LNG低溫儲(chǔ)罐發(fā)展研究

蔣 洋

（吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林吉林 132000)

LNG低溫儲(chǔ)罐發(fā)展研究

蔣 洋

（吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林吉林 132000)

隨著能源需求的日益增大，比石油更為清潔、經(jīng)濟(jì)的天然氣必將成為主要能源。簡(jiǎn)述了液化天然氣（LNG）的優(yōu)勢(shì)，耐低溫LNG儲(chǔ)罐的特殊要求、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及儲(chǔ)罐的類型，對(duì)LNG的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，說(shuō)明了LNG儲(chǔ)罐大型化的優(yōu)勢(shì)，為L(zhǎng)NG的工程建設(shè)提供參考。

LNG；低溫儲(chǔ)罐；發(fā)展趨勢(shì)

液化天然氣（LNG）是經(jīng)凈化、壓縮、升溫后得到的液態(tài)天然氣，經(jīng)液化其體積可縮小為原來(lái)的1/600[1]。天然氣因其具有低污染、低消耗、燃燒完全、抗爆性好，液化后方便長(zhǎng)距離運(yùn)輸、儲(chǔ)存率高、占地少等優(yōu)點(diǎn)而受到世界各國(guó)青睞，近年LNG項(xiàng)目進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)時(shí)期。LNG低溫儲(chǔ)罐是LNG儲(chǔ)存運(yùn)輸過(guò)程中關(guān)鍵的核心設(shè)備，也是投資最多的設(shè)備。隨著世界各國(guó)對(duì)LNG需求量的日益增加，為兼顧儲(chǔ)罐的經(jīng)濟(jì)性和其建造技術(shù)，LNG儲(chǔ)罐的大型化是必然的趨勢(shì)。然而因LNG的超低溫性能和可燃性，加之LNG低溫儲(chǔ)罐建造的復(fù)雜性和施工困難性，其建造技術(shù)一直被國(guó)外少數(shù)企業(yè)壟斷[2]。因此，增加LNG低溫儲(chǔ)罐的知識(shí)儲(chǔ)備，在我國(guó)現(xiàn)已投產(chǎn)的LNG低溫基礎(chǔ)上，總結(jié)大型低溫大型LNG低溫儲(chǔ)罐建造技術(shù)，對(duì)加快我國(guó)自主大型LNG低溫儲(chǔ)罐的建造有重要意義。

1 LNG低溫儲(chǔ)罐的要求

1.1 耐低溫

天然氣儲(chǔ)存可大致分為兩種，一種是常壓低溫，另一種是高壓常溫。與高壓儲(chǔ)存相比，常壓低溫的安全性較高，且可大大降低罐體的厚度，所以通常選擇常壓低溫的儲(chǔ)存方式。常壓下LNG的沸點(diǎn)為-162℃，這就要求儲(chǔ)罐要具備良好的耐低溫和保冷性能。

1.2 安全性高

冷藏的LNG一旦發(fā)生泄露，其氣化量約為液態(tài)下的300倍，在空氣中形成自動(dòng)引爆的氣團(tuán)，非常危險(xiǎn)。所以，LNG低溫儲(chǔ)罐的相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中都對(duì)其安全性作出了嚴(yán)格要求。

1.3 抗震性好

大型LNG低溫儲(chǔ)罐屬于重點(diǎn)設(shè)防類建筑，對(duì)其要求為在地震載荷作用下既不裂也不倒，這就要求更為嚴(yán)格的抗震實(shí)驗(yàn)和更為可靠的罐體結(jié)構(gòu)。

1.4 施工要求嚴(yán)格

儲(chǔ)罐所有焊縫除需要進(jìn)行100%的MT檢測(cè)外還要附加100%真空氣密性檢測(cè)，此外，內(nèi)罐的罐壁板焊縫還要求100%的RT檢測(cè)。對(duì)于混凝土外罐要求能抵御一般性擊打和較高的抗壓及抗拉性能。

2 LNG低溫儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)

LNG低溫儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中存在以下難點(diǎn)：LNG由于內(nèi)壓、地震和風(fēng)載荷引起的舉升力導(dǎo)致儲(chǔ)罐管體不穩(wěn)定；罐壁與罐底的角焊縫處應(yīng)力值較高、受力情況復(fù)雜，而且應(yīng)力值隨著液位高度的變化而發(fā)生變化。如上述區(qū)域存在缺陷，極容易導(dǎo)致發(fā)生事故[4]。此外，罐壁底邊緣板和罐壁板的受力也較大，應(yīng)引起足夠重視；罐體強(qiáng)度計(jì)算中的腐蝕余量?jī)H為罐內(nèi)介質(zhì)均勻腐蝕時(shí)的安全裕度，而沒(méi)有考慮沉積在罐底介質(zhì)中所含雜質(zhì)所造成的腐蝕。

3 LNG低溫儲(chǔ)罐的形式

大型LNG低溫儲(chǔ)罐一般可分為四種類型：?jiǎn)稳莨?、雙容罐、全容罐及薄膜罐。單容罐的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，單容罐又可分為單壁罐和雙壁罐，雙壁罐的內(nèi)壁材質(zhì)一般為含9%的合金鋼，外壁為普通碳鋼，中間為保冷層，外壁不耐低溫僅起到保護(hù)保冷層的作用，在內(nèi)壁發(fā)生泄漏后不能起到防護(hù)作用。因此，雙壁罐易泄露。雙壁罐對(duì)裝卸LNG時(shí)參數(shù)穩(wěn)定性和檢測(cè)要求較高，而且罐間必須保持較大的安全距離，還需另設(shè)置圍堰，以控制內(nèi)罐泄漏時(shí)LNG的擴(kuò)散。這就增加了雙壁罐的運(yùn)營(yíng)成本和占地面積。該種儲(chǔ)罐在早期的LNG工程中大量采用，目前已較少使用。

圖1 單容罐示意圖

雙容罐的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2，雙容罐的內(nèi)外罐壁均耐低溫，當(dāng)內(nèi)罐發(fā)生泄漏時(shí)，外罐壁能夠有效阻止氣體泄漏到大氣中，安全性較單容罐有較大提升。此外，罐與罐、罐與其他設(shè)備間的安全距離也大大縮短，減少了占地面積。但因雙容罐結(jié)構(gòu)較單容罐復(fù)雜的多，其制造、安裝周期也較單容罐長(zhǎng)，造價(jià)較單容罐高。

圖2 雙容罐示意圖

全容罐的結(jié)構(gòu)如圖3所示，全容罐按其外罐和罐頂材質(zhì)的不同又可分為雙金屬全容罐和預(yù)應(yīng)力混凝土全容罐。兩種全

容罐的內(nèi)罐材質(zhì)均為9%Ni鋼，雙金屬全容罐外壁和頂蓋為鋼結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力混凝土全容罐外壁和頂蓋為預(yù)應(yīng)力混凝土。當(dāng)內(nèi)罐發(fā)生泄漏時(shí)，外罐可以儲(chǔ)存泄漏的LNG及蒸發(fā)氣，起到了雙層保護(hù)的作用。且該種罐的氣密性較好，LNG及蒸發(fā)氣的揮發(fā)量小，使得其安全距離也較小。此外，又因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土罐操作壓力較高，操作方便，所以較雙金屬全容罐，預(yù)應(yīng)力混凝土罐應(yīng)用更為普遍。

圖3 全容罐示意圖

薄膜儲(chǔ)罐是多用于地下罐，其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖4，內(nèi)罐壁為不銹鋼薄膜，外罐為預(yù)應(yīng)力混凝土，中間層為保冷層。與全容罐不同的是內(nèi)罐體為盛LNG的薄膜，壓力由預(yù)應(yīng)力混凝土外罐壁承受。薄膜儲(chǔ)罐的抗震和安全性校核，但其成本相對(duì)較高，施工周期也比較長(zhǎng)[5]。國(guó)內(nèi)LNG儲(chǔ)罐選址一般避開(kāi)地震帶，薄膜罐的使用案例在國(guó)內(nèi)并不多見(jiàn)。

4 LNG儲(chǔ)罐發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，隨著LNG低溫儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)、材料、施工等技術(shù)方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，使得LNG低溫儲(chǔ)罐的大型化成為可能。儲(chǔ)罐的大型化是大勢(shì)所趨，因其大型化有以下優(yōu)勢(shì)：大型儲(chǔ)罐較等容積的多個(gè)小型儲(chǔ)罐占地面積小、蒸發(fā)率低，罐總數(shù)少，方便罐區(qū)的運(yùn)行管理及維修，同時(shí)儲(chǔ)罐的大型化還能節(jié)約材料，降低成本。此外，LNG運(yùn)輸船的容積和數(shù)量的增加也迫使儲(chǔ)罐必須大型化。

圖4 薄膜罐示意圖

[1] 李建軍.LNG儲(chǔ)罐的建造技術(shù)[J].焊接技術(shù)，2006，35（4）：54-56.

[2] 王冰，陳學(xué)東，王國(guó)平.大型低溫LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與建造技術(shù)的新進(jìn)展[J].天然氣工業(yè)，2010，30（5）：108-112.

[3] 張?jiān)?，王為民，李明鑫，?大型液化天然氣儲(chǔ)罐的發(fā)展?fàn)顩r[J].當(dāng)代化工，2013（9）：1323-1325.

[4] 敬加強(qiáng)，梁光川，蔣宏業(yè).液化天然氣技術(shù)問(wèn)答[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[5] 駱曉玲，齊長(zhǎng)勇，程換新.大型液化天然氣儲(chǔ)罐的發(fā)展研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009，（9）：255-257.

Study on Development of LNG Low Temperature Storage Tank

Jiang Yang

With the increasing demand for energy，cleaner than oil，the economy will become the main energy of natural gas.This paper summarizes the advantages of liquefied natural gas（LNG），the special requirements，the design difficulty and the type of storage tank of cryogenic LNG storage tank.The present situation of LNG storage tank is analyzed，and the advantages of large-scale LNG storage tank are described.Construction reference.

LNG；low temperature storage tank；development trend

TE972

B

1003–6490（2017）11–0218–02

2017–08–25

蔣洋（1988—），男，吉林吉林人，助教，主要研究方向?yàn)橛蜌鈨?chǔ)運(yùn)技術(shù)。