CN110332459B - 一种超低温液体的自动加注装置及方法 - Google Patents

一种超低温液体的自动加注装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超低温液体的自动加注装置和方法，包括低温液体进液管道、低温液体回液管道、蒸发汽回气管道、放空管道、装车管道接口处的介质置换管道及相应的控制装置，低温液体进液管道设有第一温度变送器、第一压力变送器、质量流量计、第一调节阀，低温液体回液管设有回流调节阀、止回阀、排液阀，蒸发汽回气管道设有排气阀、第二调节阀、第二温度变送器、第二压力变送器，所有本装置温度变送器、压力变送器、质量流量计、调节阀等均与装车控制系统相连接，装车控制系统将信号上传控制室，通过DCS及控制装置实现管道及车辆的预冷、自动精确加装，大大提高了生产效率，节省人工成本，解决了常规情况下人为操作的安全隐患及实现自动精确的装车。

Description

一种超低温液体的自动加注装置及方法
技术领域
本发明涉及一种超低温液体的自动加注装置及方法。
背景技术
随着经济的迅速发展，技术科技的不断进步，化工项目的广泛普及，以及清洁能源的普遍应用，氮气、氧气、氩气，天然气等需求量越来越大，并应用于工业生产生活中，尤其是天然气的开发利用作为清洁能源已经称为我国环保领域重要战略的组成部分，但他也有自己独特的使用特性，常常表现为使用时间短，用量小，使用区域不集中等，利用管道输送具有成本高，周期长的特点，总的来讲不经济，但如果用车辆运输，就必须对气体进行压缩不但具有一定的安全隐患，而且运输量比较小，因此，解决此问题的唯一办法就是低温运输；将气体液化不但能够提高运输率而且风险小，成本低。另外，在特殊领域也必须要用到超低温液体作为生产辅助或储存产品，而作为运输的终端就是装车，因此就必须要有一套能够适应超低温液体的装车装置，在目前常规的低温液体装车过程中往往都是人为对槽车液位计进行观察，人为操作装车，多台车辆同时装车时就需要大量操作人员现场操作，这种凭借操作人员直觉与技术能力来判断装车量不但有很大的安全隐患，而且容易车满外溢造成能源浪费等。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术问题，提供一种用于超低温液体的自动加注装置及方法，以实现安全、高效、准确的装车。
本发明的一种超低温液体的自动加注装置，其包括一个与LNG槽车的进液口连接并用于将低温液体输送至LNG槽车的低温液体进液管道、一个与LNG槽车的蒸发汽排出口连接并用于输出LNG槽车内低温液体蒸发汽的蒸发汽回气管道、一个与LNG槽车的置换气进口连接并用于对空载LNG槽车进行吹扫的置换气输入管道、一个与LNG槽车的置换气排出口连接并用于将置换气输出LNG槽车的置换气输出管道，低温液体进液管道上沿着低温液体的输送方向依次设有用于探测低温液体温度的第一温度变送器、用于测量低温液体压力的第一压力变送器、用于检测管道内中低温液体流量的质量流量计、用于调节低温液体流量大小的第一调节阀，蒸发汽回气管道上沿着蒸发汽的输送方向依次设有用于检测装置内蒸发汽压力的第二压力变送器、用于检测蒸发汽温度的第二温度变送器、用于调节蒸发汽流量大小的第二调节阀、用于检修放空及分析取样的排气阀，第一压力变送器与质量流量计之间的低温液体进液管道分出一个用于回流预冷状态时低温液体进液管道内低温液体的低温液体回流支管，低温液体回流支管上沿着低温液体回流的方向依次设有用于控制回流液体流量的回流调节阀、用于防止低温液体倒流的止回阀、用于将回流的低温液体排出装置的排液阀。
进一步地，还包括一个与LNG槽车连接并用于将装置和LNG槽车内的废气排出的放空管道。
进一步地，LNG槽车的置换气进口同时是LNG槽车的进液口或者是在靠近LNG槽车的进液口的低温液体进液管道上，LNG槽车的置换气排出口同时是LNG槽车的蒸发汽排出口或者是靠近LNG槽车的蒸发汽排出口的蒸发汽回气管道上。
进一步地，放空管道可以连接于(1)LNG槽车的进液口或者在靠近LNG槽车的进液口的低温液体进液管道上；和/或(2)LNG槽车的蒸发汽排出口或者在靠近LNG槽车的蒸发汽排出口的蒸发汽回气管道上。
一般地，低温液体进液管道、蒸发汽回气管道、置换气输入管道、置换气输出管道和放空管道各自分别包括装车管道和装车鹤管，装车管道和装车鹤管之间设有用于连接两者的法兰。
进一步地，低温液体回流支管与质量流量计之间的低温液体进液管道分出一个支管与放空管道连接，第二压力变送器与LNG槽车之间的蒸发汽回气管道分出一个支管与放空管道连接，低温液体回流支管的末端分出一个支管与放空管道连接，目的就在于当控制系统因操作失误或系统故障时可以迅速对系统内压力进行释放，保证系统安全。
进一步地，第二调节阀与第二温度变送器、第二压力变送器连锁。
进一步地，第一调节阀与回流调节阀联动。
进一步地，第一调节阀与质量流量计连锁。
进一步地，回流调节阀与第一温度变送器、第一压力变送器连锁。
进一步地，所述第一压力变送器、第一温度变送器、第一调节阀、质量流量计、第二压力变送器、第二温度变送器、第二调节阀、回流调节阀与控制系统或者中央控制室DCS端(上位机)连接。
进一步地，还设有用于释放LNG槽车静电的静电接地报警器，静电接地报警器与控制系统连接。
仪表风管线的作用是为系统中各个调节阀提供持续不断的满足要求的仪表空气。
本发明进一步涉及使用上述装置的一种超低温液体的自动加注方法，包括如下步骤：
(1)当LNG槽车到达装车指定位置后，必须将静电接地报警器的静电接地夹与LNG槽车可靠连接，连接完成后手动确认静电释放连接完成，随后将低温液体进液管道、蒸发汽回气管道分别与LNG槽车相对应的进液口和蒸发汽排出口(法兰口)相连接；连接完成后在装车控制系统的提示下利用压力0.3-0.4MPa低压氮气(露点-60℃以下，温度0℃以上)对LNG槽车进行吹扫置换，同时利用手持仪(例如手持氧气检测仪)对槽车出口进行氧含量检测，合格后手动确认置换完成，并通过装车控制系统或者中央控制室DCS端(上位机)输入装车量，此时当槽车温度高于-100℃时需要预冷，此时按下预冷按钮，第一调节阀和第二调节阀均打开一定开度，通过控制器对阀门的调节实现装车流量保持在满流量的3-8％，优选约5％(可调)；
(2)通过低温进液管道内气化的冷气对LNG槽车进行初步预冷，再通过蒸发汽回气管道返回LNG储液罐，当第一温度变送器与第一压力变送器经过计算得到低温液体进液管道内冷气即将液化前关闭第一调节阀同时打开回流调节阀，从而避免气液两相经过质量流量计对其产生的冲击，当装车撬气相线温度低于-50℃，低温液体进液管道处于满管状态时继续打开第一调节阀以8-12％，优选10％(体积)小流量对LNG槽车进行进一步预冷，同时通过第二压力变送器检测保证LNG槽车内部的压力维持在槽车设定压力范围内(一般不超过0.5MPa)，当第二温度变送器降到临近液化温度时提示槽车预冷完成，进入装车状态；
(3)此时回流调节阀在保证槽车压力不超限的情况下缓慢关闭，第一调节阀在保证槽车压力不超限的情况下缓慢打开，在装车前300KG保持第一调节阀开度8-12％，优选约10％，300KG-500KG保持调节阀开度25-35％，优选28-32％，优选约30％，大于500KG时装车量逐步接近设计流量，并保证装车流量不大于80m3/h，第二调节阀在第二压力变送器的控制下保证槽车压力(所保证的槽车压力根据槽车设计而定)，并随着槽车内低温液体的逐步增加压力将逐步降低，一般为0.3MPa以下时，此时关闭第二调节阀；
(4)当装车量接近预设定装车量(剩余装车量)小于500KG大于300KG时第一调节阀根据流量监测逐渐关小至开度25-35％，优选28-32％，例如约30％，当装车量接近预设装车量(剩余装车量)小于300KG时，第一调节阀逐渐关小至开度8-12％，优选约10％，以小流量进行装车，回流调节阀逐步打开保证系统在安全的压力下运行，装车量达到设定值时第一调节阀关闭，回流调节阀打开，提示装车完成。
整个装车过程在控制系统下完成。
因本装置输送的介质为超低温液体，因此在首次装车预冷过程中会使低温液体大量气化，系统压力迅速升高，对系统安全造成隐患，而质量流量计作为本系统中的核心设备，具有精度高、维修难、价格昂贵的特点，但由于质量流量计本身的结构特性，对系统内低温介质气化过程中产生的气液两相同时存在的状态非常敏感，气化过程中由于气液两相会对质量流量计造成冲击，使流量计出现故障，严重者损坏流量计，另外，在间断时间较短或者无间断时间的连续装车过程中为了节省时间常常会使本装置内低温液体一直处于循环回流状态以保证管道的低温状态，减少预冷时间，而此时就需要系统本身通过检测判断系统处于装车状态或装车预备状态从而实现流量计的计算与否以达到装车总量的累计，为判断装置的生产能力提供可靠依据。
本装置通过管道的合理布局及对管道温度、压力的测量并通过控制系统的精密测算实现了系统预冷、装车、计量、关阀、装车完毕提醒等一系列自动操作，提高了效率，保证了安全，节约了成本。
附图说明
图1为本发明的一种超低温液体的自动加注装置的结构示意图。
图2为本发明的装车控制系统。
附图标记：
1-第二调节阀，2-第二温度变送器，3-第二压力变送器，4-第一温度变送器，5-第一压力变送器，6-质量流量计，7-第一调节阀，8-回流调节阀，9-装车控制系统，10-静电接地报警器，11-排气阀，12-止回阀，13-排液阀，低温液体进液管道L1，蒸发汽回气管道L2，低温液体回流支管L3，放空管道L4，置换气输入管道L5，置换气输出管道L6，蒸发汽管道常关阀门NC，LNG管道常关阀门LC，LNG管道常开阀门LO，蒸发汽管道常开阀门NO，仪表用气管线IA。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方案。
如图1所示，本发明的一种超低温液体的自动加注装置，其包括一个与LNG槽车的进液口连接并用于将低温液体输送至LNG槽车的低温液体进液管道L1、一个与LNG槽车的蒸发汽排出口连接并用于输出LNG槽车内低温液体蒸发汽的蒸发汽回气管道L2、一个与LNG槽车的置换气进口连接并用于对空载LNG槽车进行吹扫的置换气输入管道L5、一个与LNG槽车的置换气排出口连接并用于将置换气输出LNG槽车的置换气输出管道L6，低温液体进液管道上沿着低温液体的输送方向依次设有用于探测低温液体温度的第一温度变送器4、用于测量低温液体压力的第一压力变送器5、用于检测管道内中低温液体流量的质量流量计6、用于调节低温液体流量大小的第一调节阀7，蒸发汽回气管道上沿着蒸发汽的输送方向依次设有用于检测装置内蒸发汽压力的第二压力变送器3、用于检测蒸发汽温度的第二温度变送器2、用于调节蒸发汽流量大小的第二调节阀1、用于检修放空及分析取样的排气阀11，第一压力变送器5与质量流量计6之间的低温液体进液管道L1分出一个用于回流预冷状态时低温液体进液管道内低温液体的低温液体回流支管L3，低温液体回流支管L3上沿着低温液体回流的方向依次设有用于控制回流液体流量的回流调节阀8、用于防止低温液体倒流的止回阀12、用于将回流的低温液体排出装置的排液阀13，还包括一个与LNG槽车连接并用于将装置和LNG槽车内的废气排出的放空管道L4。
LNG槽车的置换气进口同时是LNG槽车的进液口或者是在靠近LNG槽车的进液口的低温液体进液管道L1上，LNG槽车的置换气排出口同时是LNG槽车的蒸发汽排出口或者是靠近LNG槽车的蒸发汽排出口的蒸发汽回气管道L2上。
放空管道L4可以连接于(1)LNG槽车的进液口或者在靠近LNG槽车的进液口的低温液体进液管道L1上；和/或(2)LNG槽车的蒸发汽排出口或者在靠近LNG槽车的蒸发汽排出口的蒸发汽回气管道L2上。
低温液体回流支管L3与质量流量计6之间的低温液体进液管道L1分出一个支管与放空管道L4连接，第二压力变送器3与LNG槽车之间的蒸发汽回气管道L2分出一个支管与放空管道L4连接，低温液体回流支管L3的末端分出一个支管与放空管道L4连接。
第二调节阀1与第二温度变送器2、第二压力变送器3连锁。
第一调节阀7与回流调节阀8联动。
第一调节阀7与质量流量计6连锁。
回流调节阀8与第一温度变送器4、第一压力变送器5连锁。
所述第一压力变送器5、第一温度变送器4、第一调节阀7、质量流量计6、第二压力变送器3、第二温度变送器2、第二调节阀1、回流调节阀8与控制系统连接。
还设有用于释放LNG槽车静电的静电接地报警器10，静电接地报警器10与用于控制装车的装车控制系统9连接。
蒸发汽管道和LNG管道常关阀门NC、LC，用于手动对管道放空泄压；LNG管道和蒸发汽管道常开阀门LO、NO，用于在检修安全阀时对管线进行隔离；仪表用气管线IA，主要为调节阀等仪表气动阀门提供可靠动力。
本发明的一种超低温液体的自动加注方法包括如下步骤：
(1)当LNG槽车到达装车指定位置后，将静电接地报警器10的静电接地夹与LNG槽车可靠连接(静电释放报警器未连接可靠时装车控制系统9不得进入装车操作)，连接完成后手动确认静电释放连接完成，随后将低温液体进液管道L1、蒸发汽回气管道L2分别与LNG槽车相对应的进液口和蒸发汽排出口(法兰口)相连接；连接完成后在装车控制系统9的提示下利用压力0.3-0.4Mpa低压氮气(露点-60℃以下，温度0℃以上)对LNG槽车进行吹扫，置换，同时利用手持仪对槽车出口进行氧含量检测，合格后手动确认置换完成，并通过装车控制系统或者中控室DCS端(上位机)输入装车量，此时当槽车温度高于-100℃时需要预冷，此时按下预冷按钮，第一调节阀7和第二调节阀1均打开一定开度，通过控制器对阀门的调节实现装车流量保持在满流量的3-7％，优选5％(可调)；
(2)通过低温进液管道内气化的冷气对LNG槽车进行初步预冷，再通过蒸发汽回气管道L2返回LNG储液罐，当第一温度变送器4与第一压力变送器5经过计算得到低温液体进液管道L1内冷气即将液化前关闭第一调节阀7同时打开回流调节阀8，从而避免气液两相经过质量流量计6对其产生的冲击，当装车撬气相线温度低于-50℃，低温液体进液管道L1处于满管状态时继续打开第一调节阀7以8-12％，优选约10％小流量对LNG槽车进行进一步预冷，同时通过第二压力变送器3检测保证LNG槽车内部的压力维持在槽车设定压力范围内(一般不超过0.5Mpa)，当第二温度变送器2降到临近液化温度时提示槽车预冷完成，进入装车状态；
(3)此时回流调节阀8在保证槽车压力不超限的情况下缓慢关闭，第一调节阀7在保证槽车压力不超限的情况下缓慢打开，在装车前300KG保持第一调节阀开度8-12％，优选约10％，300KG-500KG保持调节阀开度25-35％，优选约30％，大于500KG时装车量逐步接近设计流量，并保证装车流量不大于80m3/h，第二调节阀1在第二压力变送器3的控制下保证槽车压力(根据槽车设计而定)，并随着槽车内低温液体的逐步增加，压力将逐步降低，一般为0.3MPa以下时此时关闭第二调节阀1。
(4)当装车量接近预设定装车量(剩余装车量)小于500KG大于300KG时第一调节阀7根据流量监测逐渐关小至30％，当装车量接近预设装车量(剩余装车量)小于300KG时，第一调节阀逐渐关小至8-12％，优选约10％，以小流量进行装车，回流调节阀8逐步打开保证系统在安全的压力下运行，装车量达到设定值时第一调节阀7关闭，回流调节阀8打开，提示装车完成。
实施例1
一种超低温液体的自动加注方法包括如下步骤：
(1)当LNG槽车到达装车指定位置后，将静电接地报警器10的静电接地夹与LNG槽车可靠连接(静电释放报警器未连接可靠时装车控制系统9不得进入装车操作)，连接完成后手动确认静电释放连接完成，随后将低温液体进液管道L1、蒸发汽回气管道L2分别与LNG槽车相对应的进液口和蒸发汽排出口(法兰口)相连接；连接完成后在装车控制系统9的提示下利用压力为0.35Mpa的低压氮气(露点-60℃以下，温度0℃以上)对LNG槽车进行吹扫置换(，同时利用手持氧气检测仪对槽车出口进行氧含量检测，置换合格后手动确认，并通过装车控制系统输入装车量为500KG，当槽车温度高于-100℃时需要预冷，按下预冷按钮，第一调节阀7和第二调节阀1均打开5％开度；
(2)通过低温进液管道内气化的冷气对LNG槽车进行初步预冷，再通过蒸发汽回气管道L2返回LNG储液罐，当第一温度变送器4与第一压力变送器5经过计算得到低温液体进液管道L1内冷气即将液化前关闭第一调节阀7同时打开回流调节阀8，从而避免气液两相经过质量流量计6对其产生的冲击，当装车撬气相线温度低于-50℃，低温液体进液管道L1处于满管状态时继续打开第一调节阀7以10％小流量对LNG槽车进行进一步预冷，同时通过第二压力变送器3检测，保证LNG槽车内部的压力不超过0.5Mpa，当第二温度变送器2降到临近液化温度时提示槽车预冷完成，进入装车状态；
(3)此时回流调节阀8在保证槽车压力不超限的情况下缓慢关闭，第一调节阀7在保证槽车压力不超限的情况下缓慢打开，在装车前300KG保持第一调节阀开度10％，300KG-500KG保持调节阀开度30％，大于500KG时装车量逐步接近设计流量，并保证装车流量不大于80m3/h，第二调节阀1在第二压力变送器3的控制下保证槽车压力，并随着槽车内低温液体的逐步增加，压力逐步降低至0.3Mpa以下时此时关闭第二调节阀1。
(4)当装车量接近预设定的装车量(剩余装车量)小于500KG大于300KG时第一调节阀7根据流量监测逐渐关小至30％，当装车量接近预设装车量(剩余装车量)小于300KG时，第一调节阀逐渐关小至10％，以小流量进行装车，回流调节阀8逐步打开保证系统在安全的压力下运行，装车量达到设定值时第一调节阀7关闭，回流调节阀8打开，提示装车完成。

Claims (8)

1.一种超低温液体的自动加注装置，其特征在于，其包括一个与LNG槽车的进液口连接并用于将低温液体输送至LNG槽车的低温液体进液管道、一个与LNG槽车的蒸发汽排出口连接并用于输出LNG槽车内低温液体蒸发汽的蒸发汽回气管道、一个与LNG槽车的置换气进口连接并用于对空载LNG槽车进行吹扫的置换气输入管道、一个与LNG槽车的置换气排出口连接并用于将置换气输出LNG槽车的置换气输出管道，低温液体进液管道上沿着低温液体的输送方向依次设有用于探测低温液体温度的第一温度变送器、用于测量低温液体压力的第一压力变送器、用于检测管道内中低温液体流量的质量流量计、用于调节低温液体流量大小的第一调节阀，蒸发汽回气管道上沿着蒸发汽的输送方向依次设有用于检测装置内蒸发汽压力的第二压力变送器、用于检测蒸发汽温度的第二温度变送器、用于调节蒸发汽流量大小的第二调节阀、用于检修放空及分析取样的排气阀，第一压力变送器与质量流量计之间的低温液体进液管道分出一个用于回流预冷状态时低温液体进液管道内低温液体的低温液体回流支管，低温液体回流支管上沿着低温液体回流的方向依次设有用于控制回流液体流量的回流调节阀、用于防止低温液体倒流的止回阀、用于将回流的低温液体排出装置的排液阀；
其中，第二调节阀与第二温度变送器、第二压力变送器连锁；
第一调节阀与回流调节阀联动、与质量流量计连锁；
回流调节阀与第一温度变送器、第一压力变送器连锁。
2.根据权利要求1所述的自动加注装置，其特征在于，还包括一个与LNG槽车连接并用于将装置和LNG槽车内的废气排出的放空管道。
3.根据权利要求1所述的自动加注装置，其特征在于，LNG槽车的置换气进口同时是LNG槽车的进液口或者是在靠近LNG槽车的进液口的低温液体进液管道上，LNG槽车的置换气排出口同时是LNG槽车的蒸发汽排出口或者是在靠近LNG槽车的蒸发汽排出口的蒸发汽回气管道上。
4.根据权利要求1所述的自动加注装置，其特征在于，放空管道连接于LNG槽车的进液口或者在靠近LNG槽车的进液口的低温液体进液管道上；和/或LNG槽车的蒸发汽排出口或者在靠近LNG槽车的蒸发汽排出口的蒸发汽回气管道上。
5.根据权利要求1所述的自动加注装置，其特征在于，低温液体回流支管与质量流量计之间的低温液体进液管道分出一个支管与放空管道连接，第二压力变送器与LNG槽车之间的蒸发汽回气管道分出一个支管与放空管道连接，低温液体回流支管的末端分出一个支管与放空管道连接。
6.根据权利要求1所述的自动加注装置，其特征在于，所述第一压力变送器、第一温度变送器、第一调节阀、质量流量计、第二压力变送器、第二温度变送器、第二调节阀、回流调节阀与控制系统或者中央控制室DCS端连接。
7.根据权利要求1所述的自动加注装置，其特征在于，还设有用于释放LNG槽车静电的静电接地报警器，静电接地报警器与控制系统连接。
8.一种使用权利要求1-7的任一项所述的装置进行超低温液体的自动加注方法，包括如下步骤：
（1）LNG槽车到达装车指定位置后进行静电释放，静电释放完成后，将低温液体进液管道、蒸发汽回气管道与LNG槽车连接；连接完成后在装车控制系统的提示下对LNG槽车进行吹扫置换，同时检测槽车出口的氧含量，置换完成后，输入装车量，当槽车温度高于-100℃时对其进行预冷，分别打开第一调节阀和第二调节阀的3-8%开度；
（2）低温进液管道内气化的冷气对LNG槽车进行初步预冷，再通过蒸发汽回气管道返回LNG储液罐，当低温液体进液管道内冷气即将液化前关闭第一调节阀同时打开回流调节阀，当装车撬气相线温度低于-50℃、低温液体进液管道处于满管状态时继续打开第一调节阀以8-12%小流量对LNG槽车进行进一步预冷，同时保证LNG槽车内部的压力维持在0.5MPa以下，当第二温度变送器降到临近液化温度时提示槽车预冷完成，进入装车状态；
（3）此时回流调节阀缓慢关闭，第一调节阀继续缓慢打开，开始装车，第二调节阀在第二压力变送器的控制下保证槽车压力，当槽车内部压力降至0.3MPa以下时，关闭第二调节阀；
（4）当装车量接近预设定装车量时第一调节阀逐渐关小，回流调节阀逐步打开，装车量达到设定值时关闭第一调节阀，回流调节阀打开，提示装车完成。
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