基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统及预冷方法技术方案

本发明专利技术提供了基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统及预冷方法，利用CFD数值模拟模块进行预冷过程模拟仿真，为预冷过程提供初始流量参数；储罐上采用模块化方式安装监测点位，利用5G技术实现预冷系统中各个传感器与一体化操作平台的信号传输；本发明专利技术基于一体化操作平台进行温降速率、热应力、相邻两点温差、内罐压力等参数限值的设定，将监测结果与限值对比分析，进而对电动调节阀模块、变频泵模块进行自动调节，实现对预冷介质输送流量的调节，保证预冷过程稳定、安全地进行。利用本发明专利技术能够实现预冷过程的自动化、一体化、集成化控制，无需在监测点长期安排监测人员，避免安全隐患，节省人力物力，预冷控制更加精确，预冷效率高。预冷效率高。预冷效率高。

【技术实现步骤摘要】
基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统及预冷方法


[0001]本专利技术属于LNG储罐预冷
，尤其涉及一种基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统及预冷方法。

技术介绍

[0002]LNG储罐指的是专门用来存储液化天然气的储罐，液化天然气简称LNG。对于LNG储罐，当低温液体突然流入常温管道时，管道会迅速收缩，管道底部与低温的LNG直接接触，而顶部温度较高，会导致管道产生“香蕉效应”，因此需要对LNG储罐进行预冷。
[0003]目前的预冷工艺中，预冷初始参数通常采用经验数据，对于不同类型储罐的适应性较差，针对不同储罐类型无法确定合理的参数，导致初始阶段预冷操作存在盲目性；而且传统的预冷工艺多采用布线式监测方法，在储罐便于观测的位置安装温度及应力传感器，传感器安装位置受限，对于可能存在的应力集中处难以布线，监测困难，对于大型储罐布线尤为困难，且布线过程存在安全风险；另外，复杂空间处的仪表参数读取也较为困难，导致难以实时掌握预冷参数。
[0004]传统的预冷方法中，由工作人员根据温度变化情况手动计算温度变化率、相邻两点温差数据，并据此手动调节阀门，导致调节过程存在延迟、精度差、时效性低等问题。 LNG储罐预冷过程持续时间较长，因此采用传统的预冷方法时，需要安排专人对监测点的数据进行定期巡查，这会浪费大量的人力物力，且难以做到实时掌握预冷过程的温度变化和应力变化情况；同时，预冷过程中还存在冷剂泄露的风险，不能做到对人员安全的完全保障。因此，针对上述问题，亟需在传统预冷方式基础上进行创新。
专利技术内容
[0005]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统及预冷方法，通过CFD数值模拟获取初始流量参数，采用5G传输技术实现对储罐温度、应力的远程实时监测，并据此远程控制电动调节阀、变频泵来实现对预冷介质流量的调节，预冷过程更加智能高效，有效节省人力物力，保障人员安全。
[0006]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007]基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统，包括LNG储罐、温度采集模块、应力采集模块、电动调节阀模块、变频泵模块、一体化操作平台、CFD数值模拟模块以及输送管道；温度采集模块、应力采集模块交错布置在LNG储罐内罐上；温度采集模块、应力采集模块、电动调节阀模块、变频泵模块均通过5G信号传输部件与一体化操作平台连接，一体化操作平台与 CFD数值模拟模块连接；电动调节阀模块包括第一电动调节阀和第二电动调节阀，变频泵模块包括变频泵；输送管道一端与盛放有预冷介质的槽罐连接，另一端与LNG储罐连接；靠近LNG储罐的输送管道横管上依次安装有软接头、第一电磁阀、止回阀、变频泵、第一电动调节阀、压力表、第一压力传感器、温度计、第二温度传感器、流量计、流量传感器、泄压阀、第一安全
阀；输送管道的立管顶部安装有自动排气阀；LNG储罐外罐两侧的外罐排气管上分别安装有第二电磁阀和第三电磁阀，LNG储罐的内罐排气管上依次安装有第二压力传感器、第二电动调节阀、第二安全阀、气体成分分析仪；第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一压力传感器、第二温度传感器、流量传感器、第二压力传感器、气体成分分析仪均通过5G信号传输部件与一体化操作平台连接；一体化操作平台包括PLC、显示模块、参数设置模块、调节模式选择模块。
[0008]进一步地，所述温度采集模块包括布置在内罐底板以及罐壁上的多个第一温度传感器，应力采集模块包括布置在内罐底板以及罐壁上的多个应力传感器；内罐底板上沿圆周及径向平均布置多个第一温度传感器和应力传感器，内罐罐壁沿纵向平均布置多个第一温度传感器和应力传感器。
[0009]进一步地，所述温度采集模块和应力采集模块的布置数量如下：容量小于等于70000m
³
的内罐，其底板上至少布置8个应力传感器和8个第一温度传感器；容量在70000m
³
～220000m
³
范围内的内罐，其底板上至少布置10个应力传感器和10个第一温度传感器；容量大于等于220000m
³
的内罐，其底板上按照2m的间距均匀布置多个应力传感器和第一温度传感器。
[0010]容量小于等于70000m
³
的内罐，其罐壁上的应力传感器（22）和第一温度传感器的布置数量均为6～7个；容量在70000m
³
～220000m
³
范围内的内罐，其罐壁上的应力传感器（22）和第一温度传感器的布置数量均至少为8个；容量大于等于220000m
³
的内罐，其罐壁上按照2m的间距均匀布置多个应力传感器和第一温度传感器。
[0011]进一步地，所述显示模块显示的数据包括温度采集模块监测点位实时温度数据、温降速率、温降速率最大值、应力采集模块监测点位实时应力数据、应力数据最大值、输送管道压力数据、预冷介质流量数据、内罐压力数据、变频泵模块运行频率数据、内罐排放气体成分数据、第一电动调节阀阀门开度数据、累计预冷时间。
[0012]进一步地，所述参数设置模块设置的控制限值包括：温降速率给定值、热应力给定值、相邻两点温差给定值、内罐压力给定值；一体化操作平台上还设置有第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀调节按钮。
[0013]进一步地，所述调节模式选择模块包括手动模式和自动模式两种调节模式；自动模式下包括三种调节方式：阀门优先模式、水泵优先模式、耦合调节模式。
[0014]利用上述的基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统的预冷方法，包括两个阶段，具体步骤如下：第一阶段：LNG储罐预冷；S1：预冷开始前，基于实物，在PC端采用CFD软件建立预冷系统1:1仿真模型，进行预冷介质在不同流量下LNG储罐温降速率及热应力模拟，基于模拟结果选择流量，在满足温降速率及热应力的同时，增大流量以缩短预冷时间，提高预冷效率；将最终获得的流量推荐值传输至一体化操作平台，作为预冷过程的初始流量值；S2：在一体化操作平台选择调节模式、设置控制限值，设定变频泵初始频率，基于S1中的初始流量值，结合PLC运算自动计算并调节电动调节阀模块的阀门开度；S3：打开止回阀，此时泄压阀、第一安全阀、第二安全阀、第二电磁阀、第三电磁阀
处于关闭状态；S4：预冷开始，在一体化操作平台上通过按钮控制第一电磁阀打开，根据S2的计算结果将第一电动调节阀自动调节至指定阀门开度，第二电动调节阀阀门保持全开状态；接着开启变频泵，变频泵按照S2中指定的初始频率运行，实现预冷介质的输送，预冷开始并进行计时；S5：预冷介质从槽罐经低温管线送至LNG储罐灌顶中心位置的进液管线，进入LNG储罐中；初始阶段，预冷介质以CFD模拟的流量值进液，通过布置在内罐底板、内罐罐壁上的多个温度监测点位和应力监测点位实时监测预冷过程中LNG储罐的温度、应力数据，并通过5G信号传输部件传输至网关，基于网关传输至5G基站，进而传输至云服务器，由云服务器将数据传输至一体化操作平台、用户端APP；一体化操作平台通过运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统，其特征在于，包括LNG储罐、温度采集模块、应力采集模块、电动调节阀模块、变频泵模块、一体化操作平台、CFD数值模拟模块以及输送管道（1）；温度采集模块、应力采集模块交错布置在LNG储罐内罐上；温度采集模块、应力采集模块、电动调节阀模块、变频泵模块均通过5G信号传输部件与一体化操作平台连接，一体化操作平台与 CFD数值模拟模块连接；电动调节阀模块包括第一电动调节阀（8）和第二电动调节阀（9），变频泵模块包括变频泵（7）；输送管道（1）一端与盛放有预冷介质的槽罐连接，另一端与LNG储罐连接；靠近LNG储罐的输送管道（1）横管上依次安装有软接头（2）、第一电磁阀（3）、止回阀（6）、变频泵（7）、第一电动调节阀（8）、压力表（10）、第一压力传感器（11）、温度计（13）、第二温度传感器（15）、流量计（16）、流量传感器（17）、泄压阀（18）、第一安全阀（19）；输送管道（1）的立管顶部安装有自动排气阀（21）；LNG储罐外罐两侧的外罐排气管（24）上分别安装有第二电磁阀（4）和第三电磁阀（5），LNG储罐的内罐排气管（25）上依次安装有第二压力传感器（12）、第二电动调节阀（9）、第二安全阀（20）、气体成分分析仪（23）；第一电磁阀（3）、第二电磁阀（4）、第三电磁阀（5）、第一压力传感器（11）、第二温度传感器（15）、流量传感器（17）、第二压力传感器（12）、气体成分分析仪（23）均通过5G信号传输部件与一体化操作平台连接；一体化操作平台包括PLC、显示模块、参数设置模块、调节模式选择模块。2.根据权利要求1所述的基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统，其特征在于，所述温度采集模块包括布置在内罐底板以及罐壁上的多个第一温度传感器（14），应力采集模块包括布置在内罐底板以及罐壁上的多个应力传感器（22）；内罐底板上沿圆周及径向平均布置多个第一温度传感器（14）和应力传感器（22），内罐罐壁沿纵向平均布置多个第一温度传感器（14）和应力传感器（22）。3.根据权利要求2所述的基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统，其特征在于，所述温度采集模块和应力采集模块的布置数量如下：容量小于等于70000m
³
的内罐，其底板上至少布置8个应力传感器（22）和8个第一温度传感器（14）；容量在70000m
³
～220000m
³
范围内的内罐，其底板上至少布置10个应力传感器（22）和10个第一温度传感器（14）；容量大于等于220000m
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的内罐，其底板上按照2m的间距均匀布置多个应力传感器（22）和第一温度传感器（14）；容量小于等于70000m
³
的内罐，其罐壁上的应力传感器（22）和第一温度传感器（14）的布置数量均为6～7个；容量在70000m
³
～220000m
³
范围内的内罐，其罐壁上的应力传感器（22）和第一温度传感器（14）的布置数量均至少为8个；容量大于等于220000m
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的内罐，其罐壁上按照2m的间距均匀布置多个应力传感器（22）和第一温度传感器（14）。4.根据权利要求1所述的基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统，其特征在于，所述显示模块显示的数据包括温度采集模块监测点位实时温度数据、温降速率、温降速率最大值、应力采集模块监测点位实时应力数据、应力数据最大值、输送管道（1）压力数据、预冷介质流量数据、内罐压力数据、变频泵模块运行频率数据、内罐排放气体成分数据、第一电动调节阀（8）阀门开度数据、累计预冷时间。5.根据权利要求1所述的基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统，其特征在于，所述
参数设置模块设置的控制限值包括：温降速率给定值、热应力给定值、相邻两点温差给定值、内罐压力给定值；一体化操作平台上还设置有第一电磁阀（3）、第二电磁阀（4）、第三电磁阀（5）调节按钮。6.根据权利要求1所述的基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统，其特征在于，所述调节模式选择模块包括手动模式和自动模式两种调节模式；自动模式下包括三种调节方式：阀门优先模式、水泵优先模式、耦合调节模式。7.利用权利要求1至6中任一项所述的基于高效通信的LNG储罐自动化预冷系统的预冷方法，其特征在于，包括两个阶段，具体步骤如下：第一阶段：LNG储罐预冷；S1：预冷开始前，基于实物，在PC端采用CFD软件建立预冷系统1:1仿真模型，进行预冷介质在不同流量下LNG储罐温降速率及热应力模拟，基于模拟结果选择流量，在满足温降速率及热应力的同时，增大流量以缩短预冷时间，提高预冷效率；将最终获得的流量推荐值传输至一体化操作平台，作为预冷过程的初始流量值；S2：在一体化操作平台选择调节模式、设置控制限值...

【专利技术属性】
技术研发人员：许庆江，王丹，樊云博，严文荣，宋志红，徐艳红，王川，
申请(专利权)人：中建安装集团有限公司，
类型：发明
国别省市：