技术领域

本发明涉及液化天然气储罐，特别涉及液化天 然气储罐液体防翻滚定位充注 与循环装置。 背景技术

液化天然气简称 LNG， 随着我国进口 LNG量的快速增长， LNG接收站的储罐 作为接卸、储存和外输 LNG的设施， 扮演重要的角色。接收站通常按照连续生产 运行的方式进行设计， 一旦投入运营， LNG储罐就不可能倒空储存 LNG。 已有卸 料冲注管为单入或双入形式（如图 1 )，双入卸料管形式由主卸料管 1-1，重质（密 度较大的 LNG液体卸料管道） 分卸料管 4-1、 轻质 （密度较小的 LNG液体卸料管 道） 5-1， 以及支管开关控制阀 2-1、 3-1组成。 由于不同产地、 不同批次的 LNG 密度不同， 在充装密度、 温度都不同的新 LNG—段时间后， LNG在储罐内将产生 分层， 时间较长时容易产生翻滚，时间较长时容易产 生翻滚， 对储罐的安全造成 极大的威胁， 也增加处理翻滚产生的 BOG (蒸发气体）的费用。

专利号为 W0 2009/011497的专利公开的卸料为储罐顶部卸料和� ��部卸料方 式， 不能具体控制卸料液位层。 《天然气工业》， 第 28卷第 5期， 作者为王良军、 刘扬发表的"大型储罐内 LNG翻滚机理和预防措施"中的图四的循环装置� �独立 循环装置， 没有与卸料装置集成。 发明内容

本发明的主要目的在于克服已有技术的不足， 提供一种实现高低密度储液自 循环，可以预防储液分层、避免翻滚事故发生 的液化天然气储罐液体防翻滚定位 充注与循环装置。

本发明的目的是由以下技术方案实现的： 本发明的液化天然气储罐液体防翻滚定位充注 与循环装置，它包括主卸料 管、与所述的主卸料管相连通的重质分卸料管 以及轻质分卸料管，在所述的主卸 料管上安装有主控开关阀，在所述的重质分卸 料管、轻质分卸料管上分别安装有 重质、轻质分支管开关控制阀， 重质分卸料管的出口端与多个重质料支管的入 口 连通， 轻质分卸料管的出口端与多个轻质料支管的入 口连通， 在每一个重质、轻 质料支管上均安装有多支路开关控制阀，在液 化天然气储罐内从下至上依次间隔 安装有多个沿水平方向设置的喷注环，在每一 个所述的喷注环上均设置有多个喷 头， 多个重质料支管的出口端与设置在上部的多个 喷注环分别一一对应连通， 多 个轻质料支管的出口端与设置在下部的多个喷 注环分别一一对应连通，在每一个 喷注环的水平位置上分别安装有密度、温度测 试仪的探头，在所述的液化天然气 储罐上安装有液位计， 在重质分卸料管上安装有内循环开关泵。

本发明的有益效果： 改变以往储罐顶部卸料管和底部卸料管方式， 采用分层 卸料方式， 根据测量装置采集到的密度、温度、 液位数据， 通过本装置进行可控 的分层卸料， 储液通过各层充注管所连接的喷头， 进入到储罐。在储罐投入运营 后，当所卸的 LNG密度与储罐内的 LNG密度不同时，采用本装置，不同密度的 LNG 将自动混合，不会产生明显的分层，进而极大 地降低了翻滚发生的概率。另外也可 以通过内部充注管道、 液压泵， 实现高低密度储液自循环， 预防储液分层、 发生 翻滚事故发生。 附图说明

图 1是已有的液化天然气储罐充注与循环装置的� �构示意图；

图 2 是本发明的液化天然气储罐液体防翻滚定位充 注与循环装置的结构示 意图。 具体实施方式 如图 2所示的本发明的液化天然气储罐液体防翻滚� �位充注与循环装置，它 包括主卸料管 1、 与所述的主卸料管 1相连通的重质分卸料管 5以及轻质分卸料 管 2， 在所述的主卸料管 1上安装有主控开关阀 4， 在所述的重质分卸料管 5、 轻质分卸料管 2上分别安装有重质、 轻质分支管开关控制阀 7、 3， 重质分卸料 管 5的出口端与多个重质料支管 17的入口连通， 轻质分卸料管 2的出口端与多 个轻质料支管的入口连通，在每一个重质、轻 质料支管上均安装有多支路开关控 制阀 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16， 在液化天然气储罐内从下至上依次 间隔安装有多个沿水平方向设置的喷注环 19， 在每一个所述的喷注环上均设置 有多个喷头 20， 多个重质料支管的出口端与设置在上部的多个 喷注环分别一一 对应连通，多个轻质料支管的出口端与设置在 下部的多个喷注环分别一一对应连 通， 在每一个喷注环的水平位置上分别安装有密度 、 温度测试仪 18的探头， 在 所述的液化天然气储罐上安装有液位计，在重 质分卸料管 5上安装有内循环开关 泵 6。

温度、密度测点 21即密度、温度测试仪 18的相邻的两个探头位置， 一般可 选择间隔为 1. 5-2. 8m之间。

与重质分卸料管 5、 轻质分卸料管 2相连的重质、 轻质料支管数目， 依据储 槽内温度、 密度测点 21实际分布情况而定。

本装置的操作方法如下：

1.将轻质 LNG充注到重质 LNG的贮槽中时， 采取轻质分卸料管 2充注； 3.将重质 LNG充注到已含有轻质 LNG贮槽中时，一般采取通过上分支， 重质 分卸料管 5充注。另外当充注 LNG液体较少或原有储存液体较少时，采取下分 支， 轻质分卸料管 2充注；

4.根据温度、 密度测试仪 18和液位计， 测得液位、 温度、 密度数据， 可通 过控制多支路开关控制阀 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16， 精确的选择充 注液位层。 5.当 LNG储罐内任何两个温度、 密度测点 21的密度差超过 5kg/m ³ ， 并且温 差大于 -14° C时， 此时认定为发生分层， 根据两温度、 密度测点 21位置， 选择 开启相应多支路开关控制阀 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16， 进行打循环。

6.储罐一旦产生分层后， 首先泵出储罐底部的 LNG， 应采用通过关闭主控开 关阀 4， 开启重质、 轻质分支管开关控制阀 7、 3， 内循环开关泵 6 (安装时内循 环开关泵 6的进口连通轻质分卸料管 2)， 以及控制各个多支路开关控制阀 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16， 使 LNG液体从储罐底部通过喷头 20进入喷注环 19，流入多个轻质料支管，随后进入轻质分卸� ��管 2循环至上部重质分卸料管 5， 最后通过上部喷头 20重新注入罐内， 完成整体循环。 或根据温度、 密度测试仪 18测得分层液位层， 有选择性控制各个多支路开关控制阀 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16 的开关， 进行某一液位层的循环。 进行循环作业， 以促进储罐 内 LNG的混合， 同时使循环速度加快， 避免发生翻滚。

采用本装置的工作原理为：

根据所测得需装卸的 LNG密度与储槽中原有的 LNG密度、液位、温度（根据 温度、 密度测试仪 18和液位计测得）， 可有选择性的分层控制充注液位、 流量、 速度。

LNG密度的计算公式为（自修改后的 Klosek-McKinley方法推出）：

式中： Xi为某种组分的摩尔浓度； fi为某种组分的分子量； ζ'为某种组分 在特定温度下的摩尔体积； 、 为气体常数； 为氮的 ·值； 为甲烷的 ·值。

根据罐容计算不断修正液位测量探头在罐内纵 向的移动位移范围，以确定 液位准确位置， LNG罐容计算的计算公式为：

Vs = Vt - tq + V2 + V ₃ + V ₄ 式中 Vs为储存能力 (m ³ );

Vt为 LNG运输船船容 (m ³ );

V ₂ 为安全储备 (m ³ );

Vs为季节调峰储备 (m ³ );

V ₄ 为罐底残液 (m ³ ); t为卸船时间（h);

^为卸船时的管线外输送量 ( 。

层与层之间的传热和传质的的平衡方程为:

h,P, , D qh, + Κ,_, {θ^ - ) - Κ, (θ ₁ - θ ₁₊₁ ) at D

式中： 为不同分层高度 （m)， i= 1， …， n _; ?为不同分层内 LNG密度 （kg/m ³ )， i= 1， …， n _; 为不同分层内 LNG 比热容 （J / ( kg * °C) ); i= 1， 为不同分层内 LNG温度（°C)， i= 1， ···， n _; ί为时间 （s); 为储罐直径 （m);

^7为从储罐侧面传入的热流密度 （W/m ² ); ϋ为不同分层面 LNG传热系数 （W/ (m ² - °C))， i= 1， 在罐内压力恒定时， 顶层饱和温度是甲烷摩尔分数的函数:

M„ ,. dt

式中 为不同分层高度 （m)， i= 1， ···， n _; ?为不同分层内 LNG密度 （kg/m ³ )， i= 1， ···， n _;

为甲烷相对分子质量；

不同分层内 LNG相对分子质量， i= 1， …， n _;

«7为蒸发速率 /(!11 ² * ₈ )) _;

为不同分层内甲烷摩尔分数， i= 1， …， n;

^为不同分层面甲烷质量传递率 (kg/ (m ² * s))， i= 1， ···， n— 1。