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LNG储罐压力控制系统设计

文档作者：周琳琳刘庆胜文档来源：中国石化青岛液化天然气有限责任公司		点击数：	更新时间： 2021年02月06日
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石油工程建设
LN G储罐压力控制 系统设训
周琳琳，刘庆胜
中国石化青岛液化天然气有限责任公司，山东青岛266400
工程设计_
文章对LNG储罐压力控制及联锁保护系统的组成和理念进行了分析，考虑不同工况下，当储罐超压时，对储罐吸热
等原因引起的BOG蒸发量进行了计算，当储罐负压时，对储罐需要的补气量进行了计算，并根据计算结果对接收站
BOG压缩机、LNG储罐安全阀(PSV)、真空阀(vsv)的设计参数进行了确定。
关键讧
LNG储罐；压力控制；安全阀； 真空阀
Design of Pressure Control System of LNG Storage Tank
Zhou Linlin，Liu Qingsheng
Sinopec Qingdao Liquefied Natural Gas Co．，Ltd．，Qingdao 266400，China
＼ 0S ：
This paper analyzes LNG terminal tank pressure control and pressu re interlock protection system．The different
working conditions are considered．W hen storage tank is overpressu re， the amount of BOG generated by heat
absorption of the storage tank is calculated．W hen storage tank is underpressure， the tank com pensative gas volume
is calculated．According to the results，this paper determines the design parameters of BOG compressor， pressure
safety valve and vacuum safety valve at the terminal station．
： 、。’ v f ：
LNG storage tank；pressu re control；pressure safety valve；vacuum solenoid valve
0 引言 ：
LNG储罐内储存的LNG为饱和液体，温度一155～
一1 63 cc，尽管储罐有良好的绝热性能，但罐内物料由于
罐壁和环境的热量交换、卸料臂和卸船管道冷损、大气
压下降等原因会产生闪蒸气(BOG)，如果BOG不能及
时排出，储罐将会超压；当LNG储罐罐内泵外输量超过
LNG蒸发量、储罐低压操作时大气压升高、BOG压缩机
的抽气量过大会造成储罐出现负压” 。超压或负压均会对
储罐产生严重的威胁，故一套完整的LNG储罐压力保护
系统是储罐“安、稳、长、满、优”运行的重要保证 l。
1 LNG储罐压力保护系统
山东LNG接收站项目建设4台LNG储罐，单台容
积为16万m。，其压力控制及保护系统如图1所示，当
LNG接收站正常运行时，如果储罐中产生的BOG量增
大，储罐压力就会升高，这时需开启BOG压缩机来调
节储罐中的压力。为选出最大压力，在4个储罐中分别
设置压力变送器，然后通过高选模块PY1选择压力最高
的一个，作为控制BOG压缩机能力的信号。通过BOG
压缩机处理量的变化可以调节储罐内压力。山东LNG项
目设计时在BOG压缩机内部设置了4档容量选择，即
25％、50％ 、75％、100％ ，如果储罐中的压力增加到
超过高压设定值时，运行中的BOG压缩机会自动向上
跳一级；如果储罐的压力下降到低压设定值时，运行中
的BOG压缩机会自动降一级。
山东LNG项目储罐的最大操作压力为25 kPa，为
防止储罐在运行中发生超压事故，储罐设置了超压保
40卷麓5嚣39■_
l 工程设计 石油工程建设
·一 ⋯ ⋯ 一一、 高高联锁切断返回
护。当压力变送器PT2检测到储罐压力达到26 kPa
时，将信号送入PI2控制器打开火炬系统调节阀，将超
压部分气体排入火炬燃烧。当压力超过27．5 kPa时，
通过PT3、PT4、PT5检测到压力信号进行3选2逻辑
后，通过联锁保护切断返回到储罐的BOG。在储罐顶
端下风向设置安全阀(PSV)，当储罐压力达到29 kPa
时，PSV打开，将超压部分气体直接排入大气。
为了防止LNG储罐在运行中发生负压事故，储罐设
置负压保护。当储罐压力低于2．75 kPa时，通过PT3、
PT4、PT5检测到压力信号进行3选2逻辑后，切断进
入BOG压缩机的天然气。当PT2检测到储罐压力降至
2 kPa时，打开破真空阀，将外输气体经两级减压后补
入储罐，以维持储罐内压力稳定。另外，储罐顶端设真
空阀(VSV)，如果罐内压力继续降低至一0．22 kPa时。
VSV打开，将空气引入至罐内。
一
一
情况下，即储罐内蒸发量为LNG量的5／1 0 000且4台
储罐全部满装，此时储罐从外部吸热产生的BOG量为：
× =6 000 (kg／h) (1)
式中 ——储罐从外部吸热产生的BOG量／(kg／h)；
，vT } 一储罐数／台， 丁ANK=4；
K__一储罐体积／m。， K=160 000；
pLNG_一LNG的密度／(kg／m。)，pLNG=450。
在LNG卸料过程中，LNG注入储罐导致液位上升，
液面上层空间的BOG返回至LNG船的体积流量／j＼于进
入储罐的LNG体积流量会造成储罐压力上升，卸料时产
生的体积置换为：
／1／2= ( NG一 oG) ×pBoG=5400 (kg／h) (2)
鳗 式中
通过对各种原因引起的储罐超压和负压情况的定量
计算，为储罐压力监控设计及BOG压缩机、PSV、VSV
的参数选择提供设计依据。
由于外部环境向LNG储罐不断传递热量，使得罐
内LNG气化而产生BOG。从外部环境吸热产生的BOG
量因天气、太阳辐射等因素有较大变化，本文考虑极端
广卸料时因 詈换产生的BOG量／(kg／h)；
凡-e一接收站全速卸料时的LNG流量／(mS／h)，
G=14000；
o厂卸料时储罐内BOG经卸料气体臂返回至
船舱内的流量／(m3／h)， 1B。G：1 1 000；
pBOG——B0G的密度／(kg／m。)，pBoG=1．8。
山东LNG项目设5台卸料臂，其中4台为液相臂，
1台为气相臂，在卸料过程中，液相臂及卸料管道会从
环境中吸收热量，产生大量的BOG，这些BOG也是造
成储罐压力上升的重要原因。
周琳琳等：LNG储罐压力控制系统设计
卸料臂吸热产生的BOG量为：
／V／3： ：1 976 (kg／h) (3)
^
式中 。——卸料臂吸收热量产生的BOG量／(kg／h)；
，、I—— 液相卸料臂数／台，～ =4；
()．— —单台卸料臂每d＼时从外界吸收的热量／
(kJ／h)，pL=252 000；
A—— 每产生一千克BOG所需的热量／(kJ／kg)，
A = 51 0。
卸料管道吸热产生的BOG量为：
=1T×D pe}．ne×，J pe¨n。×— =1 047 ([kg／h) (4)
^
式中M ——卸 管道吸收热量产生的BOG量／([kg／h)；
D 一卸料管道直径／m，D 。=1．050；
，J删． 一卸料管道长度／m，L删． =1 500；
p 一卸料管道每平方米每／J＼时吸收的热量
／(kJ／(h·m ))，pP：0 03×3 600。
则按9 以上计算，在正常运行状态时，接收站储罐
内最大BOG产生量为：
M= 1+ +M3+M4=14 423 (kg／h) (5)
考虑一定的裕量，山东LNG项目设两台BOG压
缩机，单台BOG压缩机气体输入量为8 800 kg／h(约
4 900 m3／h)。即在非卸料期间，开启一台压缩机即可处
理BOG气体，在卸料期间开启两台压缩机。
2．2 jE I卜常j {-T状 量分析
， 、 一
现场大气压力范围为99～1 04 kPa，大气压的下降
将导致储罐内表压增大 ，为了维持储罐内压力恒定，
需要排放出部分BOG气体，根据EN1473标准附录B
公式，大气压下降需排放的BOG量为：
s= × ×PB∞=7 473 ([kg／h) (6)
式中M厂一大气压下降极端情况下需排放的BOG量／
(kg／h)；
吁—_1氏液位时储罐内气相空间／m。， OG：
205 500；
P一最低环境压力／kPa，P=99；
／d￡——大气压最 率／(kPa／h)， ／dr=1．5。
I
翻滚是一种比较复杂的工况，根据EN 1 473标准附
录B．1 1 ，在翻滚状态下BOG产生量大约为储罐从环
境吸热产生BOG量的1 00倍，则单台储罐在翻滚状态
下产生的BOG量为：
： 1 00× ：1 50 000 (kg／h) (7)
工程设计_
翻滚作为非正常工况，其BOG产生量的计算可作
为PSV阀设计的依据，并考虑一定的裕量，山东LNG
接收站每台储罐设5台PSV阀(4用1备)，单台最大
流量46 000 kg／h。
储罐负压定量分析的目的是为储罐VSV阀的设计及
补气系统的设计提供依据，负压定量分析是在考虑储罐
本身不从外界吸收热量、两台BOG压缩机满负荷运行、
罐内3台LNG泵同Bt~I,输、大气压力升高时的极端工况
下计算的。
单台储罐罐内泵的体积流量：
= 3 X 31 9=957 (m3／h) (8)
BOG压缩机的体积流量：
= 2 X 4 900=9 800 (m3／h) (9)
大气压升高时单台储罐需要补充的BOG量：
= 慨／pBoG=4 1 51 (m3／h) (1 0)
则在极端工况下需要单台储罐VSV阀的补气量为：
F= 呻+ 。 + =14 908 (m3／h) (1 1)
考虑一定的裕量，山东LNG项目单台储罐设4台
VSV阀(3用1备)，单台最大体积流量为5 305 m3／h。
3 结束语 ；
本文对山东LNG接收站项目储罐压力控制系统及压
力联锁保护系统的组成和控制理念进行了分析，对LNG
储罐从外界吸热、卸料BIaS体积置换、卸料臂及卸料管
道吸收热量产生的BOG量进行了计算，并根据计算结果
确定压缩机容量及台数，对大气压变化、储罐翻滚时产
生的BOG量进行了计算并根据计算结果确定了储罐PSV
阀的数量及参数，对储罐欠压时需要的最大补气量进行
了计算并根据计算结果确定了储罐VSV阀的数量及参数。
_0蠹一 。 llll — 。 。÷一Il一鼍◆ = ’
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¨l王武昌，李玉星，孙法峰，等大型LNG储罐内压力及蒸发率的影响
因素分析【J]天然气工业，201 O，30(7)：1—7
【2】李春龙，王强林，石晓宇LNG储罐罐表系统选择简述【J]中国仪器
仪表，2010，(S)：177—182
【3】刘浩，周永春．LNG低温储罐压力安全系统设计【J】化工设计，
2007，17(1)：7—10
【4】BSEN 1 473．Installation and Equipment for Liquefied Natural Gas
Design of Onshore Installation[S]．
曩 一■
周琳琳(1987一)，女，辽宁营口人，2010年毕业于四JIj大学化学工
程专业，现从事LNG储罐建设及研究工作。
≠ 40 5 41—●

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