陈来生;蒋平安;刘磊
【摘 要】低温储罐差压液位计液相取压的干式取压器结构设计是否合理,是影响深冷液体储罐液位指示稳定性及准确性的关键因素.本文就液相取压点干式取压结构设计中,导入热量如何有效用于加热取样液体及其影响进行分析,进行各种设计结构产品试制及试验,从而寻求出卧式深冷液体储罐差压液位计液相干式取压器结构的最合理设计.
【期刊名称】《低温与特气》
【年(卷),期】2017(035)005
【总页数】6页(P5-10)
【关键词】深冷液体;差压液位计;干式取压器;液位稳定性;改进措施
【作 者】陈来生;蒋平安;刘磊
课堂内外小学版
正德皇帝下江南
【作者单位】南通中集能源装备有限公司,江苏 南通 城港路155号226002;南通中集能源装备有限公司,江苏 南通 城港路155号226002;南通中集能源装备有限公司,江苏 南通 城港路155号226002
【正文语种】中 文
【中图分类】TE974+.7
目前LNG加注站配用的深冷液体容器，罐体为卧式双层夹套真空绝热结构；在加注站日常使用中，贮罐需要频繁地进行LNG排出(对汽车加注)和充装(槽车向贮罐卸液)；深冷贮罐配置的差压液位计，将作为加注站购入液体量(槽车卸液量)和外销液体量的计量仪表，其记录数据将作为整站运营结算依据及加注站损耗率计算参考。在实际运营过程中，经常出现定期结算时，售出气体累计量与贮罐液位计指示的LNG存量差存在偏差，导致经济纠纷。另外，在LNG加注站未配置地磅的情况下，站内贮罐的液位计计量值也将作为槽车卸液量的结算数据，贮罐液位的指示精确度和指示稳定性，在LNG加注站运营中显得尤为重要。 二郎山隧道深冷液体(如LNG、LN2)贮存温度一般为-150℃以下，其贮存容器为双层夹套真空绝热贮罐，腾飞电开水器
目前多采用差压式液位计进行液位高度测量；差压液位计信号源为贮罐内气相压力与最低液位点压力之差，感应元件为两个波纹管构成的压力腔；低压腔与贮罐顶部气相空间连通；高压腔与贮罐底部最低液位点连通，高压腔承受贮罐气相压力和液柱压力之和；液位计工作时，高低压力腔之间的感应膜感应贮罐气相和最低液位点的压力差值——即贮罐内低温液体的液柱静压力，通过指针指示出贮罐内贮存液体的液面高度，从而可转换计算出贮罐内的液体体积。但由于液位计液相取压结构设计不合理，导致很多卧式低温储罐产品出现液位计指示不稳定，指针摆动幅度大的问题。针对液位计指示不稳定问题，笔者进行了多种液位计取压管道设计改进，并对产品进行了充装液氮模拟试验，在此将各种改装结构和对应试验结果与大家一起分享，以期寻求行业难题的解决方案。 笔者所在公司生产的第一代LNG卧式加气站储罐产品，液位计液相取压接头产品采用了常规管接头设计，产品实际使用过程中，液位计在充装、增压、加注、静置操作时，指针会大幅度摆动，指示极其不稳定，测量数据无法作为加注站营运结算依据；经过技术分析，在深冷液体贮罐设计中，采用了一种“湿式”连通器设计；在低温液体储罐内罐最低液位点开孔焊接通径Φ10的管接头，液位计液相管道从真空绝热夹层引出，与液位计的高压腔直接连通；液体进入管道后，会充满整个管道；管道整体也存在一定高度差，导致储罐液柱
wiley期刊
高度部分被管道内液柱压力所平衡，从而液位计指示失真。基于以上分析，笔者在项目研究中，也曾进行液相取压接管不作液封，结构设计中采用湿式取压(见图1)，允许储罐内液体充满液相取压管道；管道在靠近外封头引出位置做局部液封结构设计，同时夹层内设计盘管作为取压缓冲器，以期减少液位波动；改装完工后对产品充装液氮进行了试验，试验结果反馈液位计指示极其不稳定，与理论分析偏差较大。经过分析，此种结构在管道引出外罐后，暴露于大气中，传入热量使管道内液体部分气化，夹层管道内会出现气液共存现象，而这种气液共存是极其不稳定的，导入管道内极微小的热量变化即可导致夹层管内液柱的大幅度震荡，从而引起液位计指示不稳定，指针大幅度摆动。
另外进入液位计液相管道内的低温液体量，会在贮罐增压、进排液，以及环境温度变化等工况下，也会出现波动，从而在以上工况也会影响贮罐的液体指示稳定性和精确度。试验证明“湿式”取压结构在深冷液体产品根本不适用，无法解决差压液位计准确指示问题。
鉴于湿式取压结构的失败，后续产品改善集中到了“干式”取压设计思路，即在贮罐的液相取压管道内进入介质处于完全气态；由于气态不产生液柱压力，故不会使传递到液位计高压腔的贮罐最低点液柱压力失真。为实现“干式”取压，考虑在取压管道入口处导入适量热
量，使将要进入取压管内的液体进行气化，形成气泡或气柱，与该处液柱压力达成动态稳定沸腾平衡，阻止液体进一步流入取压管内，影响液位指示。
1.笔者对在制产品的液位计液相取压接头采用如下结构进行第二代产品改进设计(见图4、5)。该接头结构包括一个带凸台的取压接头、一个接头挡液罩、导热铜丝、盘管等；产品改装完成后，再次进行了液氮试验，并将批量产品发送用户使用验证；液位计初始充装时，指示稳定，有小幅度颤动。但经过一段时间后，液位计指示出现不稳定现象，同时伴随不规则的指针摆动；用户使用时，出现夏天稳定，冬天不稳定；真空粉末绝热储罐不稳定，真空多层绝热储罐稳定的情况。
根据以上问题反馈，技术上进行了结构分析，总结了产生问题原因如下：该结构取压接头挡液罩上4-Φ4的开孔过大，导致进入取压接头罩内的液体量较多，铜丝导入热量在冬季无法将取压罩内液体全部气化；从而液体进入取压管内积存，形成液柱高度，差压式液位计高压腔压力为储罐内液体静压力±取压管内液柱静压力；当取压管内液体仅滞留于管道底部段，则液位计指示高度为储罐内液面高度+取压管底部与储罐底部的高度差；当取压管内液体进入了气封段管路，则液位计指示为储罐内液体高度—取压管内液柱高度与储罐最低点
高度差；取压管内液柱高变化直接影响储罐液位计指示值；取压管内液体，在铜丝和管道本体导入热量的加热下，处于沸腾状态，管内的液柱高度不断变化，导致了液位计指针的不断摆动，影响指示的稳定性。
在真空粉末绝热储罐和高真空绝热储罐试验及使用中二者出现的差异，也进行了分析。经过对取压管的绝热比较分析发现，高真空多层绝热储罐在包扎绝热材料时，液位计液相取压管不作包扎，裸露于夹层中；另外，高真空绝热储罐夹层空间较小(一般为100～150 mm)，取压管距离外壳内壁较近，增加了取压管道本体的导热量，满足进入管道内的液体的气化加热需要，确保在挡液罩透气孔处达成气液平衡，阻隔液体继续流入取压管，从而保证液位计指示稳定和准确。另外，夏季环境温度较高，铜丝导入热量多，保证了液位计液相取压管液体气化，无液体进入管道影响液位计。
2.针对真空粉末绝热储罐采用上述取压结构，冬季液位计指示不稳定和不准确的问题，经过深入分析研究，主要从取压管通径设计与导热结构导入热量的匹配上进行研究，作第三代(见图6)设计改进并进行试验验证。
液下引压管接头上部设置的隔液罩管周向开孔由4-Φ4修改为2-Φ1.5 mm孔，保证储罐内液
体与引压管的连通及压力平衡；取压管接头上部开孔为Φ2.0 mm，下部开孔及取压管内径为Φ6.0 mm；引压接头侧面插入焊接有Φ5 mm加热铜丝，铜丝另一端与外壳内壁焊接，导入热量对取压管流入液体进行加热；液相取压管接近外封头处设计向上弯120 mm的气封弯管，未作缓冲盘管设计，接管由外封头左下方引出，出口与内罐最低液面平齐。
试验过程描述及结果说明：
第一次冬季液氮充装试验：
液氮充装过程液位计指示稳定，指针无异常晃动，读数正常。
充液完成储罐静置过程中，观察液位计指示稳定，指针无异常摆动。静置24 h后观察液位计读数，比静置前液位略有升高，基本可忽略不计，液位计指针有轻微“颤动”现象。
液位计指示观察过程中，有频繁操作液位计平衡阀阀门后，出现液位计指针大幅度摆动现象，每隔3 min，指针上摆，然后回落。
对甲苯磺酸甲酯
改善后液位计的不稳定问题，笔者对其产生原因从两方面进行了分析：一方面原因可能是
隔液罩上开孔过小，铜丝导入热量过多，液体汽化量大，隔液罩内憋气，传递到液位计高压腔压力增加了憋压压力，故液位计指针向高位摆动；憋压到一定幅度，气泡破裂，释放压力，造成取压管内压力瞬时降低，出现液位计指针的突然回摆。具体分析计算如下：
如图6，设液化天然气重度为γ，液位高度为H，液相取压管最低点与贮罐最低液位点高度h；贮罐内气相空间压力为P1，贮罐最低液位点压力为P2，引导管内的压力降忽略不计，若铜丝导入热量合适，使液体在0点即开始气化，经过一定时间的加热气化，液体将在点2形成局部的稳定沸腾，建立气液平衡，液体不能进入液相取压管内；此时贮罐气相空间压力与液柱静压力之和与点2的气化饱和压达到平衡，即有:
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议