本發(fā)明屬于lng領(lǐng)域，具體涉及一種液化天然氣低溫泵井排氣系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
天然氣作為優(yōu)質(zhì)清潔能源，在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用越來越廣泛。常壓液化天然氣(lng)體積小，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存，是天然氣的常用形式。但由于lng在儲(chǔ)存過程中會(huì)出現(xiàn)大量的閃蒸汽(boiloffgas，bog)，如在lng儲(chǔ)罐使用過程中，在泵停止運(yùn)行后，泵井內(nèi)液體隨自重回流至儲(chǔ)罐，導(dǎo)致泵井內(nèi)液面至儲(chǔ)罐頂部空間充滿bog氣體，在每次啟泵過程中需要對(duì)該部分氣體進(jìn)行排空。
以往的排氣做法是對(duì)排氣控制閥進(jìn)行時(shí)間控制，設(shè)置固定的時(shí)間進(jìn)行排氣，這樣會(huì)導(dǎo)致排氣不徹底或是排氣不完全的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)，lng液會(huì)直接進(jìn)入排氣管線，造成排氣管線劇烈振動(dòng)，給設(shè)備和人員帶來危險(xiǎn)。因此，在罐內(nèi)泵啟動(dòng)過程中，液體在泵井內(nèi)上升，將泵井內(nèi)的氣相空間進(jìn)行壓縮，為了保證這些氣體不進(jìn)入主管線，需要對(duì)其進(jìn)行排氣，排氣時(shí)間要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種液化天然氣低溫泵井排氣系統(tǒng)及控制方法，達(dá)到自動(dòng)、智能排氣的功能，既可避免bog氣體進(jìn)入下游工序和液體進(jìn)入排氣管線，又可靈活控制排氣時(shí)間。
本發(fā)明首先提供一種液化天然氣低溫泵井排氣系統(tǒng)，包括設(shè)置于低溫儲(chǔ)罐中的液位檢測儀、與低溫儲(chǔ)罐內(nèi)的泵井連接的排氣管線、與低溫儲(chǔ)罐內(nèi)的泵井連接的外輸管線，泵井底部設(shè)置低溫罐內(nèi)泵，排氣管線內(nèi)設(shè)置排氣控制閥，外輸管線內(nèi)設(shè)置排液控制閥，液位檢測儀、排氣控制閥、排液控制閥、低溫罐內(nèi)泵分別與控制單元連接，所述控制單元能夠根據(jù)液位檢測儀檢測到的液位控制排氣控制閥的開關(guān)，從而控制排氣時(shí)間。
所述控制單元根據(jù)液位檢測儀檢測到的液位和低溫罐內(nèi)泵的工作參數(shù)，控制排氣控制閥和排液控制閥的開關(guān)，達(dá)到精確控制排氣時(shí)間的目的。
本發(fā)明通過控制單元控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置、液位檢測儀、排氣控制閥、排液控制閥，控制系統(tǒng)根據(jù)基礎(chǔ)參數(shù)的設(shè)置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排氣功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)排氣時(shí)間的嚴(yán)格計(jì)算和控制。
在本發(fā)明中，液位檢測儀例如為微波雷達(dá)液位檢測儀或浮筒式液位檢測儀。
液位檢測儀用于對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)液位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，檢測到的液位值被輸入控制單元進(jìn)行排氣時(shí)間計(jì)算。
作為優(yōu)選，排氣管線設(shè)在用于排液的外輸管線的上方。
在本發(fā)明中，控制單元例如是可編程控制器(plc)或集散控制系統(tǒng)(dcs)。
控制單元接收液位檢測儀傳來的數(shù)據(jù)，執(zhí)行計(jì)算程序，并輸出對(duì)排氣控制閥和排液控制閥的指令，可以由可編程控制器(plc)或集散控制系統(tǒng)(dcs)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明還提供一種控制液化天然氣低溫泵井排氣的方法，包括以下步驟：
1)通過液位檢測儀獲取泵井氣相高度h1：
h1＝h-l，
其中h為泵井的設(shè)計(jì)高度，l為液位檢測儀測得的罐內(nèi)液位值；
2)計(jì)算泵井有效排出體積v2，計(jì)算公式v2＝p1*(h1*3.14*d2/4)/p2，
其中p1為泵井內(nèi)氣體的正常操作壓力，h1為步驟1)所得結(jié)果，d為泵井的設(shè)計(jì)直徑，p2為泵井底部設(shè)置的低溫罐內(nèi)泵啟動(dòng)后的正常工作壓力；
3)計(jì)算排氣時(shí)間t，計(jì)算公式t＝v2/(k*q)，
其中v2為步驟2)所得計(jì)算結(jié)果，q為低溫罐內(nèi)泵的額定工作流量，可以從泵的工作曲線中獲得，該曲線可以從泵生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)資料中獲得)，k為流量系數(shù)，泵在t時(shí)間內(nèi)的流量系數(shù)；
4)根據(jù)步驟3)所得排氣時(shí)間t，控制單元控制開啟排氣控制閥，同時(shí)關(guān)閉排液控制閥，進(jìn)行排氣；經(jīng)過排氣時(shí)間t后，控制單元控制關(guān)閉排氣控制閥，同時(shí)開啟排液控制閥。
上述控制方法，步驟4)中，先啟動(dòng)低溫罐內(nèi)泵，同時(shí)控制單元控制開啟排氣控制閥，同時(shí)關(guān)閉排液控制閥，進(jìn)行排氣；經(jīng)過排氣時(shí)間t后，控制單元控制關(guān)閉排氣控制閥，同時(shí)開啟排液控制閥，低溫罐內(nèi)泵外輸系統(tǒng)進(jìn)入正常工作程序。
上述計(jì)算步驟中，泵井的設(shè)計(jì)高度h、液位檢測儀測得的罐內(nèi)液位值l、泵井氣相高度h1、泵井的設(shè)計(jì)直徑d的單位均為例如米(m)；泵井內(nèi)氣體的正常操作壓力p1與泵啟動(dòng)后的正常工作壓力p2的單位均為例如mpa(兆帕)；泵井有效排出體積v2的單位為例如立方米(m3)；泵的額定工作流量q的單位為例如m3/h。
本發(fā)明中，在罐內(nèi)泵啟動(dòng)過程中，首先通過液位檢測儀對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)液位進(jìn)行檢測，得到罐內(nèi)液位值l，然后根據(jù)泵井的設(shè)計(jì)高度h，計(jì)算泵井氣相高度h1，通過計(jì)算得到泵井有效排出體積v，v＝p1*(h1*3.14*d2/4)/p2，其中p1為泵井內(nèi)氣體的正常操作壓力，h1為步驟1)所得結(jié)果，d為泵井的設(shè)計(jì)直徑，p1為泵啟動(dòng)后的正常工作壓力。
k值實(shí)際是對(duì)泵啟泵瞬間及其安裝環(huán)境的一個(gè)修正系數(shù)，一般取值范圍為0.93～1.15之間取值。該值取得也可以在泵安裝完成后，進(jìn)行把風(fēng)料試驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)獲得準(zhǔn)確的取值。
q值為低溫罐內(nèi)泵的額定工作流量，該額定工作流量可以從泵的隨機(jī)資料中獲得，每臺(tái)泵的具體參數(shù)不同。
在計(jì)算出兩個(gè)值以后，可以輕易得出排氣的準(zhǔn)確時(shí)間t，利用控制單元的輸出控制排氣控制閥，使其在泵啟動(dòng)的瞬間即打開，并關(guān)閉排液控制閥，在開啟時(shí)間t以后自動(dòng)關(guān)閉排氣控制閥，打開排液控制閥，低溫泵外輸系統(tǒng)進(jìn)入正常工作程序。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明的系統(tǒng)及控制方法自動(dòng)化程度高、適應(yīng)能力強(qiáng)，通過參數(shù)的修正可以適用于各種工況，并且提高了儲(chǔ)罐的安全性，通過對(duì)泵井排氣時(shí)間的控制，有效的排出泵井內(nèi)氣體，提高了工藝設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明液化天然氣低溫泵井排氣系統(tǒng)的示意圖。
附圖標(biāo)記：1-液位檢測儀；2-排氣控制閥；3-排液控制閥；4-控制單元；5-低溫罐內(nèi)泵；6-泵井；7-液化天然氣低溫儲(chǔ)罐；8-罐內(nèi)介質(zhì)液面；l1-排氣管線；l2-外輸管線；h1-泵井氣相高度；d-泵井的設(shè)計(jì)直徑。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，這些說明為示例性的，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
如圖1所示，本發(fā)明的液化天然氣泵井排氣系統(tǒng)包括設(shè)置于低溫儲(chǔ)罐7中的液位檢測儀1、與低溫儲(chǔ)罐內(nèi)的泵井6連接的排氣管線l1、與低溫儲(chǔ)罐內(nèi)的泵井6連接的外輸管線l2，泵井底部設(shè)置低溫罐內(nèi)泵5，排氣管線l1內(nèi)設(shè)置排氣控制閥2，外輸管線l2內(nèi)設(shè)置排液控制閥3，液位檢測儀1、排氣控制閥2、排液控制閥3分別與控制單元4連接，，所述控制單元4能夠根據(jù)液位檢測儀1檢測到的液位控制排氣控制閥2的開關(guān)，從而控制排氣時(shí)間。
所述控制單元4根據(jù)液位檢測儀檢測到的液位和低溫罐內(nèi)泵的工作參數(shù)，控制排氣控制閥2和排液控制閥3的開關(guān)，達(dá)到精確控制排氣時(shí)間的目的。
液位檢測儀1可以為微波雷達(dá)液位檢測儀或浮筒式液位檢測儀。
實(shí)施例1
如圖1所示，一種液化天然氣泵井排氣系統(tǒng)包括液位檢測儀1、排氣控制閥2、排液控制閥3、控制單元4、低溫罐內(nèi)泵5，所述液位檢測儀1設(shè)于低溫儲(chǔ)罐7內(nèi)，低溫儲(chǔ)罐7內(nèi)設(shè)有泵井6，低溫罐內(nèi)泵5設(shè)于泵井6底部，低溫儲(chǔ)罐內(nèi)的泵井6連接有排氣管線l1和外輸管線l2，排氣管線l1和外輸管線l2分別設(shè)有排氣控制閥2與排液控制閥3，排氣管線l1設(shè)在外輸管線l2上方。液位檢測儀1、排氣控制閥2、排液控制閥3、低溫罐內(nèi)泵5分別與控制單元4相連?？刂茊卧?是可編程控制器。
利用上述系統(tǒng)控制液化天然氣低溫泵井排氣的方法包括以下步驟：
1)通過液位檢測儀獲取泵井氣相高度h1：
h1＝h-l，
其中h為泵井的設(shè)計(jì)高度，l為液位檢測儀測得的罐內(nèi)液位值；
2)計(jì)算泵井有效排出體積v2，計(jì)算公式v2＝p1*(h1*3.14*d2/4)/p2，
其中p1為泵井內(nèi)氣體的正常操作壓力，h1為步驟1)所得結(jié)果，d為泵井的設(shè)計(jì)直徑，p2為泵井底部設(shè)置的低溫罐內(nèi)泵啟動(dòng)后的正常工作壓力；
3)計(jì)算排氣時(shí)間t，計(jì)算公式t＝v2/(k*q)，
其中v2為步驟2)所得計(jì)算結(jié)果，q為低溫罐內(nèi)泵的額定工作流量，可以從隨機(jī)附帶的泵的工作曲線中獲得，k為流量系數(shù)，泵在t時(shí)間內(nèi)的流量系數(shù)；
4)根據(jù)步驟3)所得排氣時(shí)間t，控制單元控制開啟排氣控制閥，同時(shí)關(guān)閉排液控制閥，進(jìn)行排氣；經(jīng)過排氣時(shí)間t后，控制單元控制關(guān)閉排氣控制閥，同時(shí)開啟排液控制閥。
使用上述本發(fā)明的排氣系統(tǒng)，通過對(duì)泵井排氣時(shí)間的精確控制，有效的排出泵井內(nèi)氣體，提高了工藝設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，長期試驗(yàn)運(yùn)行中，沒有發(fā)生排氣不徹底或排氣不完全的現(xiàn)象，更沒有出現(xiàn)lng液直接進(jìn)入排氣管線，造成排氣管線劇烈振動(dòng)的現(xiàn)象。