LNG儲罐容量的測量處理方法

葉靖

摘 要：近年來，隨著液化天然氣（LNG）在世界能源消費中的比例逐年快速增長，LNG 低溫儲罐的建設施工不斷增加，且發展勢頭迅猛。本文以大型LNG 低溫儲罐為例，探討了運用伺服式液位計進行LNG儲罐容量測量的方法。

關鍵詞：LNG 儲罐;伺服式液位計;液位測量

天然氣是一種多組分的混合氣態化石燃料，是各種替代燃料中最早廣泛使用的一種，它主要存在于油田、氣田，燃燒后不會產生廢氣，廢水，且熱值高、經濟、便利。LNG是液態的天然氣，具有易儲存的特性，LNG儲罐一般容量較大，細微的液位測量誤差都將帶來很大的容量誤差，因此液位測量及控制在儲罐中非常重要，本文以大型 LNG 低溫儲罐為例，探討一種基于伺服式液位計的液位測量技術。

一、關于伺服式液位計測量原理

伺服式液位計是多功能儀表，既可測量液位，也可測量儲罐內LNG界面、密度和罐底等參數，常用于儲罐液位的高精度測量。其基于浮力平衡的原理，由微伺服電動機驅動體積較小的浮子，使其精確地進行液位或界面測量，其基本工作過程是：浮子用測量鋼絲懸掛在儀表外殼內，而測量鋼絲纏繞在精密加工過的外輪鼓上，外磁鐵被固定在外輪鼓內，并與固定在內輪鼓內磁鐵耦合在一起。當工作時，浮子作用于細鋼絲上的重力在外輪鼓的磁鐵上產生力矩，引起磁通量的變化。輪鼓組件之間的磁通量變化導致內磁鐵上的電磁傳感器（霍爾元件）的輸出電壓信號變化，其值與貯存于CPU 中的參考電壓進行比較。當浮子的位置平衡時，其差值為零。當被測介質液位變化時，使得浮子位置發生改變，其結果是磁耦力矩被改變，使得帶有溫度補償的霍爾元件的輸出電壓產生變化，該電壓值與 CPU中的參考電壓的差值驅動伺服電動機轉動，帶動浮子上下移動，直到重新達到平衡點。整個系統構成了一個閉環反饋回路，其精確度可達0.5mm。通過精確的測量LNG儲罐內LNG液位，可以通過伺服液位計準備計算出儲罐內LNG容量。

二、伺服式液位計的安裝

伺服式液位計的安裝方式同非接觸式液位計。安裝在罐體上時，與介質相通的腔室與電氣腔室完全隔離，以避免物料泄露。由于 LNG 儲罐通常是底部進料，在剛開始進料時，由于液位較低，LNG 會對浮子產生沖擊，使浮子發生飄移，從而影響讀數的精確性。因此，需采用導波管安裝方式。 在使用中，伺服液位計安裝時有以下注意事項：

（1）安裝導波管的位置應偏離儲罐進料口，以防止由于輸入液體的波動或湍流而引起的浮子的劇烈擺動。

（2）安裝導波管的位置應該離開罐壁至少500mm，以確保測量不受環境溫度的影響。

（3）徹底處理好導波管進液小孔的毛刺，以防毛刺掛住浮子。

（4）保證伺服式液位計導波管的垂直度，以避免浮子碰到導波管的內壁造成液位測量失靈。

三、伺服式液位計的作用

伺服液位計系統一般由主伺服、從伺服、雷達液位計組成，三臺液位計的信號送至ESD系統組成三選二邏輯，用于停止進料或停止罐內低壓泵，實現儲罐的高低液位保護達到安全要求，LNG儲罐使用液位-密度-溫度（LTD）連續測量設備和伺服式液位計相配合來測量儲罐的液和各個液面的密度、溫度。LTD 由數字邏輯單元和電機驅動單元組成，可在LNG儲罐內垂直移動、測量，并顯示與各種液面相對應的液體密度和溫度。

伺服式液位計除了可測量儲罐內LNG液位外，還可用于監控LNG儲罐分層，預防翻滾。儲罐內液化天然氣由于外界熱量的傳入而發生氣化，由于各組分的蒸發量不同，導致LNG的組分和密度發生變化，這一過程稱為老化;LNG產品注入儲罐時，由于新舊 LNG 的溫度及密度不同，會出現充注分層;一般罐內液體垂直方向上溫差大于 0.2℃、密度大于 0.5kg/m 時，即認為罐內液體發生了分層。當儲罐內LNG產生分層后， 隨著外部熱量的導入， 底層 LNG 溫度升高，密度變小;頂層 LNG 由于 BOG 的揮發而變重。下部 LNG 上升到上部，壓力減小，成為過飽和液體， 積蓄的能量迅速釋放， 產生大量的 BOG，即產生翻滾現象。

因此，LNG儲罐需要對翻滾進行監控，而分層是翻滾的前提，檢測分層就要監控溫度、密度、BOG 等，這些 LTD 都可以進行監控。儲罐內各界面溫度、壓力變送器和罐旁指示儀都通過HART 協議與伺服液位計進行通信，溫度計的溫度信號與壓力變送器的壓力信號都首先送到伺服液位計，由伺服液位計將二者連同液位信號統一輸出至控制室，實現與DCS的通信，實現對儲罐內液位的實時檢測。

四、結語

伺服式液位計以其卓越的測量性能和安全性，越來越多的在各類工程中得到應用。同時，基于伺服式液位計的液位測量方法也將在 LNG 儲罐建造中擁有更為廣闊的使用前景。

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