比常規(guī)安全保障系統(tǒng)增加了BOG壓力控制閥。

①第一級：自力式降壓調(diào)節(jié)閥

自力式降壓調(diào)節(jié)閥為機械式，設(shè)置于儲罐BOG管上，調(diào)節(jié)閥前壓力(即儲罐氣相壓力)，見圖1。自力式降壓調(diào)節(jié)閥為儲罐氣相的第一道壓力調(diào)節(jié)閥，當氣相壓力達到或超過設(shè)定值時，氣體壓力推動膜片，促使閥口打開，排放閥前氣體，降低壓力；當氣相壓力小于設(shè)定值時，彈簧推動膜片，關(guān)閉閥口。

設(shè)定壓力為0.6MPa，當儲罐壓力達到或者超過0.6MPa時，自力式降壓調(diào)節(jié)閥自動開啟，降低壓力，保證儲罐工作壓力維持在0.6MPa以下，滿足安全需要。

②第二級：BOG壓力控制閥

BOG壓力控制閥為氣動式薄膜凋節(jié)閥，設(shè)置于自力式降壓調(diào)節(jié)閥后、BOG總管的支管路上，進口與BOG總管連接，出口與放空主管連接，取壓點設(shè)置在BOG壓力控制閥前儲罐BOG管上，當取壓點壓力達到設(shè)定值時，閥門開啟，實現(xiàn)少量放散。BOG壓力控制閥的設(shè)置見圖2(圖2中EAG指安全放散氣體)。

取壓點設(shè)定壓力為0.62MPa和0.63MPa。當儲罐由于某種原因(保冷部分失效、LNG翻滾等)導(dǎo)致蒸發(fā)量增大，儲罐氣相和BOG總管壓力持續(xù)升高。當取壓點壓力達到0.62MPa時，站控系統(tǒng)執(zhí)行聲光報警，提醒生產(chǎn)人員進行故障排除；如故障不能得到及時排除，儲罐氣相和BOG總管壓力仍繼續(xù)升高，當取壓點壓力達到0.63MPa時，BOG壓力控制閥開啟，實現(xiàn)少量持續(xù)放空，取壓點的壓力維持在0.63MPa。

由于BOG壓力控制閥為氣動式，通過站控系統(tǒng)實現(xiàn)對取壓點壓力的調(diào)節(jié)，其安全、可靠性較傳統(tǒng)的機械式壓力調(diào)節(jié)閥高，能夠更好地實現(xiàn)系統(tǒng)要求的超壓放散功能。

另外，此BOG壓力控制閥與安全閥的區(qū)別在于：安全閥實現(xiàn)的是壓力保護功能。如出現(xiàn)事故工況，系統(tǒng)超壓，達到安全閥開啟壓力時，安全閥全部開啟，放空氣體直至系統(tǒng)壓力為0.54MPa(安全閥的回座壓力)時，安全閥才會關(guān)閉，停止放散，屬于間歇大量放散過程。BOG壓力控制閥是實現(xiàn)對壓力的調(diào)節(jié)和控制，可通過調(diào)節(jié)閥的閥門開度實現(xiàn)對系統(tǒng)壓力的保護，超壓氣體較少時，閥口少量開啟；超壓氣體較多時，閥口開度增大，增大放散量以實現(xiàn)取壓點穩(wěn)定在0.63MPa，屬于連續(xù)穩(wěn)定的少量放散過程。BOG壓力控制閥開啟的設(shè)定壓力值略低于安全閥的開啟壓力值，正是為了避免安全閥頻繁開啟引起大量放空，在安全閥開啟前就動作，實現(xiàn)壓力控制。

可見，設(shè)置BOG壓力控制閥適用于LNG系統(tǒng)少量超壓放散的情況，可以更好地避免因少量超壓導(dǎo)致安全閥開啟等情況，減少放空量。

③第三級：安全閥

安全閥為機械式，設(shè)置于子罐的BOG管道上，開啟壓力為0.66MPa，回座壓力為0.54MPa。當儲罐出現(xiàn)故障，產(chǎn)生大量蒸發(fā)氣，自力式降壓調(diào)節(jié)閥和BOG壓力控制閥均全部開啟，仍不能穩(wěn)定儲罐壓力，儲罐氣相壓力升高至0.66MPa時，安全閥開啟，與BOG壓力控制閥、自力式降壓調(diào)節(jié)閥聯(lián)合放空，當儲罐壓力下降至0.63MPa時，BOG壓力控制閥關(guān)閉；壓力降至0.6MPa以下時，自力式降壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉；壓力降低至0.54MPa時，安全閥關(guān)閉。在放散過程中，站控系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號，通知生產(chǎn)維修人員進行搶修。安全閥的設(shè)置見圖3。

④第四級：泄放閥和呼吸閥

在母罐上設(shè)置泄放閥和呼吸閥，泄放閥保證母罐不超壓，呼吸閥保證母罐不超壓和不形成負壓。夾層氮氣工作壓力為0.5kPa，泄放閥開啟壓力為1kPa，呼吸閥呼氣壓力為0.8kPa，吸氣壓力為-0.28kPa。

當?shù)獨庀到y(tǒng)發(fā)生故障引起子母罐夾層氮氣壓力升高或子罐發(fā)生泄漏造成夾層氣體壓力升高，壓力達到0.8kPa時，呼吸閥首先工作，進行呼氣動作，確保壓力不再持續(xù)升高；如系統(tǒng)故障較大，夾層壓力持續(xù)升高，達到1kPa后，泄放閥開啟，直接排空以降低壓力，保證母罐在正常工作壓力下運行。

當夾層出現(xiàn)負壓(氮氣系統(tǒng)故障出現(xiàn)暫時性停止供氮、子母罐預(yù)冷時夾層溫度降低等)，壓力達到-0.28kPa時，呼吸閥工作，進行吸氣動作，保證母罐不形成負壓。

⑤各級閥的設(shè)置數(shù)量

7個子罐共分為2組，1組3個子罐，1組4個子罐。每組子罐氣相管路上各設(shè)置1個DN 50mm的自力式降壓調(diào)節(jié)閥；總BOG管路上設(shè)置1個DN 100mm的BOG壓力控制閥；設(shè)置的4個安全閥(DN 80mm)和1個泄放閥(DN 250mm)、1個呼吸閥(DN 200mm)見圖3。

3　BOG壓力控制閥設(shè)置的經(jīng)濟性分析

①增加的造價

設(shè)置BOG壓力控制閥，需要增加一套BOG壓力控制系統(tǒng)，即需要增加相應(yīng)的設(shè)備和管道，因此相應(yīng)的造價也要增加。增加的設(shè)備和管道見表1。

②安全閥單次放空損耗的天然氣成本

根據(jù)上文可知，安全閥單次放空的天然氣量為2348m³／次，天然氣售價按4.8元／m³計，則計算得到安全閥單次放空損耗的天然氣成本約11270元/次。

③BOG壓力控制系統(tǒng)投資回收期

根據(jù)國內(nèi)同類LNG項目運行經(jīng)驗，未設(shè)置BOG壓力控制系統(tǒng)的LNG儲罐安全閥開啟次數(shù)為3～5次／a，此處取4次／a，而設(shè)置BOG壓力控制閥后，安全閥基本不開啟。則BOG壓力控制系統(tǒng)投資回收期約為1.5a，之后每年還將產(chǎn)生45080元的經(jīng)濟效益。

4　結(jié)論

LNG儲罐尤其是大中型儲罐，設(shè)置四級安全保障系統(tǒng)(自力式降壓調(diào)節(jié)閥—BOG壓力控制閥—安全閥—泄放閥和呼吸閥)的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

①能夠有效保障儲罐在正常工作壓力下運行，極大地提高了儲罐的安全性。

②各級安全保護裝置隨著儲罐壓力的提高，逐級進入工作狀態(tài)，實現(xiàn)對儲罐的階梯保護。

③BOG壓力控制閥的設(shè)置能夠很好地控制BOG壓力，避免氣相壓力突升，最大限度減少了安全閥開啟的次數(shù)，杜絕工藝事故，大量減少了安全排放氣體，具有一定的經(jīng)濟價值。

本文作者：顧棟

作者單位：中煤科工集團重慶設(shè)計研究院有限公司