低温双球球罐液体分布系统及预冷方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种低温双球球罐液体分布系统及预冷方法。
【背景技术】
[0002]低温双球球罐主要用于储存低温液体，包括液氧、液氮、液氩、液氢、液态烃等介质，是低温系统和液化装置的关键核心设备。低温双球球罐主要由内球罐、外球罐、夹层、支柱结构、管路系统、仪表测量系统，安全装置及梯子平台等组成，国内建成投产的低温双球球罐的容积已达3000m3，目前正朝着更大容积的方向发展。低温双球球罐在首次充装前必须用低温液体进行预冷，目的是将内球罐的罐壁温度和空间温度降低至操作温度及以下，以防止首次充装低温液体时罐壁温度骤降产生较大的温差应力对罐体造成破坏。
[0003]目前已建的低温双球球罐液体分布系统中设置有上进液分布器和下进液管。上进液管穿过外球罐底部沿夹层引至内球罐顶部，并穿过内球罐后与顶部液体分布器组成上进液分布器；下进液管穿过外球罐底部、夹层和内球罐后直接引出。由于球罐具有上、下两极水平截面小、赤道水平截面大的结构特征，现有进液分布器中置于内球罐上部的顶部液体分布器环管直径受限，不及赤道水平截面直径的一半，且只设置一圈环管。在预冷时，通过上进液分布器布液，预冷低温液体只能覆盖以环管漏液孔中心线所在圆为准线、下落距离为母线的圆柱面区域，其他区域则无法覆盖，造成布液范围小、布液面积不均匀。实际预冷时，预冷低温液体通过上进液分布器布液后，在下落过程中吸收圆柱面区域热量蒸发为气体，并通过气相管排出带走罐内热量，圆柱面以外区域的热量则以对流形式向圆柱面区域逐渐传递。随着预冷的进行，内球罐温度不断下降，预冷低温液体与周围气相空间温差越来越小，由于布液不均，传热不充分，预冷低温液体在下落过程中只能部分吸收热量气化，未气化部分在内球罐底部逐渐积聚起来，造成内球罐底部与处于气相环境的中上部形成较大温差，最大时温差超过100°c，且很难通过调节预冷用低温液体流量的方式来减小温差，使得罐壁存在很大的温差应力，严重影响了低温双球球罐的结构安全。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种低温双球球罐液体分布系统，以解决现有低温双球球罐进液分布器布液范围过小、布液面积不均的问题。
[0005]本发明的另一个目的是提供一种低温双球球罐预冷方法，以解决现有低温双球球罐预冷过程中罐壁温降不均匀、不连续、温差大的问题。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种低温双球球罐液体分布系统，包括设置在内球罐顶部和下部的上进液分布器和下进液管，该液体分布系统包括设置在内球罐中部的中部进液分布器；该中部进液分布器由中部进液管和中部液体分布器组成，中部进液管从外球罐底部引入，沿夹层引至内球罐中部并穿过内球罐与其赤道面上的中部液体分布器连接。
[0007]所述上进液分布器由上进液管和顶部液体分布器组成，上进液管从外球罐底部引入，沿夹层引至内球罐顶部并穿过内球罐与顶部液体分布器连接；所述下进液管由外球罐底部引入，穿过夹层及内球罐后直接引出；所述上进液管、中部进液管和下进液管在低温双球球罐外部汇总后与进液总管连接；所述进液总管、上进液管、中部进液管及下进液管分别设置有能够控制开度的进液总管控制阀、上进液管控制阀、中部进液管控制阀和下进液管控制阀。
[0008]所述顶、中部液体分布器为多圈环管分布器；该中部液体分布器最内圈环管的中心圆直径大于顶部液体分布器最外圈环管的中心圆直径。
[0009]所述顶、中部液体分布器的环管上均设置有漏液孔，且最外圈环管漏液孔直径小于次外圈，次外圈环管漏液孔直径小于次次外圈，依此规律至最内圈。
[0010]在所述顶、中部液体分布器的环管截面上设置1-3个所述漏液孔。
[0011]所述顶部液体分布器最外圈环管截面上设置2个或3个漏液孔。
[0012]一种低温双球球罐预冷方法:其特征是包括以下步骤:
A、预冷前准备:用氮气置换内球罐内空气，关闭所有控制阀，连接预冷低温液体管路，全开预冷管控制阀和上进液管控制阀，预冷低温液体通入上进液分布器；
B、前期预冷阶段:预冷低温液体经上进液分布器布液预冷，控制预冷速度及温差；
C、中期预冷阶段:关小上进液管控制阀至50%开度，并以50%开度打开中部进液管控制阀，预冷低温液体经上进液分布器和中部进液分布器同时布液预冷，控制预冷速度及温差;
D、后期预冷阶段:关闭中部进液管控制阀，全开上进液管控制阀，预冷低温液体经上进液分布器布液预冷到预定液位；
所述步骤A包括以下步骤:
Al、将内球罐空间内的空气用氮气置换出来，并检测被置换出气体的露点，保证露点低于-40 0C ；
A2、露点合格后检查进液总管控制阀、预冷管控制阀、上进液管控制阀、中部进液管控制阀、下进液管控制阀及气相管控制阀处于关闭状态。
[0013]A3、将低温液体槽车排液管与预冷管连接后，依次全开预冷管控制阀和上进液管控制阀，预冷低温液体沿上进液管进入顶部液体分布器布液预冷。
[0014]所述步骤B包括以下步骤:
B1、预冷低温液体经顶部液体分布器的漏液孔出来后进入内球罐，吸收热量后成为蒸发气(BOG)，引起内球罐压力上升，当压力达到预定值时，打开气相管控制阀，BOG通过气相管排出带走热量；
B2、通过内球罐外表面的测温点监测内球罐温度变化，控制预冷速度不超过5°C /h，控制任意两个测温点的温差不超过30°C ;
B3、每隔5分钟记录一次所有测温点的温度值，选取内球罐底部对称布置的两个测温点为控制测温点；
B4、根据控制测温点温度值变化判断预冷速度，最近记录的两次控制测温点温差如超过0.5°C，关小上进液管控制阀至80%开度；
B5、任意两个测温点的温差如超过30°C，关小上进液管控制阀至50%开度，减小预冷低温液体流量。
[0015]所述步骤C包括以下步骤:
Cl、内球罐中上部测温点温降变缓、底部测温点温降较快且接近预冷低温液体温度时，关小上进液管控制阀至30%开度，以50%开度打开中部进液管控制阀，让预冷低温液体同时沿中部进液管进入中部液体分布器；
C2、监测测温点温度变化，通过上进液管控制阀及中部进液管控制阀开度调节流量来控制预冷速度和测温点温差。
[0016]所述步骤D包括以下步骤:
D1、内球罐控制测温点温度值接近预冷低温液体温度时，关闭中部进液管控制阀，全开上进液管控制阀；
D2、内球罐底部出现预冷低温液体并到达预定液位时停止预冷，依次关闭预冷管控制阀、上进液管控制阀及气相管控制阀。
[0017]本发明的有益效果是:
1、采用本发明液体分布系统，在预冷初期，内球罐温度与预冷低温液体存在较大温差，能够保证经上进液分布器布液进入内球罐的预冷低温液体吸热完全蒸发；预冷中期，温差减小，通过上进液分布器和中部进液分布器同时布液，增大了布液范围，实现了罐壁及气相空间的均匀连续冷却，有效改善预冷过程中罐壁温度分布，降低罐壁温差，减小罐壁应力，大大提高低温双球球罐在预冷过程中结构的安全性。
[0018]2、设置中部进液分布器，设计最内圈环管中心圆直径大于顶部进液分布器最外圈环管中心圆直径，保证低温液体通过上进液分布器和中部进液分布器时不会重复布液。预冷中期，上进液分布器分布的预冷低温液体吸收了下落过程中所经过区域的热量，赤道外周上进液分布器无法布到液的区域由中部进液分布器布液吸收热量。通过上进液分布器和中部进液分布器共同布液，解决了只有上进液分布器布液时赤道外周部分区域布不到液而导致预冷效果差的问题，同时也减少了中部进液分布器的材料使用。
[0019]3、通过将中部液体分布器最外圈环管漏液孔直径设计成小于次外圈，次外圈环管漏液孔直径小于次次外圈，依此规律至最内圈。这种方式能够让通过中部液体分布器各圈环