摘　要：以1750m³液化天然氣(LNG)子母罐的安全保護(hù)系統(tǒng)為例，探討四級(jí)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(jì)上分析了設(shè)置BOG壓力控制閥的必要性。

關(guān)鍵詞：LNG儲(chǔ)罐；  安全保護(hù)；  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(chǔ)配站的產(chǎn)量或儲(chǔ)存量較大，均需要設(shè)置大容量的LNG儲(chǔ)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(jì)的儲(chǔ)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(jì)實(shí)用的安全保障系統(tǒng)——四級(jí)安全保障系統(tǒng)。

傳統(tǒng)1750m³LNG子母罐內(nèi)部設(shè)置7個(gè)子罐，每個(gè)子罐罐容為250m³，材質(zhì)為06Crl9Ni10，最高工作壓力為0.6MPa，設(shè)計(jì)壓力為0.66MPa，設(shè)計(jì)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(jì)壓力為3kPa；子母罐夾層保冷方式為填充珠光砂，并通入氮?dú)獗３终龎骸?/span>

2　LNG儲(chǔ)罐四級(jí)安全保障系統(tǒng)的設(shè)置

為使儲(chǔ)罐安全，防止超壓，確保穩(wěn)定、可靠供氣，設(shè)置了四級(jí)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(jí)：自力式降壓調(diào)節(jié)閥

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

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

②第二級(jí)：BOG壓力控制閥

BOG壓力控制閥為氣動(dòng)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(jìn)口與BOG總管連接，出口與放空主管連接，取壓點(diǎn)設(shè)置在BOG壓力控制閥前儲(chǔ)罐BOG管上，當(dāng)取壓點(diǎn)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，閥門開啟，實(shí)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(diǎn)設(shè)定壓力為0.62MPa和0.63MPa。當(dāng)儲(chǔ)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(chǔ)罐氣相和BOG總管壓力持續(xù)升高。當(dāng)取壓點(diǎn)壓力達(dá)到0.62MPa時(shí)，站控系統(tǒng)執(zhí)行聲光報(bào)警，提醒生產(chǎn)人員進(jìn)行故障排除；如故障不能得到及時(shí)排除，儲(chǔ)罐氣相和BOG總管壓力仍繼續(xù)升高，當(dāng)取壓點(diǎn)壓力達(dá)到0.63MPa時(shí)，BOG壓力控制閥開啟，實(shí)現(xiàn)少量持續(xù)放空，取壓點(diǎn)的壓力維持在0.63MPa。

由于BOG壓力控制閥為氣動(dòng)式，通過站控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)取壓點(diǎn)壓力的調(diào)節(jié)，其安全、可靠性較傳統(tǒng)的機(jī)械式壓力調(diào)節(jié)閥高，能夠更好地實(shí)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(shí)現(xiàn)的是壓力保護(hù)功能。如出現(xiàn)事故工況，系統(tǒng)超壓，達(dá)到安全閥開啟壓力時(shí)，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(shí)，安全閥才會(huì)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(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的調(diào)節(jié)和控制，可通過調(diào)節(jié)閥的閥門開度實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)壓力的保護(hù)，超壓氣體較少時(shí)，閥口少量開啟；超壓氣體較多時(shí)，閥口開度增大，增大放散量以實(shí)現(xiàn)取壓點(diǎn)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(dòng)作，實(shí)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(jí)：安全閥

安全閥為機(jī)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(dāng)儲(chǔ)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(chǔ)罐壓力，儲(chǔ)罐氣相壓力升高至0.66MPa時(shí)，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(dāng)儲(chǔ)罐壓力下降至0.63MPa時(shí)，BOG壓力控制閥關(guān)閉；壓力降至0.6MPa以下時(shí)，自力式降壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉；壓力降低至0.54MPa時(shí)，安全閥關(guān)閉。在放散過程中，站控系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，通知生產(chǎn)維修人員進(jìn)行搶修。安全閥的設(shè)置見圖3。

④第四級(jí)：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(fù)壓。夾層氮?dú)夤ぷ鲏毫?/span>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(dāng)?shù)獨(dú)庀到y(tǒng)發(fā)生故障引起子母罐夾層氮?dú)鈮毫ι呋蜃庸薨l(fā)生泄漏造成夾層氣體壓力升高，壓力達(dá)到0.8kPa時(shí)，呼吸閥首先工作，進(jìn)行呼氣動(dòng)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(dá)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(yùn)行。

當(dāng)夾層出現(xiàn)負(fù)壓(氮?dú)庀到y(tǒng)故障出現(xiàn)暫時(shí)性停止供氮、子母罐預(yù)冷時(shí)夾層溫度降低等)，壓力達(dá)到-0.28kPa時(shí)，呼吸閥工作，進(jìn)行吸氣動(dòng)作，保證母罐不形成負(fù)壓。

⑤各級(jí)閥的設(shè)置數(shù)量

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

3　BOG壓力控制閥設(shè)置的經(jīng)濟(jì)性分析

①增加的造價(jià)

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(jià)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(jià)按4.8元／m³計(jì)，則計(jì)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(guó)內(nèi)同類LNG項(xiàng)目運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，未設(shè)置BOG壓力控制系統(tǒng)的LNG儲(chǔ)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(jì)效益。

4　結(jié)論

LNG儲(chǔ)罐尤其是大中型儲(chǔ)罐，設(shè)置四級(jí)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(gè)方面：

①能夠有效保障儲(chǔ)罐在正常工作壓力下運(yùn)行，極大地提高了儲(chǔ)罐的安全性。

②各級(jí)安全保護(hù)裝置隨著儲(chǔ)罐壓力的提高，逐級(jí)進(jìn)入工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)罐的階梯保護(hù)。

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(jì)價(jià)值。

本文作者：顧棟

作者單位：中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司