LNG接收站LNG液位测量方法的探讨

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天然气作为清 洁能源越来越受到青 睐，很多 国家都将LNG列为首 选燃料 ，天然 气在能源供应 中的 比例迅速 增加，至2012年底我国大陆已建成运行的接收站有5个，且陆续将有更 多的LNG接收站建成 。LNG作为-种低温液体，温度达到-165qC，气液膨胀 比大约 1：600，爆炸极限5%-15%，气化后的天然气属于易燃易爆甲A类火灾危险气体。

接收站主要包括LNG码头、LNG储罐区和工艺区。从国外引进 LNG，需通过LNG船运至 LNG接收站 ，由LNG槽车运输送至用户或经升温升压后通过天然气管网送至用户 。与LNG接收站配套的-般有LNG冷能利用相关项 目，包括利用 LNG冷能分离空气 (生产液氮、液氧和液氩)、冷轧钢和天然气发电厂等，以后还可 以开发LNG冷能冷冻食品、低温干燥与粉碎、医药和食品行业等项 目，形成LNG产业链。

在LNG接收站 ，自动化程度较高，在测量参数中，LNG的液位是-个重要参数，它对接收站 的稳 定运行起着重要的作用。

1 LNG接收站的主要工艺流程LNG通常由专用LNG船从生产地输出终端运到LNG接收站码头后，经过码 头卸到接收站的储罐 中。LNG进入储罐所 置换 出的蒸发 气 (BOG)通 过 回气 管道 输到运 输船 的LNG储罐中，以维持储罐系统压力平衡。

根据对蒸发气的处理方式，接收站天然气的外输工艺可分为直接输出工艺和再冷凝工艺。直接输出工艺是将蒸发气直接压缩到外输压力后送至管网。再冷凝工艺是将蒸发气压缩至-定压力后，与从LNG储罐低压泵输出的深冷LNG混合并进行冷量交换，使蒸发气再冷凝，然后经高压输送泵加压后送至气化器气化后外输。外输工艺的选择主要由接收站的实际操作模式 以及市场天然气需求量决定，我国已运行的大型LNG接收站采用的主要为再冷凝工艺，见图1。

收稿 日期：2013-05-09作者简介：周宇罕(1967-)，男，高级工程师，主要从事液化天然气生产运行技术管理。

184图1 LNG接收站工艺流程简图2 LNG液位测量点及测量方法2.1 LNG储罐液位LNG储罐是接收站的关键设备，属于低温常压罐。液化天然气在接近大气压力的条件下储存于LNG储罐中。

从码头卸料臂过来的LNG进入全容式液化天然气储罐(见 图2)，每座储罐均配备两条注入管线，分别将液化天然气输送到 内罐顶部和底部。为 了避免LNG在储罐 内部形成分层，其注入模式撒于储存及卸载的液化天然气的相应规格 (来船的LNG密度大于卸料罐储存LNG的密度时，从顶部进料；来船的 LNG密度小于卸料罐储存 LNG的密度时，从底部进料)。

储罐液位用于安全保护 (报警和联锁)及工艺操作的需要 ，-台储罐配二 台液位计 (LT)，- 台液位开关 (LS)，- 台液位温度密度计 (简称LTD)，这些仪表都采用法兰连接安装，并配严格要求的保护管/导波管。

国内LNG单储罐最大工作容量 己至 160000m ，外罐壁高约39m，外罐拱项最高约50m，不同的储罐，设计参数稍有区别。储罐液位计要求耐低温、测量稳定、精度高、符合防爆要求的仪表 。通过对国内LNG接收站储罐的调查 ，雷达液位计和伺服液位计用的最普遍，也被行业所认可 。其中使用品牌集中在法国的WHESSOE和美国的HoNEYwELL(ENRAF)，这些仪表通过调试后运行 比较稳定。LTD的选择主要是美 国的 SCIENTFIC INSTRUMENTS和法 国的WHESSOE，LS是雷达液位计或伺服液位计 的-种 ，只是泉关量的信号。对于两台液位计的选型，采用雷达还是伺服，各有优缺点，可根据设计人员和使用人员的习惯 ，但在《自动化与仪器仪表)2013年第4期(总第168期)设计选型时要考虑信号与控制系统的通讯匹配问题 。

图2 LNG全容储罐结构简图2.2 再冷凝器再冷凝器由两部分组成，上部做为填料段，压缩机压缩后的BOG与深冷LNG充分接触并被完全冷凝；下部为缓冲段，为高压输送泵提供缓冲。

再冷凝器是接收站内检测、控制回路数量最多，也是控制方案最复杂的系统，在正常LNG外输工况下，发挥接收站 的心脏作用，LNG液位的准确、稳定测量尤为关键 。此系统有3处4台液位变送器，根据我们使用的效果和从可靠性和经济性方面考虑，差压式的检测方法都是值得推广的，但对安装方式必须有明确的要求。

图3 仪表工艺安装图a再冷凝器和高低压侧的-次阀都是有保冷层，在理想情况下-次阀后的导压管内不存在 LNG，但在实际使用中，由于LNG的低温 和保冷 的效果影 响，往往会在 导压管 内存在LNG，导致测量不准，甚至无法测量。经过实际使用，图3的安装方式，可以实现LNG液位检测准确、稳定。

高压侧的导压管必须是水平引出，在气温零下 1摄氏度时，水平长度必须大于 1.5m，这个长度可以根据接收站所处地理位置，进行调整，目的是保证LNG在高压侧的导压管内完全气化，低温不会传至变送器。变送器的安装高度与高压侧高度旧能保持-致。

低压侧 的导压管 必须是 -定斜 度 的引出 ，斜度 以不小于 1：10，长度 以大于 2米为宜 ，保证少量的 LNG完全气化或少量 LNG回流 到设备 内。

在安装条件不能保证变送器的安装高度与高压侧高度-致时，在保证高低压侧引出导压管的长度情况下，可以将变送器安装在高压侧-次阀的上方。不推荐安装至低于高压侧-次阀高度的位置。

有些设计人员会在导压管处加伴热，这也是可行的，但只要根据以上图3的安装方式，导压管的伴热就可以省略。

设计、安装人员往往会采用下图4的安装方式，导致无法测量。

图4 仪表工艺安装图b2.3 气液分离系统系统主要包括气液分离器和排放罐两台设备。当压缩机的吸入管线温度高于-130(2或压缩机在较低的负荷下运行时，可输送适量LNG到压缩机前的BOG减温器，对进入减温器的气体进行减温，以防止压缩机进、出口温度过高。减温器出口气体夹带的少量 LNG在进入压缩机前于入口分液罐中分离，分离后的LNG排入低压排放罐。当低压排放罐的液位达到-定高度时，用氮气把LNG压送到LNG排放总管。

分离系统共4台液位计，选型和安装方式，可以参照再冷凝器。

2.4 高压LNG输送泵高压泵可以将来自低压系统(包括再冷凝器)的LNG，增压后送入到气化器系统，经气化工序及计量系统后外输。高压泵是电机全浸没立式多级离心泵，见图5。

泵的结构决定即使是很短的时间，起动电流也会对电机绕组和转子产生高热量，除非电机座位完全充满液体，否则会对电机产生危害。因此在启动时要求泵筒液位须为 100%。此处液位计测量的是泵筒液位，保护设备。

图5 LNG高压泵现在国内新建的接收站中，高压泵-般采用埋地安装，只能选择顶装式同轴导波杆形式的雷达液位计，可以克服泵简体积孝结构紧凑及震动所带来的干扰。值得注意的是，在安装调试、吹扫期间，保持泵筒的清洁是重要的。不能让杂物进入高压泵，否则会使杂物进入到同轴导波杆内，造成无法测量 。

对于功能较强的液位计，可以通过软件修正来消除故障点，如罗斯蒙特5300系列雷达液位计。导波杆在泵筒内也必须被固定。

4 结束语国内LNG行业起步晚，接收站都是近几年新建项目，建设、运行经验与国外先进接 收站还有-定 的差距。中海油、中石油 、中石化三大石油公司正在积极建设 LNG接 收站，总结经验 ，快速提高我国的LNG行业水平，是我们面临的任务。LNG液位的测量只是我们试生产中的经验，解决了-类问题，给同类行业提供参考。