随着国内液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)需求量的快速增长，LNG接收站项目呈现飞速发展趋势。中国已成为全球第二大LNG进口国，建成了深圳大鹏、福建、大连、天津、江苏等20余处LNG接收站，且有更多的接收站项目正在建设或筹备。LNG接收站的工艺介质较多，例如LNG、蒸发气(Boil-off Gas,BOG)、NG、氮气、仪表风、海水等，温度测量范围较广(-180～80℃)。工程人员在进行温度测量仪表选型时，既要考虑仪表测量范围，又要考虑价格、精度、响应时间、可维护性甚至LNG行业传统习惯等因素，选择安全可靠、经济合理的温度测量仪表。
1、LNG接收站就地温度测量仪表选型
常用的就地温度测量仪表有双金属温度计和压力式温度计，这两种就地仪表结构简单、价格低、维护方便，但精度较低(精度等级：1.0、1.5)、响应时间较长。如果对精度要求不高，可优先考虑这两种温度测量仪表。
操作温度在-80℃以上精度要求不高的前提下时，选用双金属温度计；操作温度在-80℃以下时，选用H2或N2为工作介质气体压力式温度计。
2、LNG接收站远传温度测量仪表选型
2.1 检测元件选型
远传温度测量仪表按照检测元件的不同分为热电偶和热电阻两种。LNG接收站的工艺介质温度测量范围在-180～80℃，NG接收站工程优先选用三线制或四线制Pt100铠装铂电阻。
2.2 远传装置选型
Pt100铠装铂电阻信号可通过温度变送器转化为4-20mA信号，也可通过多路温度采集系统(多路温度转换系统或多路温度变送器)转为串口或总线信号。
温度变送器有一体化温度变送器和分体式温度变送器两种。LNG接收站测量氮气、仪表风等常温介质时，选用一体化温度变送器；LNG接收站测量LNG、BOG等低温介质时，选用分体式温度变送器。
LNG接收站码头栈桥如果过长，就会布置大量监测LNG管道预冷的铠装热电阻，例如中石油昆仑能源江苏LNG接收站码头工程的栈桥布置104个热电阻温度计。为减少信号电缆敷设数量，通过多路温度采集系统采集现场热电阻信号，再以通讯方式传输信号至DCS。多路温度转换系统如图1所示，主要包括现场变送单元、隔离器和接收单元。现场变送单元设置在现场防爆接线箱内，隔离器和接收单元设置在控制室机柜内。这种温度采集模式的优点是电缆数量少，节省DCS中AI模块的通道数量；缺点是通信速率低、实时性不好，适用于不参与工艺控制和联锁的温度信号。同时，现场变送单元与控制室内接收单元之间通信线的最大通信距离不能超过1500m。
图1 多路温度转换系统示意
3、温度计套管材质选择
除了测量管道或设备表面温度的表面温度计，其他温度计都应配温度计套管。温度计套管使用振动频率不应高于温度计套管固有频率的40%，工程中通常要求供货商依据ASME PTC19.3-2016提供套管的振动频率分析报告。
温度计套管材质一般选用316SS不锈钢，直接接触海水的套管应选用哈氏合金或蒙乃尔合金等耐海水腐蚀的材料。
4、设置场所及注意事项
除工艺流程控制、联锁需要设置的温度计外，LNG接收站工程重点关注以下5个方面：
4.1 LNG储罐
①内罐外壁、内外罐之间的环形区域、热角保护板设置铂热电阻表面温度计，测量点温度急剧下降代表内罐LNG溢出或泄漏，温度下降到设定的报警值时报警。
②内罐底上表面、内罐内壁、吊顶板设置铂热电阻表面温度计，用于储罐接受LNG前预冷温度监控。
③内罐LNG液相温度测量采用多点温度计，相邻两个温度测量点之间的垂直距离不大于2m，且均匀分布。
④吊顶和穹顶之间以及吊顶和罐内液位表面之间的气相空间设置铠装热电阻，监控储罐内BOG温度。
4.2 LNG管道
在LNG管道预冷过程中，管道断面的底部和顶部可能会有温度差，预冷工艺不同，温度差不同，为防止差值过大造成管道热拱，通常要求差值不大于50℃。公称直径不小于8寸(约26.67cm)的LNG管道，如果长度大于100m，应在管道的水平段设置铂热电阻表面温度计，用于监测预冷过程。在管道同一截面的底部和顶部各设置1个表面温度计。
4.3 海水LNG接收站
如果设置以海水为热源的气化器(开架式气化器、中间介质气化器)，换热后的升温海水将直接排入大海，会对附近的海洋生物产生影响。目前，规范要求海水温降不大于5℃时，在海水出入口均应设置测量海水温度的铠装铂电阻。
4.4 泄漏检测
由于LNG的低温特性，当LNG发生泄漏时，会对周围的人员造成伤害，并且在LNG吸热扩散的过程中，增加周围环境的危险性，因此，应对可能产生LNG泄漏的地方进行实时监测。导液沟、收集槽、收集池内设置铠装铂电阻，一旦出现LNG泄漏，通过测量温度可以及时了解泄漏情况。温度测量信号将送入火灾报警系统进行报警。
4.5 注意事项
储罐内安装的表面温度计在储罐投运后无法取出维护，因此，选用双支型铂电阻。在低温介质上安装时，铂电阻接线盒延长段要足够长，以避免低温及保冷层影响接线。
5、测温新技术的应用
随着温度检测手段的提高、检测技术的发展，新的温度检测方式不断涌现，例如光纤温度传感器、PN(PositivePositive)结温度传感器(PN结正向压降随温度变化)、石英晶体温度传感器(石英晶体的固有振荡频率随温度变化)、声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)温度传感器(将温度转换为频率)、核四极共振(Nuclear Quadrupole Resonance,NQR)温度计(共振吸收频率随着温度的上升而下降)等新型温度传感器。其中，PN结温度传感器和石英晶体温度传感器的最低测量温度为-50℃，不能覆盖LNG的低温；SAW温度传感器和NQR温度计造价高，目前没有在行业内应用。
本研究重点介绍分布式光纤测温。目前，国内已有数座接收站使用分布式光纤测温系统监测珍珠岩沉降。分布式光纤测温系统采用测温光缆作为线型传感器，内含若干根光纤。激光源向测量通道发射一个光脉冲信号，传播时在光纤的各个点发生拉曼散射。外部温度的变化将对光纤的拉曼散射产生影响，从而计算出光纤敷设路径上的温度。在工程实践中，测温光缆敷设在LNG储罐的外罐碳钢衬板上。当环隙空间内的膨胀珍珠岩发生沉降时，内罐的低温将传递至碳钢衬板，通过测温光缆将外罐碳钢衬板上的温度测量信号传输到室内测温主机上，测温主机通过解调光纤信号得出准确的温度数据，推导出珍珠岩发生沉降的位置。接收站控制室内的DCS系统可以通过通信接口从测温主机获取该温度数据和沉降位置信息。
6、结语
温度仪表在LNG接收站开车前预冷、日常运行监控等操作中发挥着重要作用。从就地温度仪表选型、远传温度仪表选型、温度计套管、主要设置场所、分布式光纤测温的新技术应用等方面进行分析，给出温度测量仪表选型建议，用于LNG接收站工程温度仪表选型设计。
作者：康鹏飞(中国石油天然气管道工程有限公司)
相关阅读
◆30000立方米LNG储罐仪表配置方案
◆如何配置LNG储罐仪表才符合标准规范
◆LNG储罐仪表防雷(现场仪表、控制室仪表及电缆屏蔽)的若干经验
