低溫雙球球罐液體分布系統及預冷方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種低溫雙球球罐液體分布系統及預冷方法。
【背景技術】
[0002]低溫雙球球罐主要用于儲存低溫液體，包括液氧、液氮、液氬、液氫、液態烴等介質，是低溫系統和液化裝置的關鍵核心設備。低溫雙球球罐主要由內球罐、外球罐、夾層、支柱結構、管路系統、儀表測量系統，安全裝置及梯子平臺等組成，國內建成投產的低溫雙球球罐的容積已達3000m3，目前正朝著更大容積的方向發展。低溫雙球球罐在首次充裝前必須用低溫液體進行預冷，目的是將內球罐的罐壁溫度和空間溫度降低至操作溫度及以下，以防止首次充裝低溫液體時罐壁溫度驟降產生較大的溫差應力對罐體造成破壞。
[0003]目前已建的低溫雙球球罐液體分布系統中設置有上進液分布器和下進液管。上進液管穿過外球罐底部沿夾層引至內球罐頂部，并穿過內球罐后與頂部液體分布器組成上進液分布器；下進液管穿過外球罐底部、夾層和內球罐后直接引出。由于球罐具有上、下兩極水平截面小、赤道水平截面大的結構特征，現有進液分布器中置于內球罐上部的頂部液體分布器環管直徑受限，不及赤道水平截面直徑的一半，且只設置一圈環管。在預冷時，通過上進液分布器布液，預冷低溫液體只能覆蓋以環管漏液孔中心線所在圓為準線、下落距離為母線的圓柱面區域，其他區域則無法覆蓋，造成布液范圍小、布液面積不均勻。實際預冷時，預冷低溫液體通過上進液分布器布液后，在下落過程中吸收圓柱面區域熱量蒸發為氣體，并通過氣相管排出帶走罐內熱量，圓柱面以外區域的熱量則以對流形式向圓柱面區域逐漸傳遞。隨著預冷的進行，內球罐溫度不斷下降，預冷低溫液體與周圍氣相空間溫差越來越小，由于布液不均，傳熱不充分，預冷低溫液體在下落過程中只能部分吸收熱量氣化，未氣化部分在內球罐底部逐漸積聚起來，造成內球罐底部與處于氣相環境的中上部形成較大溫差，最大時溫差超過100°c，且很難通過調節預冷用低溫液體流量的方式來減小溫差，使得罐壁存在很大的溫差應力，嚴重影響了低溫雙球球罐的結構安全。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種低溫雙球球罐液體分布系統，以解決現有低溫雙球球罐進液分布器布液范圍過小、布液面積不均的問題。
[0005]本發明的另一個目的是提供一種低溫雙球球罐預冷方法，以解決現有低溫雙球球罐預冷過程中罐壁溫降不均勻、不連續、溫差大的問題。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
一種低溫雙球球罐液體分布系統，包括設置在內球罐頂部和下部的上進液分布器和下進液管，該液體分布系統包括設置在內球罐中部的中部進液分布器；該中部進液分布器由中部進液管和中部液體分布器組成，中部進液管從外球罐底部引入，沿夾層引至內球罐中部并穿過內球罐與其赤道面上的中部液體分布器連接。
[0007]所述上進液分布器由上進液管和頂部液體分布器組成，上進液管從外球罐底部引入，沿夾層引至內球罐頂部并穿過內球罐與頂部液體分布器連接；所述下進液管由外球罐底部引入，穿過夾層及內球罐后直接引出；所述上進液管、中部進液管和下進液管在低溫雙球球罐外部匯總后與進液總管連接；所述進液總管、上進液管、中部進液管及下進液管分別設置有能夠控制開度的進液總管控制閥、上進液管控制閥、中部進液管控制閥和下進液管控制閥。
[0008]所述頂、中部液體分布器為多圈環管分布器；該中部液體分布器最內圈環管的中心圓直徑大于頂部液體分布器最外圈環管的中心圓直徑。
[0009]所述頂、中部液體分布器的環管上均設置有漏液孔，且最外圈環管漏液孔直徑小于次外圈，次外圈環管漏液孔直徑小于次次外圈，依此規律至最內圈。
[0010]在所述頂、中部液體分布器的環管截面上設置1-3個所述漏液孔。
[0011]所述頂部液體分布器最外圈環管截面上設置2個或3個漏液孔。
[0012]一種低溫雙球球罐預冷方法:其特征是包括以下步驟:
A、預冷前準備:用氮氣置換內球罐內空氣，關閉所有控制閥，連接預冷低溫液體管路，全開預冷管控制閥和上進液管控制閥，預冷低溫液體通入上進液分布器；
B、前期預冷階段:預冷低溫液體經上進液分布器布液預冷，控制預冷速度及溫差；
C、中期預冷階段:關小上進液管控制閥至50%開度，并以50%開度打開中部進液管控制閥，預冷低溫液體經上進液分布器和中部進液分布器同時布液預冷，控制預冷速度及溫差;
D、后期預冷階段:關閉中部進液管控制閥，全開上進液管控制閥，預冷低溫液體經上進液分布器布液預冷到預定液位；
所述步驟A包括以下步驟:
Al、將內球罐空間內的空氣用氮氣置換出來，并檢測被置換出氣體的露點，保證露點低于-40 0C ；
A2、露點合格后檢查進液總管控制閥、預冷管控制閥、上進液管控制閥、中部進液管控制閥、下進液管控制閥及氣相管控制閥處于關閉狀態。
[0013]A3、將低溫液體槽車排液管與預冷管連接后，依次全開預冷管控制閥和上進液管控制閥，預冷低溫液體沿上進液管進入頂部液體分布器布液預冷。
[0014]所述步驟B包括以下步驟:
B1、預冷低溫液體經頂部液體分布器的漏液孔出來后進入內球罐，吸收熱量后成為蒸發氣(BOG)，引起內球罐壓力上升，當壓力達到預定值時，打開氣相管控制閥，BOG通過氣相管排出帶走熱量；
B2、通過內球罐外表面的測溫點監測內球罐溫度變化，控制預冷速度不超過5°C /h，控制任意兩個測溫點的溫差不超過30°C ;
B3、每隔5分鐘記錄一次所有測溫點的溫度值，選取內球罐底部對稱布置的兩個測溫點為控制測溫點；
B4、根據控制測溫點溫度值變化判斷預冷速度，最近記錄的兩次控制測溫點溫差如超過0.5°C，關小上進液管控制閥至80%開度；
B5、任意兩個測溫點的溫差如超過30°C，關小上進液管控制閥至50%開度，減小預冷低溫液體流量。
[0015]所述步驟C包括以下步驟:
Cl、內球罐中上部測溫點溫降變緩、底部測溫點溫降較快且接近預冷低溫液體溫度時，關小上進液管控制閥至30%開度，以50%開度打開中部進液管控制閥，讓預冷低溫液體同時沿中部進液管進入中部液體分布器；
C2、監測測溫點溫度變化，通過上進液管控制閥及中部進液管控制閥開度調節流量來控制預冷速度和測溫點溫差。
[0016]所述步驟D包括以下步驟:
D1、內球罐控制測溫點溫度值接近預冷低溫液體溫度時，關閉中部進液管控制閥，全開上進液管控制閥；
D2、內球罐底部出現預冷低溫液體并到達預定液位時停止預冷，依次關閉預冷管控制閥、上進液管控制閥及氣相管控制閥。
[0017]本發明的有益效果是:
1、采用本發明液體分布系統，在預冷初期，內球罐溫度與預冷低溫液體存在較大溫差，能夠保證經上進液分布器布液進入內球罐的預冷低溫液體吸熱完全蒸發；預冷中期，溫差減小，通過上進液分布器和中部進液分布器同時布液，增大了布液范圍，實現了罐壁及氣相空間的均勻連續冷卻，有效改善預冷過程中罐壁溫度分布，降低罐壁溫差，減小罐壁應力，大大提高低溫雙球球罐在預冷過程中結構的安全性。
[0018]2、設置中部進液分布器，設計最內圈環管中心圓直徑大于頂部進液分布器最外圈環管中心圓直徑，保證低溫液體通過上進液分布器和中部進液分布器時不會重復布液。預冷中期，上進液分布器分布的預冷低溫液體吸收了下落過程中所經過區域的熱量，赤道外周上進液分布器無法布到液的區域由中部進液分布器布液吸收熱量。通過上進液分布器和中部進液分布器共同布液，解決了只有上進液分布器布液時赤道外周部分區域布不到液而導致預冷效果差的問題，同時也減少了中部進液分布器的材料使用。
[0019]3、通過將中部液體分布器最外圈環管漏液孔直徑設計成小于次外圈，次外圈環管漏液孔直徑小于次次外圈，依此規律至最內圈。這種方式能夠讓通過中部液體分布器各圈環