落地式LNG储罐罐底伴热系统
技术领域
本实用新型涉及一种落地式LNG储罐罐底伴热系统，属于液化天然气(LNG) 输配技术领域。
背景技术
液化天然气(LNG)由天然气先经过净化处理，再通过超低温(-162℃)常压液化形成的以甲烷为主的液烃混合物，由于液化天然气的体积约为其气体体积约1/625，重量仅为同体积水的45％左右，故有利于输送和储存。液化天然气的运输与储存主要采用液化天然气储罐，储罐的结构主要分为架空式(桩基高承台)、落地式、半地下式、全地下式四种。目前国内尚无投运的半地下与全地下式储罐，已建成储罐全部为架空式和落地式。
在特定地质条件下，采用落地式结构的大型LNG储罐因对桩数、桩径需求的降低，与架空式结构相比经济优势明显。但落地式LNG储罐因其采用低承台结构，罐底与地基直接接触，且无空气流通空间，遂无法补偿储罐内低温液体对地基的影响。为防止罐底土壤结冰，影响储罐寿命，保证储罐安全建造与稳定运行，需要在罐底设置电伴热系统以保证保护区温度的一致性和连续性，且伴热系统不能让罐内冷却的LNG 沸腾导致LNG储罐的经济性降低。因此落地式储罐选择合适的伴热系统，并具有精确的温度监测、控制功能，是保证该类储罐安全运行的关键环节。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种落地式LNG储罐罐底伴热系统，所提供的伴热系统解决了原有伴热系统因温度控制精度低导致局部频繁加热或局部无法加热产生的温度不均衡问题，确保了罐底任意区域温度控制在要求温度，增强了加热系统性能的可靠性。
本实用新型所提供的落地式LNG储罐罐底伴热系统，其中落地式LNG储罐包括承台和设于所述承台上的墙体；
所述承台内敷设有中心伴热带和环形伴热带，所述环形伴热带设于所述中心伴热带的下部；
所述中心伴热带和所述环形伴热带均采用伴热电缆；
所述伴热电缆的一端接入伴热电缆接线箱后与电缆电源连接；
所述承台内于敷设所述中心伴热带的平面内设置温度传感器(RTD)，所述温度传感器与设置于所述承台外的温度传感器接线箱连接；
所述温度传感器接线箱与温控器相连接。
所述的伴热系统中，所述伴热电缆均敷设于所述承台内的预埋钢管，采用的管材口可为SCH40S、316L不锈钢材质。
所述的伴热系统中，所述中心伴热带和所述环形伴热带设于距所述承台上表面300～360mm处；
如，所述中心伴热带设于距离所述承台上表面300mm处的水平面内，且从所述承台两侧伸出150mm；
如，所述环形伴热带设于距离所述承台上表面360mm处的水平面内，且从所述承台两侧伸出150mm。
所述的伴热系统中，所述中心伴热带包括若干设于同一水平面内的等间距横向排列的所述伴热电缆。
所述的伴热系统中，所述环形伴热带包括设于所述承台内的4个象限内的若干环形等间距排列的所述伴热电缆。
所述的伴热系统中，伴热带为100％冗余设计，一用一备，确保在一套加热系统故障或者一个回路跳闸后罐底基础任何区域的温度不低于3℃。布置方案经有限元分析验算，确保加热量达到罐底换热量需求，并满足热负荷容量达到安全系数2.6。
所述的伴热系统中，所述温度传感器设于所述中心伴热带内所述伴热电缆的相邻位置处。
所述的伴热系统中，所述中心伴热带包括十个所述温度传感器，每个所述温度传感器控制所述中心伴热带内的十分之一的所述伴热电缆；
每个所述温度传感器的控制区域内的所述伴热电缆依次排列布置、相互交叉，确保温度均衡，即指每个所述温度传感器所控制的伴热电缆并不是集中在一块区域的，罐底约100条中心伴热带，如1号所述温度传感器对应控制的伴热电缆即为第1、11、 21、31、41、51、61、71、81、91条中心伴热电缆，以此类推。
所述的伴热系统中，所述环形伴热带包括四个所述温度传感器，每个所述温度传感器控制所述承台内相邻两个象限内的相间设置的环形伴热电缆，如第一、二象限内共6圈中的第1、3、5圈所述环形伴热电缆。
所述的伴热系统中，所述温控器与分布式控制系统(DCS)相连接；
所述分布式控制系统控制所述中心伴热带和所述环形伴热带的开启与关闭。
所述的伴热系统中，所述温度传感器接线箱用于连接电缆，并将热电阻测量的温度信号反馈至所述温控器；
所述温控器具备温度控制功能，并将温度信号和系统运行状态信号发送至DCS，所述DCS具备远程启停LNG储罐罐底伴热系统的功能。
利用本发明LNG储罐罐底伴热系统对LNG储罐罐底进行温度控制时，可按照下述步骤进行：
步骤1：伴热系统利用RTD对LNG储罐罐底的温度进行实时监测；
步骤2：RTD可提供监测点实时温度，并将温度信号反馈至带有液晶显示功能的温控器进行现场显示；
步骤3：罐底加热系统的温度控制共分为14个加热回路(中心区域共100根伴热电缆，每10根属一个回路，对应一个温度传感器及温控器回路，环形区域共24根电缆，每6根属一个回路)(单系统7个回路)，共设置14个对应的RTD，中间区域10 个，环形区域4个。中心区域每一控制回路内包含若干均匀分布于LNG储罐罐底的伴热电缆，所有邻近的伴热电缆与不同的伴热控制回路连接。环形区域每一控制回路控制储罐一个象限内的6条环形伴热电缆。确保罐底各区域均匀受热。
步骤4：当任意监测点温度低于5℃时，伴热带温控器通过激活对应加热回路来提高LNG储罐承台的温度。每一组RTD及加热回路均独立运行。当其中一个RTD温度达到控制设定温度8℃时，对应控制回路的环形或中心伴热带断电，确保储罐基础的温度控制在5-8℃之间。
步骤5：LNG储罐罐底伴热系统具备温度高位保护功能，当任意RTD监测温度大约20℃时，LNG储罐罐底伴热系统将联锁停机。
步骤6：当需要手动控制式，由手动操作系统每个控制回路，不受温度传感器信号影响。常规操作模式是自动模式。
步骤7：LNG储罐罐底伴热系统可与DCS通信连接，将温度信号和系统运行状态信号发送至DCS，所述DCS具备远程启停LNG储罐罐底伴热系统的功能。实现 DCS对LNG储罐罐底伴热系统的实时监测和紧急控制。
本发明提供的落地式LNG储罐罐底伴热系统，通过细化温度控制区域，合理分配单个控制回路的伴热带分布，提高了罐底伴热系统温度控制精度，有效防止落地式储罐周围土壤结冰现象，提高了储罐结构安全性。此外，因控制区域精度的提高，降低了因大面积伴热带无效做功导致的热量浪费，提高了伴热带寿命并降低了电能消耗。
附图说明
图1为本实用新型中伴热带在落地式LNG储罐承台布置的侧视图。
图2为本实用新型中伴热带在落地式LNG储罐承台布置的俯视图。
图3为本实用新型中电伴热带与电伴热带接线箱连接示意图。
图4为本实用新型中RTD与RTD接线箱连接示意图。
图5为本实用新型中伴热带启动控制系统流程图。
图6为本实用新型中伴热带停止控制系统流程图。
图中各标记如下：
1落地式LNG储罐承台、2落地式LNG储罐墙体、3预埋钢管4中心伴热带5 环形伴热带6电伴热带接线箱、7温度传感器、8RTD接线箱9RTD导线、10温控器11DCS。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。
本实用新型提供的落地式LNG储罐罐底伴热系统，其中涉及的落地式LNG储罐包括承台1、墙体2、敷设于承台1内的预埋钢管(316L不锈钢材质钢管，规格为 SCH40S)；其中，伴热系统包括中心伴热带4，采用并联恒功率型伴热电缆，采用两芯铜导线，最小截面为2.0mm2；环形伴热带5，采用并联恒功率型伴热电缆，采用两芯铜导线，最小截面为2.0mm2；伴热带接线箱6；温度传感器(RTD)7，三线制；RTD 接线箱8；RTD导线9；温控器10；DCS11。
本实用新型伴热系统为100％冗余设计，一用一备，确保在一套加热系统故障或者一个回路跳闸后罐底基础任何区域的温度不低于3℃。各伴热带4、5穿预埋钢管3 安装，且伴热带始端分别与伴热带接线箱6相连。采用14个三线制RTD7布置于承台中，并安装在与伴热电缆分开的预埋钢管3内，由RTD导线9从一端伸出连接至承台外RTD接线箱8，再由电缆与温控器10各回路相连。温控器10具备监控温度功能，并具有将温度和报警信号远传DCS11系统的功能。
具体底，伴热带在承台内部的布置结构为：
在LNG储罐承台1浇筑前，先进行不锈钢预埋纲管3安装，包括用于安装伴热带的管道和安装RTD的管道。之后中心伴热带4和环形伴热带5沿钢管穿线安装，两端伸出承台150mm。如图1所示，为避开承台1内结构钢筋，中心区域伴热带埋深为距承台1上表面300mm。环形伴热带5从中心区域伴热带4水平面下方穿过，埋深为距承台1上表面360mm。
如图2所示，中心伴热带4在同一水平面、等间距横向并列布置，贯通于承台1。用于加热墙体2区域的环形伴热带5采用环形等间距布置，每一象限布置6根共计24 根，每根伴热电缆贯通于承台1。每根伴热带一端与设置在承台1附近的伴热带接线箱6相连。落地式储罐罐底伴热系统为100％冗余设计，一用一备，确保在一套加热系统故障或者一个回路跳闸后罐底基础任何区域的温度不低于3℃。罐底伴热系统基于储罐BOG泄放量的计算结果确定所安装伴热带长度、总加热功率及布置间距，同时布置方案经有限元分析验算，确保伴热带发出功率可以满足罐底换热量需求，系统总加热功率根据规范BS7777规定，应使安全系数达到2.6。
共提供14个热电阻温度传感器(RTD)7布置在贯通承台1的预埋钢管3中，此钢管3布置在与中心区域伴热带4所用钢管同一水平面的相邻位置，埋深300mm，由 RTD导线9从一端伸出连接至承台1外RTD接线箱8。由14个RTD将罐底分为14 个控制及加热区域，其中10个RTD控制罐底中心区域伴热带4，每个RTD对应控制中心区域约十分之一的伴热电缆，各控制回路伴热电缆依次排列布置、相互交叉，确保温度均衡。4个RTD控制罐底环形区域伴热带5，每个RTD对应控制其中两个象限相间的三根伴热电缆。RTD接线箱8，用于连接电源电缆和控制电缆，并将信号反馈至温控器10。
如图3所示，用于安装伴热带的预埋钢管3两端伸出承台150mm，其中一端与伴热带接线箱连接6。
如图4所示，用于安装RTD7及RTD导线9的预埋钢管3两端伸出承台150mm，其中一端与RTD接线箱8连接。
利用上述伴热系统对落地式LNG储罐罐底进行温度控制时，可按照下述步骤进行：
1)伴热系统利用热电阻温度传感器(RTD)7对LNG储罐罐底的温度进行实时监测；
2)RTD7可提供监测点实时温度显示，并反馈热电阻信号至带有液晶显示功能的温控器10进行现场显示；
3)当任意监测点温度低于5℃时，RTD7发送低温信号至温控器10，温控器10 显示屏对应回路报警指示灯亮。
4)系统转换到加热模式。
5)温度保护回路闭合，同时温控器10向DCS11发送温度及运行状态信息。
6)控制器显示屏对应回路报警指示灯关闭。
7)对应控制回路伴热带通电，加热系统启动。
8)当任意监测点温度高于8℃时，RTD7发送高温信号至温控器10，对应控制回路伴热带断电。
9)当任意RTD7检测到温度大于20℃时，RTD7发送温度高高信号至温控器10，将联锁关停伴热系统。
10)当需要手动控制式，由手动操作系统每个控制回路，不受RTD信号影响。常规操作模式是自动模式。
11)任意时刻温控器10从DCS11接收停止命令时，即刻关停加热系统。
