LNG加气站自动控制系统设计

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摘 要：LNG具有易燃易爆、超低温等特性，决定了LNG加气站具有一定的危险性，所以自动控制系统是LNG加气站中一个重要的组成部分。通过自控系统可实时监控站内工艺系统的状态，进行站内突发问题的预警与防范。合理的设计自动控制系统，可以保证LNG站平稳安全的运行。本文根据国家现行规范、标准，对LNG加气站自动控制系统的设计进行介绍。
关键词：LNG加气站;自动控制;设计
液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称LNG），主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的化石能源。LNG虽然属于比较新兴的产业，但是近些年发展迅速，伴随着国家环保政策的推出，对PM2.5环境治理的要求也越来越严格，LNG燃料以能量密度大，汽车续行里程长、环保节能、安全性好的优势成为汽车燃料的优选，LNG加气站的建设也成为了热门。LNG具有易燃易爆、超低温等特性，决定了LNG加气站具有一定的危险性，所以自动控制系统是LNG加气站中一个重要的组成部分。通过自控系统可实时监控站内工艺系统的状态，进行站内突发问题的预警与防范。合理的设计自动控制系统，可以保证LNG站平稳安全的运行。
1 LNG加气站工艺概述
LNG汽车加气站的工艺流程主要分为卸车流程、加气流程、调压流程及卸压流程4个步骤。
1.1 卸车流程
由加气站LNG泵将LNG槽车内LNG转移至加气站LNG储罐。主要有2种方式：潜液泵卸车方式、自增压卸车方式。
1.2 加气流程
LNG加气站加气流程主要包括预冷、加气、待机过程。储罐中的饱和液体LNG通过低温潜液泵加压后经过计量由加气机给汽车加气，加气压力为1.6MPa。在给车载瓶加气前首先应给车载瓶卸压，通过回气口回收车载瓶中余气。低温潜液泵的加气速度快、压力高，充装时间短。
1.3 调压流程
LNG汽车发动机需要车载气瓶内的饱和液体压力较高，一般为0.52～0.83MPa，而运输和储存时LNG饱和液体的压力越低越好。因此，在为LNG汽车加气之前，需要调整储罐内LNG的饱和蒸气压。
1.4 卸压流程
主要是指在卸车、加气以及加气站的日常运行过程中，由于系统漏热，LNG气化导致系统压力升高，或者在使储罐升压过程中，储罐中的液体不断地气化，这部分气化了的气体如不及时排出，会导致储罐压力越来越大。当系统压力大于设定值时，通过BOG回收系统或者打开安全阀，释放系统中的气体，降低压力，保证系统安全。
2 LNG加气站自控设计
根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2012（2014年版）等有关标准规范，再结合LNG加气站的工艺特点，LNG加气站自动控制系统宜包括现场仪表系统、可燃气体检测报警系统、UPS系统等。
2.1 现场仪表系统
在场站可靠安全运行的必要点处加装一次和二次仪表，对LNG储罐、工艺装置区各设备进行监视和控制，对调压计量、加臭、仪表用气源等设备进行控制。主要监控参数包括：①LNG储罐的压力及液位;②LNG泵橇内低温潜液泵前后管道压力、温度;③加热器后温度;④卸车液相管道、卸车气相管道压力;⑤站区可燃气体泄漏检测;⑥工艺装置区内低温泄漏检测;⑦各气动控制阀门的开启或关闭、控制阀阀位信号;⑧消防水泵的启动与紧急停车、喷淋阀的开停;⑨ESD现场控制按钮、控制室切断按钮。
2.2 可燃气体检测报警系统
设置独立的可燃气体检测报警系统，在LNG工艺区、汽车加气岛等生产区域设置可燃气体探测器，当检测区域可燃气体浓度达到20%LEL（体积比1%）时，同时控制室和现场发出声光报警信号，提示操作人员注意。其中防护堤内可燃气体报警时，联锁禁止防护堤内潜水泵运行。
2.3 ESD紧急停车系统
在控制室、现场操作盘及加气岛处均设置紧急停车按钮。当现场出现紧急情况时，按下任何一个ESD紧急停车按钮，联锁停止全部LNG泵橇运行，同时切断同时切断全部紧急切断阀。
2.4 站控系统
站控系统主要利用可编程控制器PLC与上位机为核心设备，完成监控参数的显示、报警、联锁、控制、记录以及其他相应有关参数的监控。站控系统设置如下功能：①对加气站内各测控点变量数据进行采集与处理;②显示站区工艺总流程、运行状态、数据参数以及历史数据等;③数据存储与处理;④打印报表、报警时间及内容、屏幕拷贝;⑤逻辑控制;⑥连锁保护;⑦自诊断、自启动、自恢复功能;⑧系统故障诊断及报警。
2.5 UPS供电系统
控制室内设置UPS（Uninterrupted Power Supply）系统，为站控系统（PLC控制柜、上位机）、视频监控系统、可燃气体检测报警系统提供2h不间断工作时间。
3 结语
自动控制系统是整个LNG加气站稳定运行的保证，因此在设计选型时，应选择先进智能、与防爆等级相适应的仪表及设备，并考慮与之配套设施如供电系统的安全可靠性等，以充分发挥自控系统的功能。同时，应加强对工作人员的培训，使其了解LNG特性及联锁控制的操作原则，以便在应急情况下进行科学合理的操作。
参考文献：
[1]刘力宾.LNG气化站安全保护系统[J].煤气与热力，2009， 29（3）：B013-B016
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