本发明属于lng领域，具体涉及一种液化天然气低温泵井排气系统及控制方法。
背景技术：
天然气作为优质清洁能源，在生产生活中的应用越来越广泛。常压液化天然气(lng)体积小，便于运输和储存，是天然气的常用形式。但由于lng在储存过程中会出现大量的闪蒸汽(boiloffgas，bog)，如在lng储罐使用过程中，在泵停止运行后，泵井内液体随自重回流至储罐，导致泵井内液面至储罐顶部空间充满bog气体，在每次启泵过程中需要对该部分气体进行排空。
以往的排气做法是对排气控制阀进行时间控制，设置固定的时间进行排气，这样会导致排气不彻底或是排气不完全的现象，严重时，lng液会直接进入排气管线，造成排气管线剧烈振动，给设备和人员带来危险。因此，在罐内泵启动过程中，液体在泵井内上升，将泵井内的气相空间进行压缩，为了保证这些气体不进入主管线，需要对其进行排气，排气时间要进行严格的控制。
技术实现要素：
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种液化天然气低温泵井排气系统及控制方法，达到自动、智能排气的功能，既可避免bog气体进入下游工序和液体进入排气管线，又可灵活控制排气时间。
本发明首先提供一种液化天然气低温泵井排气系统，包括设置于低温储罐中的液位检测仪、与低温储罐内的泵井连接的排气管线、与低温储罐内的泵井连接的外输管线，泵井底部设置低温罐内泵，排气管线内设置排气控制阀，外输管线内设置排液控制阀，液位检测仪、排气控制阀、排液控制阀、低温罐内泵分别与控制单元连接，所述控制单元能够根据液位检测仪检测到的液位控制排气控制阀的开关，从而控制排气时间。
所述控制单元根据液位检测仪检测到的液位和低温罐内泵的工作参数，控制排气控制阀和排液控制阀的开关，达到精确控制排气时间的目的。
本发明通过控制单元控制系统的基础参数设置、液位检测仪、排气控制阀、排液控制阀，控制系统根据基础参数的设置实现自动排气功能，实现对排气时间的严格计算和控制。
在本发明中，液位检测仪例如为微波雷达液位检测仪或浮筒式液位检测仪。
液位检测仪用于对储罐内液位进行实时监测，检测到的液位值被输入控制单元进行排气时间计算。
作为优选，排气管线设在用于排液的外输管线的上方。
在本发明中，控制单元例如是可编程控制器(plc)或集散控制系统(dcs)。
控制单元接收液位检测仪传来的数据，执行计算程序，并输出对排气控制阀和排液控制阀的指令，可以由可编程控制器(plc)或集散控制系统(dcs)系统实现。
本发明还提供一种控制液化天然气低温泵井排气的方法，包括以下步骤：
1)通过液位检测仪获取泵井气相高度h1：
h1＝h-l，
其中h为泵井的设计高度，l为液位检测仪测得的罐内液位值；
2)计算泵井有效排出体积v2，计算公式v2＝p1*(h1*3.14*d2/4)/p2，
其中p1为泵井内气体的正常操作压力，h1为步骤1)所得结果，d为泵井的设计直径，p2为泵井底部设置的低温罐内泵启动后的正常工作压力；
3)计算排气时间t，计算公式t＝v2/(k*q)，
其中v2为步骤2)所得计算结果，q为低温罐内泵的额定工作流量，可以从泵的工作曲线中获得，该曲线可以从泵生产厂家提供的技术资料中获得)，k为流量系数，泵在t时间内的流量系数；
4)根据步骤3)所得排气时间t，控制单元控制开启排气控制阀，同时关闭排液控制阀，进行排气；经过排气时间t后，控制单元控制关闭排气控制阀，同时开启排液控制阀。
上述控制方法，步骤4)中，先启动低温罐内泵，同时控制单元控制开启排气控制阀，同时关闭排液控制阀，进行排气；经过排气时间t后，控制单元控制关闭排气控制阀，同时开启排液控制阀，低温罐内泵外输系统进入正常工作程序。
上述计算步骤中，泵井的设计高度h、液位检测仪测得的罐内液位值l、泵井气相高度h1、泵井的设计直径d的单位均为例如米(m)；泵井内气体的正常操作压力p1与泵启动后的正常工作压力p2的单位均为例如mpa(兆帕)；泵井有效排出体积v2的单位为例如立方米(m3)；泵的额定工作流量q的单位为例如m3/h。
本发明中，在罐内泵启动过程中，首先通过液位检测仪对储罐内液位进行检测，得到罐内液位值l，然后根据泵井的设计高度h，计算泵井气相高度h1，通过计算得到泵井有效排出体积v，v＝p1*(h1*3.14*d2/4)/p2，其中p1为泵井内气体的正常操作压力，h1为步骤1)所得结果，d为泵井的设计直径，p1为泵启动后的正常工作压力。
k值实际是对泵启泵瞬间及其安装环境的一个修正系数，一般取值范围为0.93～1.15之间取值。该值取得也可以在泵安装完成后，进行把风料试验，通过实验获得准确的取值。
q值为低温罐内泵的额定工作流量，该额定工作流量可以从泵的随机资料中获得，每台泵的具体参数不同。
在计算出两个值以后，可以轻易得出排气的准确时间t，利用控制单元的输出控制排气控制阀，使其在泵启动的瞬间即打开，并关闭排液控制阀，在开启时间t以后自动关闭排气控制阀，打开排液控制阀，低温泵外输系统进入正常工作程序。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的系统及控制方法自动化程度高、适应能力强，通过参数的修正可以适用于各种工况，并且提高了储罐的安全性，通过对泵井排气时间的控制，有效的排出泵井内气体，提高了工艺设备运行的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明液化天然气低温泵井排气系统的示意图。
附图标记：1-液位检测仪；2-排气控制阀；3-排液控制阀；4-控制单元；5-低温罐内泵；6-泵井；7-液化天然气低温储罐；8-罐内介质液面；l1-排气管线；l2-外输管线；h1-泵井气相高度；d-泵井的设计直径。
具体实施方式
以下结合附图来进一步说明本发明，本领域技术人员清楚，这些说明为示例性的，不构成对本发明的任何限制。
如图1所示，本发明的液化天然气泵井排气系统包括设置于低温储罐7中的液位检测仪1、与低温储罐内的泵井6连接的排气管线l1、与低温储罐内的泵井6连接的外输管线l2，泵井底部设置低温罐内泵5，排气管线l1内设置排气控制阀2，外输管线l2内设置排液控制阀3，液位检测仪1、排气控制阀2、排液控制阀3分别与控制单元4连接，，所述控制单元4能够根据液位检测仪1检测到的液位控制排气控制阀2的开关，从而控制排气时间。
所述控制单元4根据液位检测仪检测到的液位和低温罐内泵的工作参数，控制排气控制阀2和排液控制阀3的开关，达到精确控制排气时间的目的。
液位检测仪1可以为微波雷达液位检测仪或浮筒式液位检测仪。
实施例1
如图1所示，一种液化天然气泵井排气系统包括液位检测仪1、排气控制阀2、排液控制阀3、控制单元4、低温罐内泵5，所述液位检测仪1设于低温储罐7内，低温储罐7内设有泵井6，低温罐内泵5设于泵井6底部，低温储罐内的泵井6连接有排气管线l1和外输管线l2，排气管线l1和外输管线l2分别设有排气控制阀2与排液控制阀3，排气管线l1设在外输管线l2上方。液位检测仪1、排气控制阀2、排液控制阀3、低温罐内泵5分别与控制单元4相连。控制单元4是可编程控制器。
利用上述系统控制液化天然气低温泵井排气的方法包括以下步骤：
1)通过液位检测仪获取泵井气相高度h1：
h1＝h-l，
其中h为泵井的设计高度，l为液位检测仪测得的罐内液位值；
2)计算泵井有效排出体积v2，计算公式v2＝p1*(h1*3.14*d2/4)/p2，
其中p1为泵井内气体的正常操作压力，h1为步骤1)所得结果，d为泵井的设计直径，p2为泵井底部设置的低温罐内泵启动后的正常工作压力；
3)计算排气时间t，计算公式t＝v2/(k*q)，
其中v2为步骤2)所得计算结果，q为低温罐内泵的额定工作流量，可以从随机附带的泵的工作曲线中获得，k为流量系数，泵在t时间内的流量系数；
4)根据步骤3)所得排气时间t，控制单元控制开启排气控制阀，同时关闭排液控制阀，进行排气；经过排气时间t后，控制单元控制关闭排气控制阀，同时开启排液控制阀。
使用上述本发明的排气系统，通过对泵井排气时间的精确控制，有效的排出泵井内气体，提高了工艺设备运行的安全性和可靠性，长期试验运行中，没有发生排气不彻底或排气不完全的现象，更没有出现lng液直接进入排气管线，造成排气管线剧烈振动的现象。