上海LNG液氮储罐控制原理及改造上海液化天然气有限责任公司摘要：在我国有很多小型化工厂，日常使用氮气量不大，所以大都没有设置专业生产氮气的装置，一般采用设置液氮储罐和环境气化器的方式，通过外购液氮存储，再气化后供各设备使用。文章以上海液化天然气有限责任公司的液氮存储和气化工艺为例，介绍液氮存储及其控制原理，在使用中存在较普遍问题及解决办法。关键词：液氮存储控制原理使用问题改造方法使用，这三项使用量为27~32/h(气相)。其它几点为只有需要时才使用，平常是不用氮气的。上海液化天然气有限责任公司坐落于洋山岛上，一期设计年输天然气量为40，目前已经投产。二期计划将输气量扩大一倍至年输天然气80。在一期中的主要设备为：一个LNG卸船码头、三个储量为16.5LNG储罐、12LNG输出泵、5台高压输出泵、5台海水气化泵、台中间丙烷介质气化器、2台蒸发气压缩机、各种消防设备、设施和公用系统，如氮气系统、淡水系统、压缩空气系统。氮气系统主要设备有：1四川空分设备有限责任公司的CFL－20/1.6型低温液氮储罐(总容积为21，有效容积为20QQ－500/30型的空气气化器，每台设计气化量为500液氮储罐为双层圆筒形结构，内容器及其配管均用奥氏体不锈钢制造，外容器用Q235－B制造，夹层填充珠光砂，并抽真空。

储罐有供各种操作的阀门，阀门全部布置于贮罐的底部周围，贮罐设有压力表、液面计等检测仪表。液氮系统的流程及操作液氮系统流程见图液氮系统使用中存在的问题及原因分析本公司氮气的用途：(1)为12台罐内泵和条卸料臂的旋转接头提供吹扫氮气；(3)为火炬提供日常微正压；(4)为蒸发气压缩机提供轴密封用气；(5)卸料臂使用前后置换。(6)各设备和管道维护检修提供吹扫和置换用氮气。在以上各使用点中，第(2)、(3)、(4)点为连续V1：增压阀V2：液氮排出阀V3：气相通过阀V4：放空阀V6、V7：气化器隔离阀C：单向阀A1：增压调压阀A2：控压调压阀A3：自立式放空阀A4：管网调压阀MV：测滿阀Pr：增压气化器S1、S2、S3、S4：安全阀E1、E2：液氮环境气化器XV1、XV2：开关阀液氮系统流程示意上海煤气.shgas输出气化操作：正常液氮的输出气化操作是关V5，打开V2、V6、V7、，则液氮流经V2进入气化器E1E2，气化后经A4调压送入氮气管网各用气点。氮气罐增压操作：如果氮气罐压力低于需求时，检查V4处于常关，V3处于常开，打开V1，一小股液氮流经V1进入增压气化器Pr中，气化后V3流至液氮储罐顶部，储罐的压力就会上升。

液氮系统的安全设置：本液氮系统有一套完善自动压力控制系统，设有A1、A2、A3、A4四个自立式压力调压阀。A1为压关式压力调压阀，当阀后压力达到设定点时，会自动关闭，以防液氮储罐压力超过需求的压力。A2为压开式压力调压阀，当阀前压力达到设定点时，会自动开启，从而把压力向阀后释放经单向阀立式压力调压阀，当液氮储罐压力升高到其设定点时，此阀会自动打开把压力释放到大气中，从而保证储罐的安全。A4为压关式调压阀，当其后压力达到设定点时，此阀会关闭，当其后压力低于设定点时，此阀处于开启状态，从而保持氮气管网的压力相对稳定。0.；A20.85MPa；A31.25MPa；A40.75MPa。由以上叙述可知，正常操作下，液氮贮槽压力应维持在0.82~0.85MPa之间。漏、仪表连接螺纹漏气、安全阀启跳、爆破片漏气或破裂等事故。关于储罐超压的原因最初认为A2阀或单向阀出了故障，不能正常工作，后经连续观察记录，当罐液位高于70%时，没有气相通过A2当液位降到70%时开始有少量气相间断从A2过，当液位低于50%就有大量气相从A2阀连续通过，此时液氮储罐的压力是可以控制在所设定的0.825~0.85MPa之间的。

1.3对问题产生原因的分析根据上文对液氮系统工艺的说明和个调压阀压力的设定可知，A2阀的作用是为了节约用气和降低罐压，其原理为当内罐顶部气相的压力超过A2阀的开启压力时(0.85MPa)，A2阀打开，罐顶的气相通过A2和单向阀V2阀排入氮气管网，同时截断液相流，从而降低罐内压力，避免了当罐压超高时通过手动打开V4对空排放而浪费氮气的情况；当内罐顶部气相的压力小于A2阀的开启压力时，A2处于关闭状态，V2阀排放液相。那么造成使用过程中罐压力超高，不能控制在设定范围之间的原因是什么呢？经过分析其原因是在罐液位高时调压阀A2两点)前后的压力差不足以克服此两阀对流体的阻力降即排气点到储罐液面的液柱静压力pH。1.2使用中存在的问题本公司在使用中液氮存储及气化工艺存在长期超压问题，储罐压力不能控制在0.825~0.85MPa之间，尤其是在夏季，当罐压已经上升到0.95MPa时，A2阀还没有气相通过从而把罐压降下来。为了安全操作员只有通过打开V4阀对空排放的方式给储罐降压，浪费了氮气。储罐压力超过设定值存在以下问题：(1)氮气管网压力超压，超过设定值0.75MPa，这一方面导致火炬吹扫用氮气量大幅增加，浪费了氮气，另一方面超过了罐内泵和高压泵输出泵动力接线盒氮封的设计压力(0.75MPa)，引起在DCS的报警。

可能会引起事故，如法兰泄pB=p-pH-p2式中：pB—B处压力，MPa；p—气相空间压力，MPa；pH—排液管顶端到液面的液柱静压力，MPa；p2—管路阻力，MPa。PA=p-p3式中：PA—A处的压力，MPa；p—气相空间压力，MPa；p3—管路的阻力，MPa。由于管内流体的流速很低，管路阻力p2、p3以忽略不计。所以：A2阀和单向阀由以上分析可以看出A2阀前后的压力(2)如果罐压超高，18〉〉2012上海煤气.shgas差的大小与罐液位高低有直接关系，液位高时压力差就小，反之压力差就大。为了使液氮储罐系统更好的工作，能自始至终自动控制自身压力在0.825~0.85MPa之间，提出以下改造方案。改造方案中增加个手动阀、3个单向阀和个减压阀。具体方案见图个调压阀、3V1：增压阀V2：液氮排出阀V3：气相通过阀V4：放空阀V6、V7：气化器隔离阀C：单向阀A1：增压调压阀A2：控压调压阀A3：自立式放空阀A4：管网调压阀MV：测滿阀Pr：增压气化器S1、S2、S3、S4：安全阀E1、E2：液氮环境气化器XV1、XV2：开关阀原因分析当液位高于70%的时候，排气点到液面的液柱静压力较小，即A2阀的前后压力差不足以克服A2阀对流体的阻力(将此阻力记作Δp2)，所以即使罐压大于A2阀的设定点0.85MPa，气相仍不能通过，也就不能自动降低罐的压力。

当罐液位低于50%时Δp1一直大于ΔP2，气相始终能 通过 A2 C；当液位在50%与 70%之间时，Δp1 大于ΔP2，有气相通过 A2 处的压力下降，Δp1又小于或等于 ΔP2 了，所以有少量间断气相通过 A2 V1：增压阀V2：液氮排出阀 V3：气相通过阀 V4：放空阀 V6、V7：气化器隔离阀C：单向阀 A1：增压调压阀 A2：控压调压阀 A3：自立式放空阀 A4：管网调压阀 MV：测滿阀 Pr：增压气化器 E1、E2：液氮环境气化器 V8、V9：隔离阀 V10：排放阀 S1、S2、S3、S4：安全阀 XV1、XV2：开关阀 C1：单向阀 A6：减压阀 A5是型号和 A2 一样的调压阀，C1 是型号和 一样的单向阀，在输出管线V2 阀后加装减压阀 A6， 经改造后工艺流向和控制为：正常气化时，液氮流 V2，经减压阀A6 减压后经过气化器 E1 E2气化升温给氮气管线供气。在贮槽压力低于 0.825 MPa 时，A1 阀自动打开，一小股液氮经增压气化 Pr气化后经 A1、V3 返回贮槽顶部给贮槽增压， 液氮系统的改造方案探讨由上面的分析可知，造成我公司液氮系统在使 用中的压力不可自动控制(贮槽液位高于 70%时)的 原因是调压阀 A2 和单向阀 前后的压力差太小，不足以克服调压阀 A2 和单向阀 当槽顶部压力达到0.825 MPa A1阀自动关闭， 上海煤气 2012 19.shgas 停止增压。

如果贮槽压力异常高于 0.85 MPa 后调压 A5打开，贮槽顶部气相经 V3、V9、A5、C1、 V5 进入输出管线，从而降低贮槽的压力，当贮槽 压力降到 0.85 MPa 以下时 A5 阀关闭，贮槽顶部气 相不再流向输出管线。这样贮槽压力就会维持在 0.825~0.85 MPa 之间。 为了实现上面的改造设 想，我们在输出管线上 增加了一个减压阀 A6，这样： A5 阀前压力＝贮槽顶部气相压力 C1阀后压力 p2＝p-pH-减压阀 A6 的压力 p3； A5 C1的前后压差 p-p2=pH+p3。 只要 我们通过合理设定 A6 后的压力，就可以 保证 不管贮槽液位如何，始终大于A5 流体的阻力降。经与液氮贮槽厂家技术人员联系，给出的 A5 C1对流体的阻力降都约为 10 kPa。经过观察记 录得出的实际数据分析，在 14kPa(储罐液位 70%)时有少量断续的气相通过A2 22kPa(储罐液位在 50%)时始终有气相通过 A2 阀。也就是只要A6 阀提供 22 kPa 的减压量就可 以实现改造设想。所以只要将 A6 阀后压力设定在 0.8 MPa 就能始终保证 始终大于A5 C1对流 体的阻力降。

个手动阀、3 个调压阀、3 个单向阀和 个减压阀，费用低；改造时无需停用系统；且 A2 阀所在的管 V5阀所在管线直径一样，材质一样，便于改 造安装。 (1)保留了原流程：这个改造方法保留了原流 程，只是用一个手动阀 V8 将原调压阀 A2、单向阀 隔离，不再使用这条线。如果因需要再启用这条线，也只是改变下几个阀门的开关状态而已。 (2)改造手续简单：液氮系统为压力容器，要是 改变原结构需要重新设计、向有关部门申报。此种 改造没有改变原设计，没有改变原流程结构，在改