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

關鍵詞：LNG儲罐；  安全保護；  自力式降壓調節閥；  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、衛星站、儲配站的產量或儲存量較大，均需要設置大容量的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，因此設置一套安全、可靠、成熟、經濟的儲罐安全保障系統尤為必要。本文以傳統1750m³LNG子母罐為例，介紹一套較為安全可靠、經濟實用的安全保障系統——四級安全保障系統。

傳統1750m³LNG子母罐內部設置7個子罐，每個子罐罐容為250m³，材質為06Crl9Ni10，最高工作壓力為0.6MPa，設計壓力為0.66MPa，設計溫度為-196℃；母罐為平底拱蓋結構，幾何容積(子母罐夾層)為2515m³，材質為Q345R，最高工作壓力為1kPa，設計壓力為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的設置

為使儲罐安全，防止超壓，確保穩定、可靠供氣，設置了四級安全保障系統，即自力式降壓調節閥—BOG壓力控制閥—安全閥—泄放閥和呼吸閥。該安全保障系統比常規安全保障系統增加了BOG壓力控制閥。

①第一級：自力式降壓調節閥

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

設定壓力為0.6MPa，當儲罐壓力達到或者超過0.6MPa時，自力式降壓調節閥自動開啟，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閥，設置于自力式降壓調節閥后、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，取壓點設置在BOG壓力控制閥前儲罐BOG管上，當取壓點壓力達到設定值時，閥門開啟，實現少量放散。BOG壓力控制閥的設置見圖2(圖2中EAG指安全放散氣體)。

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

由于BOG壓力控制閥為氣動式，通過站控系統實現對取壓點壓力的調節，其安全、可靠性較傳統的機械式壓力調節閥高，能夠更好地實現系統要求的超壓放散功能。

另外，此BOG壓力控制閥與安全閥的區別在于：安全閥實現的是壓力保護功能。如出現事故工況，系統超壓，達到安全閥開啟壓力時，安全閥全部開啟，放空氣體直至系統壓力為0.54MPa(安全閥的回座壓力)時，安全閥才會關閉，停止放散，屬于間歇大量放散過程。BOG壓力控制閥是實現對壓力的調節和控制，可通過調節閥的閥門開度實現對系統壓力的保護，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，增大放散量以實現取壓點穩定在0.63MPa，屬于連續穩定的少量放散過程。BOG壓力控制閥開啟的設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，實現壓力控制。

可見，設置BOG壓力控制閥適用于LNG系統少量超壓放散的情況，可以更好地避免因少量超壓導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。當儲罐出現故障，產生大量蒸發氣，自力式降壓調節閥和BOG壓力控制閥均全部開啟，仍不能穩定儲罐壓力，儲罐氣相壓力升高至0.66MPa時，安全閥開啟，與BOG壓力控制閥、自力式降壓調節閥聯合放空，當儲罐壓力下降至0.63MPa時，BOG壓力控制閥關閉；壓力降至0.6MPa以下時，自力式降壓調節閥關閉；壓力降低至0.54MPa時，安全閥關閉。在放散過程中，站控系統發出聲光報警信號，通知生產維修人員進行搶修。安全閥的設置見圖3。

④第四級：泄放閥和呼吸閥

在母罐上設置泄放閥和呼吸閥，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。

當氮氣系統發生故障引起子母罐夾層氮氣壓力升高或子罐發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，確保壓力不再持續升高；如系統故障較大，夾層壓力持續升高，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。

當夾層出現負壓(氮氣系統故障出現暫時性停止供氮、子母罐預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各級閥的設置數量

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置1個DN 50mm的自力式降壓調節閥；總BOG管路上設置1個DN 100mm的BOG壓力控制閥；設置的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壓力控制閥設置的經濟性分析

①增加的造價

設置BOG壓力控制閥，需要增加一套BOG壓力控制系統，即需要增加相應的設備和管道，因此相應的造價也要增加。增加的設備和管道見表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壓力控制系統投資回收期

根據國內同類LNG項目運行經驗，未設置BOG壓力控制系統的LNG儲罐安全閥開啟次數為3～5次／a，此處取4次／a，而設置BOG壓力控制閥后，安全閥基本不開啟。則BOG壓力控制系統投資回收期約為1.5a，之后每年還將產生45080元的經濟效益。

4　結論

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

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，實現對儲罐的階梯保護。

③BOG壓力控制閥的設置能夠很好地控制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，杜絕工藝事故，大量減少了安全排放氣體，具有一定的經濟價值。

本文作者：顧棟

作者單位：中煤科工集團重慶設計研究院有限公司