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LNG加气站自动控制简述职称论文发表

来源：职称论文发表咨询网作者：qifan时间：2013-08-02 14:19

　　摘要：本文依托于新规范50156-2012，对LNG加气站仪表自控系统设计方案做了简单的叙述，包括控制、报警和紧急停车系统的配置等，提出了加气站自控设计中需要注意的几点问题，简单介绍了LNG加气站的发展。

　　关键字：LNG,PLC,紧急停车系统,可燃气体报警系统,LNG撬装站

　　一、概述

　　液化天然气(Liquefied Natural Gas即LNG)是天然气的一种应用形式。其一般生产工艺过程是将气田开采出来的天然气，经过脱水、脱烃、脱酸性气体处理后，采用先进的制冷工艺，在常压下冷冻至-162℃变为液体。LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，LNG的重量仅为同体积水的45%左右，在储存和运输方面有着明显的优势。

　　在当前石油资源日益枯竭，而清洁能源越来越为人们所熟知的情况下，天然气越来越受到青睐，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。而天然气在中国能源中的比重很小，利用极为不平衡，但现在中国对LNG产业的发展越来越重视，许多LNG项目正在规划和实施中，在不久的未来，LNG将成为中国天然气市场的主力军。

　　LNG加气站供应LNG的加注，随着国家对LNG的重视，LNG加气站必然会快速发展。现在已经有很多地区开始兴建和使用LNG加气站，本文将结合新实施的《汽车加油加气站设计与施工规范》，介绍LNG加气站控制系统的设计并对其中的问题加以讨论。

　　二、LNG加气站一般工艺流程

　　LNG加气站的工艺流程一般分为卸车流程、升压流程、加气流程、卸压流程共四部分。

　　1.卸车流程

　　指把汽车槽车内的LNG转移至LNG加气站的储罐内的过程。卸车方式分为3种：增压器卸车、泵卸车、增压器和泵联合卸车。

　　增压器卸车：部分LNG通过增压气化器与空气换热后气化，气相进入LNG槽车，使槽车内压力升高，将LNG压入储罐。此方式节约电能，工艺流程简单，但会产生较多的放空气体，卸车时间较长。

　　泵卸车：槽车内LNG通过LNG低温泵打入LNG储罐内，同时保持槽车与储罐的气相空间连通，以平衡压力。此方式不会产生放空气体，且采用上进液喷射的形式有利于罐体饱和蒸汽的回收，工艺流程简单，但耗能较大。

　　增压器和泵联合卸车：LNG槽车与储罐压力平衡后断开连通阀门，然后利用LNG低温泵将LNG打入储罐，同时增压气化器为槽车增压，卸车完毕再泄压。此方式卸车时间短，耗电量介于前两种方式之间，但工艺流程复杂。

　　2.升压流程

　　LNG的汽车发动机需要车载气瓶内饱和液体压力较高，而运输和储存需要LNG饱和液体压力越低越好。所以在给汽车加气之前须对储罐中的LNG进行升压升温。升压方式有两种：一种是通过增压器升压，另一种是通过增压器与泵联合使用进行升压。一般为确保加气时间，通常采用第二种方式。

　　3.加气流程

　　加气流程是指给LNG汽车上的气瓶加气的过程，通过低温质量流量计对加气量及回气量进行计量和累积，产生的天然气回气通过管线回到LNG储罐。

　　4.卸压流程

　　主要是指当LNG储存压力超过储罐最高工作压力时,在没有达到低压安全阀起跳压力之前,通过手动或程控放空阀来实现泄压的过程，如果没能实现正常的超压卸压而使储罐压力进一步升高,当达到储罐压力限定值时,低压甚至高压安全阀起跳完成泄压的过程.。

　　三、LNG加气站控制系统描述

　　1. 设计原则

　　自控仪表系统设计应遵循在确保设备及人身安全的前提下，保证系统安全、可靠、先进、经济性原则;在满足使用功能的前提下，尽量采用先进技术，集成化设计，达到国内目前先进水平;系统配置应满足安全可靠、运行操作灵活和便于检修、维护的要求。

　　2. 系统描述

　　LNG加气站的控制系统一般选用以微处理器为基础的可编程序控制器(PLC)，程控逻辑设计要符合工艺系统的控制要求。全站设置一台工业计算机作为上位机操作员站，完成对整个工艺系统集中监视、管理和自动程序控制，可实现远方手操。并能够计算和显示所需的技术参数，绘制所需的曲线、图形，也可以完成各种报表及事故报警记录的打印。如果有需要，也可增设一台工业计算机专门用于计量和结算。LNG加气站控制系统在逻辑上通常分为站控系统和加气控制系统。控制系统配置简图如图1所示。

　　(1) 站控系统

　　站控系统的主要功能是通过各种传感器对现场LNG储罐、LNG低温泵、泵池、增压器以及加气机等设备的正常运转和对相关设备的运行参数进行监控, 将检测到的信号传送至PLC系统，并在设备发生故障时自动报警并切断系统。

　　工艺设备的压力、温度、液位、流量等参数经传感器送至PLC控制柜，经可编程控制器计算后存入PLC中的CPU数据存储区，由程序实时调用。

　　LNG低温泵的控制一般采用撬装式，由微处理器为基础的可编程序控制器控制，可靠性高，也可将数据远传至值班室。

　　(2) 加气控制系统

　　LNG加气控制系统主要任务是完成对车载气瓶的加气，在加气过程中完成对管路、流量计中的残存气体的排空和预冷控制;发出对LNG低温泵的启停、调压的控制的命令信号;完成对加气量和回气量的准确计量、显示、结算;完成对各种运行参数的采集、显示、控制，同时具有对加气量、计量方式等的设定及与站控系统的通讯等功能。

　　这个控制过程一般由加气机完成，现在LNG加气机普遍采用微机控制技术，可同时显示出所售LNG的质量、金额和单价。实际工作中，这些信号会通过RS485等通信方式传送至站控系统的上位机，根据厂站规模和业主要求，也可以单独设置一台上位机作为计费系统，专门用来处理加气机的控制信号。

　　(3) 紧急停车系统(ESD)

　　根据规范中对紧急停车系统的要求，综合考虑到LNG加气站投资和实际检测点数量等因素，一般LNG加气站的紧急停车系统包含在站控系统当中。

　　紧急停车系统(ESD)主要完成的功能是：当操作或值班人员在操作、巡检、值班时发现系统偏离设定的运行条件，如系统超压、液位超限、温度过高以及出现LNG泄漏，火灾报警事故时，能自动在生产装置区或值班室远距离快速停车，切断危险源，使系统停运在安全位置上。

　　除了系统自动触发以外，根据规范规定[4]，在值班室和现场操作区，如卸车区、加气区等也应设置紧急停车按钮，供现场人员在发现危险时手动触发。且系统只能手动复位。

　　(4) 可燃气体检测报警系统

　　为确保人身、生产设备、生产工艺过程的安全，在LNG储罐区、LNG加气区及管沟内等可燃气体可能泄漏的位置设置可燃气体探测器，检测可燃气体的浓度。可燃气体检测器的有效覆盖水平平面半径[5]，室内宜为7.5m;室外宜为15m。在有效覆盖面积内，可设一台检测器，其安装高度应高于泄漏源0.5～2.0m;若可燃气体发生泄漏，可燃气体探测器将信号传至控制室的可燃气体报警控制器进行报警，提醒工作人员及时处理。另外在便于到达和操作的位置设置防爆手动报警按钮，由人工触发。

　　根据规范要求[5]，可燃气体报警系统最好独立设置并配备不间断电源(UPS)，现在厂家基本都能够提供成套的可燃气体报警控制器，可燃气体的检测信号应先进入可燃气体报警控制器，再将高报警和高高报警信号接入PLC，实现上位机的监控和联锁。

　　四、LNG加气站自控系统设计要点

　　1. 管沟的可燃气体探测器

　　LNG加气站工艺管道一般会采用管沟敷设的方式，且不会填沙。如果发生LNG泄漏，气化后的气体容易积聚在管沟内，形成安全隐患，因此管沟内也要设置可燃气体探测器，设置方式参照室内设置间距，一般1~2个即可。

　　2. 围堤内集液池低温检测

　　集液池一般是用于收集雨水并将污水排出的，内置了排污泵。而对于围堤内的集液池，考虑到LNG如果大量泄漏，在气化之前就流入集液池，排污泵此时启动会造成严重后果，因此应在围堤内集液池中设置低温检测装置，在确认有LNG大量泄漏时，禁止排污泵启动。现在的排污泵厂家往往带有液位检测而没有温度检测，可以自行配置或者与厂家协商由厂家特别制作。

　　3. 电缆选型及埋地

　　根据规范要求[6]，对于防爆区电缆的芯径是有要求的，但实际工作中发现，有些提供撬装式LNG的厂家在成撬设备中使用的电缆比较随意，有些不符合规范的要求，发现这些问题时，应与厂家及时沟通，在设计时也应注意电缆选型。

　　LNG加气站控制电缆一般是埋地敷设，方式有铠装直埋和穿镀锌管埋地两种，虽然很多人喜欢铠装直埋，但从屏蔽干扰、保护电缆和维护维修的角度考虑，穿镀锌管埋地更有优势。

　　4. 油站改造中需要注意的问题

　　现在有很多LNG加气站是在原有的加油站中增加加气功能的改造项目，而加油站本身都设置有埋地输油管，深度和走向都不尽相同，根据规范要求[6]，油管与仪表电缆平行敷设时间距应保持在1000mm以上，交叉敷设时应保持在500mm以上，在设计过程中应给与充分考虑。

　　5. 额外的输入输出点数

　　在一些撬装站中，可以直接使用设备供应商成套提供的PLC进行控制，但在管沟内、卸车点的可燃气体探测器和手动报警按钮一般成撬厂家不会提供，这时要和设备供应商协商，确保有足够的预留点数可以使用，并在软件上添加相应的功能。而作为设备供应商，如果能够提供更完整全面的系统，也有利于产品的推广。

　　6. 有消防系统的控制系统设计

　　根据规范要求[4]，一些LNG加气站需要设置消防给水系统，那么在控制系统中就要考虑和消防系统联动的问题。一般可设置一个开关输出信号到消防系统用于启动消防，这个信号可以与可燃气体报警系统联锁。考虑到并不是所有的报警都应该触发消防系统，也可将信号设置为手动输出，由操作人员根据现场情况做出判断。

　　五、LNG加气站的发展

　　1. 撬装式LNG加气站

　　LNG撬装站是指将LNG储罐、LNG泵撬、LNG加气机、控制系统以及其各种附属设备集成为一体，由设备供应商以整体撬装的形式提供给业主并建成LNG加气站的形式。