储罐是石油、化工和冶金等行业必不可少的重要的基础设施。本文以液化天然气(LNG)储罐为例,阐述温度计在储罐内起到的作用和实际应用情况。LNG以甲烷为主,通常含有少量乙烷、内烷、氮等其他组分,无色、无味、无毒”,是优质的清洁能源。LNG 储罐具有容量大、低温介质、沸腾状态、气化率高、易燃易爆等特点,在储存中介质易产生分层和翻滚等问题(。LNG是多组分混合物,温度和组分的变化会引起密度变化,液体密度变化会导致储罐内部出现分层9,LNG分层是产生翻滚的根本原因4。因此,储罐的温度监测至关重要,LNG储罐温度计不仅可用于监测预冷温降速率(、LNG是否泄漏,还可监测储罐液位和介质密度以及罐内温度。   

1 储罐温度监测的重要性

温度和组分的变化会引起密度变化,对于LNG 储罐温度监测的重要性有以下几点:

1)保障储罐安全。LNG储罐内的温度一旦偏离正常范围,无论是过低或过高,均可能诱发严重的安全隐患。过低的温度可能致使储罐材料脆化，大幅增加破裂风险:过高的温度则可能引发LNG气化,导致储罐压力骤升,甚至引发爆炸等灾难性后果。例如、某公司的LNG储曾因温度计故障,未能及时察觉温度升高,致使LNG大量气化,储罐压力剧增、险些酿成重大安全事故。

2)确保能源质量。精确的温度监测对于保障LNG的质量稳定至关重要。温度变化极有可能对LNG的组分及物理性质产生影响、进而左右其在实际使用中的性能表现。

3)优化运营成本。凭借精确的温度测量,能够对储罐的制冷或加热系统实施合理调控,有效降低能源消耗,提升运营效率,实现成本的优化。

2仪表选型及特点

LNG储罐一般设有2套平均温度计用于配合伺服液位计测量液位平均温度和液位高度。而在内罐内壁和内罐底部设置1套多点温度计(简称内温度计),内罐外壁和内外罐环隙空间设置1套多点温度计(简称环隙温度计)

2.1 平均温度计

2.1.1组成及特点

平均温度计由多个测温元件、固定器、重锤金属波纹管、导线、延长管以及法兰组成。固定器的作用是固定产品内部结构和增加重锤或钢丝绳固定产品本身;延长管通常具有可调节插深的作用;金属波纹管具有整体弯曲打圈运输、安装便捷性,可大幅降低运输成本和安装的难度。金属波纹管采用凹凸波纹的钢带绕制而成,整体具备良好的耐压性能,能够防止储罐内介质渗入波纹管内腐蚀温度计。平均温度计结构如图1所示

平均温椋计算出平均温度点

1)多点测最与数据集成。平均温度计的测温探头一般为铂热电阻,根据LNG内存储介质最高液位高度设置3~16个温度测最点，点与点的间距一般为1~2.5m不等,测温探头自储罐底部纵向平均分布在储罐内的不同高度位置,测温探头同时测量温度。当测温探头捕捉到温度信号后,迅速通过高质量电缆传输至分散控制系统(DCS)。在DCS中,智能算法深度处理与分析这些信号,计算出平均温度、温度梯度等关键指标并生成详细的温度监测报告。

2)温度补偿机制。为了提高测量精度,平均温度计往往配备温度补偿机制,以消除环境温度、传感器自身发热等因素对测量结果的影响。采用了基于物理原理的温度补偿算法,该算法综合考虑了LNG的热膨胀系数、储罐结构参数等因素精确计算出温度变化对液体体积或密度的影响，并实时调整温度读数。

3)高精度测量。平均温度计能够准确反映储罐内的平均温度,为储罐的安全运行和能源管理提供可靠的数据支持,还与液位计(LTD)和伺服液位计等设备组成综合罐表系统,实现不同液位下LNG密度分层的有效监测,从而预防LNG翻滚等潜在风险,确保储罐的安全运行。

4)稳定性强。在长期的使用过程中,平均温度计能够保持稳定的性能,减少因设备老化或环境变化导致的测量误差。采用冗余设计,当其中1套系统出现故障时,另1套系统可以立即接替工作,确保测量的连续性和可靠性。

5)适应性好。平均温度计在设计和制造过程中充分考虑了防爆、防腐等要求,能够在恶劣的工作环境中保持稳定运行,可以适应LNG 储罐内的低温、高压等恶劣环境条件。

2.1.2 平均温度计的应用

法兰LNG平均温度计用以监测不同液位下LNG的温度梯度及平均温度,同时将测量的温度信号传送至伺服液位计,与LTD和伺服液位计组成相互关联的罐表系统,检测不同液位下LNG的密度分层情况。如果密度发生改变会出现储罐下部LNG温度升高,上下层LNG再经过传质,下部LNG上升到上部,能量迅速释放,产生大量BOG:便会形成翻滚现象”,对不同高度液位的温度进行有效控制,有效防止储罐内产出LNG 翻滚。

2.2 储罐多点温度计

2.2.1 组成及特点

LNG储罐多点温度计通常由2套多点温度计组成,第1套安装在内罐内和内底,第2套安装在内罐外壁和内外罐环隙中。通过温度的显示可监测1NG前期预冷程度，也可检测NG是否溢出或泄漏、配合显示仪可实时监测内情况。LNG储罐要求温度测量的准确性高,同时对温度计的稳定性和使用寿命要求均高,热电阻在精和重复性上要优于热电偶,所以优先选择热电阳作为测温元件。

储罐多点温度计采用法兰的连接方式,根据储罐的大小选择具体的测温点数,铠装通过卡套螺丝的方式与法兰固定并密封。在储罐内测温点固定方式采用集热块焊接到储罐内预留的测温垫板上,铠装通过卡套螺丝固定在集热块上。LNG储罐多点温度计结构如图2所示。

储罐多点温度计具有以下特点:

1)测量原理。传感器基于热电阻测温原理当温度变化时,热电阻的电阻值发生改变,通过惠斯通电桥等测量电路把热电阻的电阻变化转换为电压信号。热电阻感受到储罐内某点的温度变化后电阻值发生改变,电桥输出电压随之变化,经过放大、模数转换等信号处理后,得到对应的温度值,从而实现对储罐内不同位置温度的测量。

2)数据处理及传输。通过温度采集器和数据融合技术,如加权平均法、卡尔曼滤波融合算法等,可提高温度测量的准确性和可靠性。构建实时监测系统,将温度测量数据实时传输至监控中心,以便操作人员及时掌握储罐内的温度变化情况。

3)高精度测量。选用高精度铂电阻元件,精度可达士(0.15~0.30)℃,采用先进的传感器拉制技术和信号处理技术建立数学模型,能够实现高精度的温度测量,满足LNG储罐对温度监测的严格要求。

4)耐低温性能好。专为LNG 储罐的低温环境设计,能够在极端低温条件下稳定工作,低温罐内可能会出现冷凝现象。温度计套管选用耐低温不锈钢材质,可保证测量的准确性和可靠性。

2.2.2 应用及优势

在LNG 储罐预冷阶段,监测不同位置的温度情况尤为关键,以此来判定当前储罐的状态是否符合开车标准。低温LNG在进人储罐前,务必要对LNG 储罐以及内部管道等实施冷却处理,从面避免骤冷给管道和储罐带来破坏。预冷期间,环隙空间与底板温度范围应当维持在一25℃至常温,通过多点温度计检测。倘若发现温度偏低,需即刻关闭冷却阀,查找泄漏点,发生小泄漏时,泄漏点周围的温度会因为LNG的低温特性而发生变化。LNG储罐在冷却过程中,必须严格把控内罐的冷却速率、相邻温度点的**温差以及任意2个不相邻测温探头之间的**温差,且要在冷却过程中开展严格的监控工作。当监测到内罐各测温点的温度均下降至一160~-150℃且处于稳定状态时,则此时LNG 储罐的预冷工作已基本完成,可投入使用。通过温度的显示可监测LNG 前期预冷程度,也可检测LNG是否溢出或泄漏,配合显示仪可实时监测罐内情况。

相比于其他温度计,储罐多点温度计具有以下优势:

储罐多点温度计的测温点均匀分布在内罐内外表面、内罐底部以及环隙中,能够更好更全面地感知因罐壁热传导等因素引起的温度变化。与其他安装在储罐中心位置的温度计相比,它可以及时发现罐壁附近LNG 温度的微小变化。例如,在储罐的隔热层出现局部损坏或者外部环境温度发生变化时,罐壁附近的LNG 温度会首先受到影响,储罐多点温度计能够快速捕捉到这种变化,及时采取如检查隔热层、调整冷却系统等措施,提准确的温度信息依据。相比之下,单点温度计的测点只能分布在极其有限的位置,对储罐内部整体温度监控效果收效甚微,仅作为参考数据使用。储罐多点温度计由于其多点分布的特点,有更大的概率检测到温度异常区域。通过及时发现温度异常降低的区域,可以尽早发现泄漏情况,从而触发安全警报,采取紧急措施,如关闭相关网门、启动漏应急处理程序等,有效降低泄事故可能带来的危害。

3. 温度计安装及注意事项

3.1 平均温度计安装

平均温度计安装在ING储罐顶的仪表台上·可通过底都朗定器加装钢丝绳与储罐底部预留园定件园定、使其在储罐内处于相对乘直态。不会因储罐内介质流动面旋转、动。当储铺底部不具备预留固定件时,可在困定器底部安梨重锤。通过重锤本体的质量拉直属波纹管。

3.2 储罐多点温度计安装

储罐多点温度计安装在LNG储顶的仪表平台上,内罐温度计测温点位置与环隙温度计测温点位置如图3所示

储罐多点温度计采取先固定测温端,后固定接口法兰的倒序安装方式,储罐体积大安装过程较为繁琐,应当做好充分的前期准备工作。主要安装步骤如下:

1) 安装前需确保所有相关设备,包括 Pt100铠装电缆温度计、防爆接线箱、安装法兰等均经过严格检查,无瑕疵且符合项目设计要求。

2) )需对铠装进行通断和绝缘性能测试,测试合格后将铠装小心插人法兰管嘴中,注意控制插入深度,在法兰管嘴外侧预留温度计铠装用于固定和传入接线箱内部接线。

3) 铠装固定在内罐内壁或内罐外壁的固定支架上,沿罐壁铺设,每隔3m 做一处膨胀弯,避免热胀冷缩破坏温度计。LNG 储罐多点温度计的测量端用集热块焊接在储罐内壁的预焊板上,固定在储罐内壁或罐底。罐底测量端固定方式同罐壁,使用固定支架和集热块焊接的方式固定,避免LNG进液时冲剧底板,造成温度计的位移;安装在内罐外壁和内外罐之间的环隙温度计沿罐顶到罐底的铁链向下,内罐外壁的预焊板上焊接固定支架固定环隙温度计铠装;安装在环隙空间底板和热保护角的表面温度计应能够承受环形空间中保冷材料的挤乐。采用固定安装。

4) 待所有温度计镇装安装完成后·预在法兰管嘴外的铠装传入法兰预留孔内，盖紧法兰通过卡套螺丝锁紧固定温度计铠装。

5) 温度计铠装与法兰例定完成,接入防爆接线箱内对应位号完成接线后，全面检查电气性能确保运行正常，系统性调试多点噩度计，确保其测量精度与稳定性达到设计要求;验证温度计与DCS或其他监控设备的通信连接是否顺畅，致据传输是否准确无误。

4 结束语

LNG 储罐在预冷阶段和进液阶段都需要温度监控,尤其是在存储过程中存在超压、分层和等危险因素,采用平均盘度计和多点温度计可在

储罐不同的位置然测罐内的温度交化情况。平均温度计、多点温度计可与LTD和何服液位计等组成罐表系统,能够将实时整测到的数据稳定、高效地传输至 DOS中,并结合液位、温度监测数据,作为泄漏检测的辅助手段,及时、准确论预判发生的泄藏情况。该计量方案大幅提升了 ING 储罐运行的安全性、计量的准确性以及管理的智能化水平，为工曼生产的稳定、可持续发展奠定了坚实基础。

文章来源：《石油化工自动化》